8. 隔壁小孩被程式設計師欺負，我用了一篇 K8s的ConfigMap讓他心服口服！

全棧小劉發表於2020-10-22

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在K8S中，容器本身是非持久化的，當容器崩潰後，kubelet將以映象的初始狀態重新啟動容器，但是此時之前容器的資料已經丟失，我們該如何保護好容器的資料呢？

在同一Pod中的容器往往需要共享一些資料，此時我們又該如何實現呢？

這個時候就需要儲存來解決這兩個問題。

一、ConfigMap

undefined

ConfigMap功能在 Kubernetes1.2版本中引入，許多應用程式會從配置檔案、命令列引數或環境變數中讀取配置資訊。 ConfigMap API給我們提供了向容器中注入配置資訊的機制， ConfigMap可以被用來儲存單個屬性，也可以用來儲存整個配置檔案或者 JSON二進位制大物件。

1.1 ConfigMap 的建立

① 使用目錄建立


[root@master configmap]
apple=8.0
orange=3.5
[root@master configmap]
beef=55.0
pork=28.0

[root@master configmap]
configmap/shop-config created

[root@master configmap]
NAME          DATA   AGE
shop-config   2      8s

[root@master configmap]
[root@master configmap]

② 使用檔案建立

[root@master configmap]
tea=3.0
coffee=4.0

[root@master configmap]
configmap/drink-config created

[root@master configmap]

③ 使用字面值建立

使用文字值建立，利用 --from-literal引數傳遞配置資訊，該引數可以使用多次，格式如下：

[root@master configmap]
configmap/snacks-config created

[root@master configmap]

1.2 使用 ConfigMap

使用 ConfigMap有三種方式，一種是通過環境變數的方式，直接傳遞 pod，另一種是通過在 pod的命令列下執行的方式，第三種是使用 volume的方式掛載入到 pod內。

① 使用 ConfigMap 來替代環境變數


[root@master configmap]
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: animal-config
  namespace: default
data:
  cat: cute
  dog: lovely

[root@master configmap]
configmap/animal-config created

[root@master configmap]
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: use-configmap-pod
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: hub.hc.com/library/myapp:v1
      command: [ "/bin/sh", "-c", "env" ]
      env:
        - name: animal-config-cat
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: animal-config
              key: cat
        - name: animal-config-coffee
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: animal-config
              key: dog
      envFrom:
        - configMapRef:
            name: snacks-config
  restartPolicy: Never

[root@master configmap]
pod/use-configmap-pod created

[root@master configmap]

② 用 ConfigMap 設定命令列引數

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: use--configmap-pod2
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: hub.hc.com/library/myapp:v1
      command: [ "/bin/sh", "-c", "echo $(animal-config-cat) $(animal-config-dog)" ]
      env:
        - name: animal-config-cat
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: animal-config
              key: cat
        - name: animal-config-dog
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: animal-config
              key: dog
  restartPolicy: Never

③ 通過資料卷外掛使用 ConfigMap

在資料卷裡面使用這個 ConfigMap，有不同的選項。最基本的就是將檔案填入資料卷，在這個檔案中，鍵就是檔名，鍵值就是檔案內容。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: use-configmap-pod3
spec:
  containers:
    - name: test-container
      image: hub.hc.com/library/myapp:v1
      command: [ "/bin/sh", "-c", "ls /etc/config" ]
      volumeMounts:
      - name: config-volume
        mountPath: /etc/config
  volumes:
    - name: config-volume
      configMap:
        name: animal-config
  restartPolicy: Never

1.3 ConfigMap 熱更新


[root@master configmap]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /etc/config
      volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: snacks-config

[root@master configmap]
deployment.extensions/my-nginx created
[root@master configmap]
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-nginx-bc7499bd8-hrgl9   1/1     Running   0          2s

[root@master configmap]
6.9

[root@master configmap]

[root@master configmap]
8.8

二、Secret

Secret 解決了密碼、token、金鑰等敏感資料的配置問題，而不需要把這些敏感資料暴露到映象或者 Pod Spec中。Secret 可以以 Volume 或者環境變數的方式使用

Secret有三種型別：

Service Account：用來訪問 Kubernetes API，由 Kubernetes自動建立，並且會自動掛載到 Pod的 /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目錄中
Opaque： base64編碼格式的 Secert，用來儲存密碼、金鑰等
kubernetes.io/dockerconfigjson：用來儲存私有 docker registry的認證資訊

2.1 Service Account

[root@master ~]

ca.crt	namespace  token

2.2 Opaque

Opaque型別的資料是一個 map型別，要求 value是 base64編碼格式：

[root@master ~]
YWRtaW4=
[root@master ~]
MWYyZDFlMmU2N2Rm

建立 Opaque型別的 secret:

[root@master secert]
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysecret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=
  password: MWYyZDFlMmU2N2Rm

[root@master secert]
secret/mysecret created
[root@master secert]
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
mysecret              Opaque                                2      93s

將 Secret 掛載到 Volume 中：

[root@master secert]
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    name: secret-test
  name: secret-test
spec:
  volumes:
  - name: secrets
    secret:
      secretName: mysecret
  containers:
  - image: hub.hc.com/library/myapp:v1
    name: db
    volumeMounts:
    - name: secrets
      mountPath: /etc/config

[root@master secert]
pod/secret-test created
[root@master secert]
/

/etc/config
1f2d1e2e67df
admin

將 Secret 匯出到環境變數中：

[root@master secert]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: pod-deployment
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: pod-deployment
    spec:
      containers:
      - name: pod-1
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        command: [ "/bin/sh", "-c", "env" ]
        ports:
        - containerPort: 80
        env:
        - name: TEST_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysecret
              key: username
        - name: TEST_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysecret
              key: password

[root@master secert]
deployment.extensions/pod-deployment created

2.3 kubernetes.io/dockerconfigjson


[root@master secert]
secret "myregistrykey" created

[root@master secert]
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
    - name: foo
      image: roc/awangyang:v1
  imagePullSecrets:
    - name: myregistrykey

undefined

三、Volume

容器磁碟上的檔案的生命週期是短暫的，這就使得在容器中執行重要應用時會出現一些問題。首先，當容器崩潰時， kubelet會重啟它，但是容器中的檔案將丟失，容器以乾淨的狀態（映象最初的狀態）重新啟動。其次，在 Pod中同時執行多個容器時，這些容器之間通常需要共享檔案。 Kubernetes中的 Volume抽象就很好的解決了這些問題。

Kubernetes中的卷（ Volume）有明確的壽命，與封裝它的 Pod相同。所f以，卷的生命比 Pod中的所有容器都長，當這個容器重啟時資料仍然得以儲存。當然，當 Pod不再存在時，卷也將不復存在。 Kubernetes支援多種型別的卷， Pod可以同時使用任意數量的卷。

3.1 emptyDir

當 Pod被分配給節點時，首先建立 emptyDir卷，並且只要該 Pod在該節點上執行，該卷就會存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。 Pod中的容器可以讀取和寫入 emptyDir卷中的相同檔案，儘管該卷可以掛載到每個容器中的相同或不同路徑上。當出於任何原因從節點中刪除 Pod時， emptyDir中的資料將被永久刪除。

emptyDir 的用法有：

暫存空間，例如用於基於磁碟的合併排序
用作長時間計算崩潰恢復時的檢查點
Web伺服器容器提供資料時，儲存內容管理器容器提取的檔案


[root@master volume]
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: hub.hc.com/library/myapp:v1
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  - image: busybox
    name: test-container2
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['/bin/sh','-c','sleep 3600']
    volumeMounts:
    - mountPath: /test
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

[root@master volume]

[root@master volume]
'NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
test-pd                   2/2     Running   0          8m32s

[root@master volume]
/
/cache
/cache
Wed Aug 12 07:43:08 UTC 2020

[root@master ~]
/
/test
Wed Aug 12 07:43:08 UTC 2020

3.2 hostPath

hostPath卷將主機節點的檔案系統中的檔案或目錄掛載到叢集中

hostPath 的用途如下：

執行需要訪問 Docker內部的容器；使用 /var/lib/docker的 hostPath
在容器中執行 cAdvisor；使用 /dev/cgroups的 hostPath

除了所需的 path屬性之外，使用者還可以為 hostPath卷指定 type：

值行為空空字串（預設）用於向後相容，這意味著在掛載 hostPath 卷之前不會執行任何檢查DirectoryOrCreate如果在給定的路徑上沒有任何東西存在，那麼將根據需要在那裡建立一個空目錄，許可權設定為0755，與Kubelet具有相同的組和所有權。Directory給定的路徑下必須存在目錄FileOrCreate如果在給定的路徑上沒有任何東西存在，那麼會根據需要建立一個空檔案，許可權設定為0644，與Kubelet具有相同的組和所有權。File給定的路徑下必須存在檔案Socket給定的路徑下必須存在UNIX套接字CharDevice給定的路徑下必須存在字元裝置BlockDevice給定的路徑下必須存在塊裝置

使用這種卷型別時請注意：

由於每個節點上的檔案都不同，具有相同配置（例如從 podTemplate建立的）的 pod在不同節點上的行為可能會有所不同
當 Kubernetes按照計劃新增資源感知排程時，將無法考慮 hostPath使用的資源
在底層主機上建立的檔案或目錄只能由 root寫入。您需要在特權容器中以 root身份執行程式，或修改主機上的檔案許可權以便寫入 hostPath卷

[root@master volume]
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: hub.hc.com/library/myapp:v1
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-pd
      name: test-volume
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:

      path: /data

      type: Directory

[root@master volume]
[root@master volume]
/
/test-pd

[root@worker1 data]

[root@worker2 data]
2020年 08月 12日 星期三 17:52:43 CST

四、PV-PVC

4.1 相關概念

① PersistentVolume（PV）
是由管理員設定的儲存，它是群集的一部分。就像節點是叢集中的資源一樣， PV也是叢集中的資源。 PV是 Volume之類的卷外掛，但具有獨立於使用 PV的 Pod的生命週期。此 API物件包含儲存實現的細節，即 NFS、 iSCSI或特定於雲供應商的儲存系統

② PersistentVolumeClaim（PVC）
是使用者儲存的請求，它與 Pod相似。 Pod消耗節點資源， PVC消耗 PV資源。 Pod可以請求特定級別的資源（ CPU和記憶體）。宣告可以請求特定的大小和訪問模式（例如，可以以讀/寫一次或只讀多次模式掛載）

③ 靜態 pv
叢集管理員建立一些 PV，它們帶有可供群集使用者使用的實際儲存的細節。它們存在於 Kubernetes API中，可用於消費

④ 動態
當管理員建立的靜態 PV都不匹配使用者的 PersistentVolumeClaim時，叢集可能會嘗試動態地為 PVC建立卷。此配置基於 StorageClasses： PVC必須請求 [儲存類]，並且管理員必須建立並配置該類才能進行動態建立。宣告該類為""可以有效地禁用其動態配置要啟用基於儲存級別的動態儲存配置，叢集管理員需要啟用 API server上的 DefaultStorageClass[准入控制器]。例如，通過確保 DefaultStorageClass位於 API server元件的 --admission-control標誌，使用逗號分隔的有序值列表中，可以完成此操作

⑤ 繫結
master中的控制環路監視新的 PVC，尋找匹配的 PV（如果可能），並將它們繫結在一起。如果為新的 PVC動態調配 PV，則該環路將始終將該 PV繫結到 PVC。否則，使用者總會得到他們所請求的儲存，但是容量可能超出要求的數量。一旦 PV 和 PVC繫結後， PersistentVolumeClaim繫結是排他性的，不管它們是如何繫結的。 PVC跟 PV繫結是一對一的對映

4.2 PV說明

PVC的保護
PVC保護的目的是確保由 pod正在使用的 PVC不會從系統中移除，因為如果被移除的話可能會導致資料丟失當啟用 PVC保護 alpha功能時，如果使用者刪除了一個 pod正在使用的 PVC，則該 PVC不會被立即刪除。 PVC的刪除將被推遲，直到 PVC不再被任何 pod使用

PV演示程式碼

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumemeta
data:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  mountOptions:
    - hard
    - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /tmp
    server: 172.17.0.2

PV型別
PV型別以外掛形式實現。 K8S目前支援以下外掛型別：

PV訪問模式
PV可以以資源提供者支援的任何方式掛載到主機上。如下表所示，供應商具有不同的功能，每個 PV的訪問模式都將被設定為該卷支援的特定模式。例如， NFS可以支援多個讀/寫客戶端，但特定的 NFS PV可能以只讀方式匯出到伺服器上。每個 PV都有一套自己的用來描述特定功能的訪問模式：

ReadWriteOnce：該卷可以被單個節點以讀/寫模式掛載
ReadOnlyMany：該卷可以被多個節點以只讀模式掛載
ReadWriteMany：該卷可以被多個節點以讀/寫模式掛載

在命令列中，訪問模式縮寫為

RWO： ReadWriteOnce
ROX： ReadOnlyMany
RWX： ReadWriteMany

回收策略

Retain（保留）——手動回收
Recycle（回收）——基本擦除（ rm -rf /thevolume/*）
Delete（刪除）——關聯的儲存資產（例如 AWS EBS、 GCE PD、 Azure Disk 和 OpenStack Cinder卷）將被刪除

當前，只有 NFS和 HostPath支援回收策略。 AWS EBS、 GCE PD、 Azure Disk和 Cinder卷支援刪除策略

狀態
卷可以處於以下的某種狀態：

Available（可用）——一塊空閒資源還沒有被任何宣告繫結
Bound（已繫結）——卷已經被宣告繫結
Released（已釋放）——宣告被刪除，但是資源還未被叢集重新宣告
Failed（失敗）——該卷的自動回收失敗

命令列會顯示繫結到 PV的 PVC的名稱

4.3 持久化演示說明 - NFS

① 安裝 NFS 伺服器

[root@master ~]
[root@master ~]
[root@master ~]
/nfs *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
[root@master ~]

[root@worker1 ~]
[root@worker1 ~]
Export list for 192.168.182.100:
/nfs *
[root@worker1 ~]
[root@worker1 /]

② 部署 PV

[root@master pv]
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /nfs
    server: 192.168.182.100
[root@master pv]
persistentvolume/nfs-pv1 created
[root@master pv]
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv1   1Gi        RWO            Retain           Available           nfs                     5s

③ 建立服務並使用 PVC


[root@master /]
[root@master /]
[root@master /]
/nfs *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
/nfs2 *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
/nfs3 *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)

[root@master pv]

[root@master pv]
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /nfs
    server: 192.168.182.100
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv2
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadOnlyMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /nfs2
    server: 192.168.182.100
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv3
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: slow
  nfs:
    path: /nfs3
    server: 192.168.182.100
[root@master pv]

NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv1   1Gi        RWO            Retain           Available           nfs                     23s
nfs-pv2   5Gi        ROX            Retain           Available           nfs                     23s
nfs-pv3   1Gi        RWX            Retain           Available           slow                     23s

[root@master pv]
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: hub.hc.com/library/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: "nfs"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

[root@master pv]
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0                     1/1     Running   0          7s
web-1                     0/1     Pending   0          5s

[root@master pv]
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv1   1Gi        RWO            Retain           Bound       default/www-web-0   nfs                     4m40s
nfs-pv2   5Gi        ROX            Retain           Available                       nfs                     4m40s
nfs-pv3   1Gi        RWO            Retain           Bound       default/www-web-1   nfs                     4m40s
[root@master pv]
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-0                     1/1     Running   0          15m   10.244.2.84   worker2   <none>           <none>
web-1                     1/1     Running   0          15m   10.244.1.58   worker1   <none>           <none>

[root@master pv]
Hello PV
[root@master pv]
Hello PV
[root@master pv]
pod "web-0" deleted
[root@master pv]
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-0                     1/1     Running   0          3s    10.244.2.85   worker2   <none>           <none>
web-1                     1/1     Running   0          18m   10.244.1.58   worker1   <none>           <none>

[root@master pv]
Hello PV

4.4 關於 StatefulSet

匹配 Pod name ( 網路標識 ) 的模式為： $(statefulset名称)-$(序号)，比如上面的示例： web-0、 web-1
StatefulSet為每個 Pod副本建立了一個 DNS域名，這個域名的格式為： $(podname).(headless servername)，也就意味著服務間是通過 Pod域名來通訊而非 Pod IP，因為當 Pod所在 Node發生故障時， Pod會被飄移到其它 Node上， Pod IP會發生變化，但是 Pod域名不會有變化
StatefulSet使用 Headless服務來控制 Pod的域名，這個域名的 FQDN為： $(servicename).$(namespace).svc.cluster.local，其中， cluster.local指的是叢集的域名
根據 volumeClaimTemplates，為每個 Pod建立一個 pvc， pvc的命名規則匹配模式： (volumeClaimTemplates.name)-(pod_name)，比如上面的 volumeMounts.name=www， Podname=web-[0-2]，因此建立出來的 PVC是 www-web-0、 www-web-1
刪除 Pod不會刪除其 pvc，手動刪除 pvc將自動釋放 pv

Statefulset 的啟停順序：

有序部署：部署 StatefulSet時，如果有多個 Pod副本，它們會被順序地建立（從 0到 N-1）並且，在下一個 Pod執行之前所有之前的 Pod必須都是 Running和 Ready狀態
有序刪除：當 Pod被刪除時，它們被終止的順序是從 N-1到 0
有序擴充套件：當對 Pod執行擴充套件操作時，與部署一樣，它前面的 Pod必須都處於 Running和 Ready狀態

StatefulSet 使用場景：

穩定的持久化儲存，即Pod重新排程後還是能訪問到相同的持久化資料，基於 PVC來實現
穩定的網路識別符號，即 Pod重新排程後其 PodName和 HostName不變
有序部署，有序擴充套件，基於 init containers來實現
有序收縮

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8. 隔壁小孩被程式設計師欺負，我用了一篇 K8s的ConfigMap讓他心服口服！

文章目錄

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一、ConfigMap

1.1 ConfigMap 的建立

1.2 使用 ConfigMap

1.3 ConfigMap 熱更新

二、Secret

2.1 Service Account

2.2 Opaque

2.3 kubernetes.io/dockerconfigjson

三、Volume

3.1 emptyDir

3.2 hostPath

四、PV-PVC

4.1 相關概念

4.2 PV說明

4.3 持久化演示說明 - NFS

4.4 關於 StatefulSet

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