容器編排系統K8s之PV、PVC、SC資源

1874發表於2020-12-25
K8S

　　前文我們聊到了k8s中給Pod新增儲存卷相關話題，回顧請參考：https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/14180752.html；今天我們來聊一下持久儲存卷相關話題；

　　volume的基礎使用，需要我們使用者手動來向不同型別儲存介面傳遞不同的引數，從而實現把外部儲存對映到k8s上的一個volume物件，使得pod才能正常的掛載對應的儲存卷，對應pod裡的容器才能正常使用；這種使用方式的前提是使用者必須瞭解對應的儲存系統，瞭解對應型別的儲存介面，以及相關引數；這使得使用者在k8s上使用儲存卷變得有些複雜；為了簡化這一過程，在k8s上使用pv和pvc資源來把對應底層儲存介面給隱藏了，使用者使用儲存卷不再關心底層儲存系統介面；不管底層是那種型別的儲存，使用者只需面對一個pvc介面即可；

　　PV、PVC和K8s叢集以及pod的關係

　　提示：使用者在建立pod時使用儲存卷只需要關心對應名稱空間的pvc物件；而對應pv是需要叢集管理管理員定義；後端儲存是專門的儲存管理員負責管理；pv是k8s上的一種標準資源，全稱叫做PersistentVolume翻譯成中文就是持久儲存卷；它主要作用是把後端儲存中的某個邏輯單元，對映為k8s上的pv資源；pv是叢集級別的資源；任意名稱空間都可以直接關聯某一個pv；關聯pv的過程我們叫做繫結pv；而對應名稱空間關聯某一pv需要使用pvc資源來定義；pvc全稱PersistentVolumeClaim的縮寫，意思就是持久儲存卷申請；在一個名稱空間下建立一個pvc就是把對應名稱空間同叢集上的某一pv做繫結；一旦一個名稱空間繫結了一個pv後，對應的pv就會從available狀態轉變成bond狀態，其他名稱空間將不能再使用，只有對應pv是available狀態才能正常的被其他名稱空間關聯繫結；簡單講pvc和pv的關係是一一對應的，一個pv只能對應一個pvc；至於同一名稱空間下的多個pod是否能夠同時使用一個PVC取決pv是否允許多路讀寫，對應pv是否支援多路讀寫取決後端儲存系統；不同型別的儲存系統，對應訪問模式也有所不同。訪問模式有三種，單路讀寫(ReadWriteOnce簡稱RWO)，多路讀寫(ReadWriteMany簡稱RWX)，多路只讀(ReadOnlyMany簡稱ROX)；

　　示例：pv資源建立

[root@master01 ~]# cat pv-v1-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv-v1
  labels:
    storsystem: nfs-v1
    rel: stable
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany","ReadOnlyMany"]
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  mountOptions:
  - hard
  - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /data/v1
    server: 192.168.0.99
[root@master01 ~]#

　　提示：pv是k8s的標準資源，其群組版本為v1,型別為PersistentVolume；spec.capacity.storage欄位用來描述pv的儲存容量；volumeMode用來描述對應儲存系統提供的儲存卷型別介面，一般儲存卷型別介面有兩種，分別是檔案系統介面和塊裝置介面；accessModes用來描述pv的訪問模式；presistentVolumeReclaimPolicy欄位用來描述儲存捲回收策略，持久捲回收策略有3中，一種是Delete，表示當pvc刪除以後，對應pv也隨之刪除；第二種是Recycle,表示當pvc刪除以後，對應pv的資料也隨之被刪除；第三種是Retain表示當pvc被刪除以後，pv原封動，即pv也在，對應資料也在；mountOptions欄位用來指定掛載選項；nfs表示後端儲存為nfs，對於不同型別的儲存，對應的要傳遞的引數各不相同，對於nfs這種型別的儲存，我們只需要指定其nfs伺服器地址以及對應共享出來的檔案路徑；以上配置就表示把nfs上的/data/v1目錄對映到k8s上的pv，對應pv的名稱為nfs-pv-v1；這裡需要注意一點，在建立pv時，對應後端儲存應該提前準備好；

　　應用配置清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f pv-v1-demo.yaml
persistentvolume/nfs-pv-v1 created
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Available                                   4s
[root@master01 ~]# kubectl describe pv nfs-pv-v1
Name:            nfs-pv-v1
Labels:          rel=stable
                 storsystem=nfs-v1
Annotations:     <none>
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    
Status:          Available
Claim:           
Reclaim Policy:  Retain
Access Modes:    RWO,ROX,RWX
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   <none>
Message:         
Source:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    192.168.0.99
    Path:      /data/v1
    ReadOnly:  false
Events:        <none>
[root@master01 ~]#

　　提示：在pv的詳細資訊中能夠看到，當前pv的狀態為available，pv對應後端的儲存是nfs，對應儲存的ip地址為192.168.0.99，當前pv對應後端儲存的邏輯單元就是/data/v1；

　　示例：建立pvc

[root@master01 ~]# cat pvc-v1-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-nfs-pv-v1
  namespace: default
  labels:
    storsystem: nfs-v1
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 500Mi
  selector:
    matchLabels:
      storsystem: nfs-v1
      rel: stable
[root@master01 ~]#

　　提示：pvc也是k8s上的標準資源，對應的群組版本為v1,型別為PersistentVolumeClaim；其中spec.accessModes欄位是用來指定其pvc的訪問模式，一般這個模式是被pv的accessModes包含，也就說pvc的訪問模式必須是pv的子集，即等於小於pv的訪問模式；resources用來描述對應pvc的儲存空間限制，requests用來描述對應pvc最小容量限制，limits用來描述最大容量限制；selector用來定義標籤選擇器，主要作用過濾符合對應標籤的pv；如果不定義標籤選擇器，它會在所有available狀態的pv中，通過其容量大小限制以及訪問模式去匹配一個最佳的pv進行關聯；

　　應用配置清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f pvc-v1-demo.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-nfs-pv-v1 created
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS   VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Bound    nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   8s
[root@master01 ~]# kubectl describe pvc pvc-nfs-pv-v1
Name:          pvc-nfs-pv-v1
Namespace:     default
StorageClass:  
Status:        Bound
Volume:        nfs-pv-v1
Labels:        storsystem=nfs-v1
Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      1Gi
Access Modes:  RWO,ROX,RWX
VolumeMode:    Filesystem
Used By:       <none>
Events:        <none>
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-nfs-pv-v1                           19m
[root@master01 ~]#

　　提示：這裡顯示pvc的大小是pvc最大容量顯示，預設不限制最大容量就是其pv的最大容量；從上面的顯示可以看到對應pv被pvc繫結以後，其狀態就變成了bound；

　　示例：建立pod關聯pvc，並在其pod容器裡掛載pvc

[root@master01 ~]# cat redis-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis-demo
  labels:
    app: redis
spec:
  containers:
  - name: redis
    image: redis:alpine
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: redis-data
  volumes:
  - name: redis-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-nfs-pv-v1
[root@master01 ~]#

　　提示：在pod裡關聯pvc，只需要指定後端儲存型別為persistentVolumeClaim，然後指定對應的pvc名稱；

　　應用資源清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f redis-demo.yaml
pod/redis-demo created
[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS              RESTARTS   AGE
redis-demo   0/1     ContainerCreating   0          7s
[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          27s
[root@master01 ~]# kubectl describe pod redis-demo
Name:         redis-demo
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         node03.k8s.org/192.168.0.46
Start Time:   Fri, 25 Dec 2020 21:55:41 +0800
Labels:       app=redis
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.3.105
IPs:
  IP:  10.244.3.105
Containers:
  redis:
    Container ID:   docker://8e8965f52fd0144f8d6ce68185209114163a42f8437d7d845d431614f3d6dd05
    Image:          redis:alpine
    Image ID:       docker-pullable://redis@sha256:68d4030e07912c418332ba6fdab4ac69f0293d9b1daaed4f1f77bdeb0a5eb048
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Fri, 25 Dec 2020 21:55:48 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /data from redis-data (rw)
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-xvd4c (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  redis-data:
    Type:       PersistentVolumeClaim (a reference to a PersistentVolumeClaim in the same namespace)
    ClaimName:  pvc-nfs-pv-v1
    ReadOnly:   false
  default-token-xvd4c:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-xvd4c
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute op=Exists for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute op=Exists for 300s
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  37s   default-scheduler  Successfully assigned default/redis-demo to node03.k8s.org
  Normal  Pulling    36s   kubelet            Pulling image "redis:alpine"
  Normal  Pulled     30s   kubelet            Successfully pulled image "redis:alpine" in 5.284107704s
  Normal  Created    30s   kubelet            Created container redis
  Normal  Started    30s   kubelet            Started container redis
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到對應pod已經正常執行起來；從詳細資訊中可以看到對應pod使用的volumes型別為PersistentVolumeClaim，對應名稱為pvc-nfs-pv-v1；對應容器以讀寫方式掛載了對應儲存卷；

　　測試：在redis-demo上產生資料，看看是否能夠正常儲存到nfs伺服器上？

[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          5m28s
[root@master01 ~]# kubectl exec -it redis-demo -- /bin/sh
/data # redis-cli 
127.0.0.1:6379> set mykey "this is test key "
OK
127.0.0.1:6379> get mykey
"this is test key "
127.0.0.1:6379> BGSAVE
Background saving started
127.0.0.1:6379> exit
/data # ls
dump.rdb
/data #

　　在nfs伺服器上檢視對應目錄下是否有dump.rdb檔案產生？

[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:02 dump.rdb
[root@docker_registry ~]#

　　提示：可以看到，redis上產生的快照檔案在nfs伺服器上有對應的檔案存在；

　　測試：刪除pod，看看對應檔案是否還在？

[root@master01 ~]# kubectl delete -f redis-demo.yaml 
pod "redis-demo" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pods
No resources found in default namespace.
[root@master01 ~]# ssh 192.168.0.99
The authenticity of host '192.168.0.99 (192.168.0.99)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:hQoossQnTJMXB0+DxJdTt6DMHuPFLDd5084tHyJ7920.
ECDSA key fingerprint is MD5:ef:61:b6:ee:76:46:9d:0e:38:b6:b5:dd:11:66:23:26.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '192.168.0.99' (ECDSA) to the list of known hosts.
root@192.168.0.99's password: 
Last login: Fri Dec 25 20:13:05 2020 from 192.168.0.232
[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:05 dump.rdb
[root@docker_registry ~]# exit
logout
Connection to 192.168.0.99 closed.
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到刪除了pod對應快照檔案在nfs伺服器還是存在；

　　繫結節點，重新新建pod，看看對應是否能夠自動應用快照中的資料？

[root@master01 ~]# cat redis-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis-demo
  labels:
    app: redis
spec:
  nodeName: node01.k8s.org
  containers:
  - name: redis
    image: redis:alpine
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: redis-data
  volumes:
  - name: redis-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-nfs-pv-v1
[root@master01 ~]# kubectl apply -f redis-demo.yaml
pod/redis-demo created
[root@master01 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME         READY   STATUS              RESTARTS   AGE   IP       NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
redis-demo   0/1     ContainerCreating   0          8s    <none>   node01.k8s.org   <none>           <none>
[root@master01 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
redis-demo   1/1     Running   0          21s   10.244.1.88   node01.k8s.org   <none>           <none>
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到新建的pod被排程到node01上了；

　　進入對應pod，看看是否應用了其快照檔案中的資料？對應key是否能夠被應用到記憶體？

[root@master01 ~]# kubectl get pods
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          2m39s
[root@master01 ~]# kubectl exec -it redis-demo -- /bin/sh
/data # redis-cli 
127.0.0.1:6379> get mykey
"this is test key "
127.0.0.1:6379> exit
/data # ls 
dump.rdb
/data # exit
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到新建的pod能夠正常讀取到nfs上的快照檔案並應用到記憶體中；

　　刪除pvc，看看對應pv是否被刪除？

　　提示：可以看到在沒有刪除pod的情況下，對應刪除操作被阻塞了；

　　檢視pvc狀態

[root@master01 ~]# kubectl delete pvc pvc-nfs-pv-v1
persistentvolumeclaim "pvc-nfs-pv-v1" deleted
^C
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-nfs-pv-v1                           52m
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到現在pvc的狀態變成了terminating，但對應pvc還在並沒有被刪除；對應pv還處於繫結狀態；

　　刪除pod，看看對應pvc是否會被刪除呢？

[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          14m
[root@master01 ~]# kubectl delete pod redis-demo
pod "redis-demo" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
No resources found in default namespace.
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Released   default/pvc-nfs-pv-v1                           54m
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到刪除對應pod以後，pvc就立即刪除了；對應pvc被刪除以後，對應pv的狀態就從bound狀態轉變為Released狀態，表示等待回收；我們在資源清單中使用的是Retain回收策略，pv和pvc都是我們人工手動回收；

　　刪除pv，看看對應資料是否會被刪除？

[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Released   default/pvc-nfs-pv-v1                           57m
[root@master01 ~]# kubectl delete pv nfs-pv-v1
persistentvolume "nfs-pv-v1" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pv
No resources found
[root@master01 ~]# ssh 192.168.0.99
root@192.168.0.99's password: 
Last login: Fri Dec 25 22:05:53 2020 from 192.168.0.41
[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:24 dump.rdb
[root@docker_registry ~]# exit
logout
Connection to 192.168.0.99 closed.
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到刪除了pv，對應快照檔案並沒有清除；

　　以上就是pv和pvc資源的用法，下面我們再來說一下sc資源

　　SC是StorageClass的縮寫，表示儲存類；這種資源主要用來對pv資源的自動供給提供介面；所謂自動供給是指使用者無需手動建立pv，在使用pvc時自動建立pv並關聯到對應pv上；使用sc資源的前提是對應後端儲存必須支援rustfull型別介面的管理介面，並且指定pvc必須是在對應儲存類；簡單講SC資源就是用來為後端儲存提供自動建立pv的介面；如下圖

　　提示：使用sc動態建立pv，對應pvc必須也是屬於對應的sc；上圖主要描述了使用者在建立pvc時，應用對應的sc以後，對應sc會呼叫底層儲存系統的管理介面，建立對應的pv並關聯至對應pvc；

　　示例：建立sc資源

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
  resturl: "http://127.0.0.1:8081"
  clusterid: "630372ccdc720a92c681fb928f27b53f"
  restauthenabled: "true"
  restuser: "admin"
  secretNamespace: "default"
  secretName: "heketi-secret"
  gidMin: "40000"
  gidMax: "50000"
  volumetype: "replicate:3"

　　提示：上述是官方文件中的一個示例，在建立sc資源時，對應群組是storage.k8s.io/v1，型別為StorageClass；provisioner欄位用於描述對應供給介面名稱；parameters用來定義向對應儲存管理介面要傳遞的引數；

　　在pvc資源中引用SC資源物件

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: foo-pvc
  namespace: foo
spec:
  storageClassName: "slow"
  volumeName: foo-pv
  ...

　　提示：在建立pvc時用storageClassName欄位來指定對應的SC即可；

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