全球报道:k8s中的PV和PVC

前言

容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的，这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet 会重启它，但是容器中的文件将丢失——容器以干净的状态（镜像最初的状态）重新启动。其次，在Pod中同时运行多个容器时，这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes 中的Volume抽象就很好的解决了这些问题。Pod中的容器通过Pause容器共享Volume。

【资料图】

一、存储卷方式

1.1emptyDir存储卷

当Pod被分配给节点时，首先创建emptyDir卷，并且只要该Pod在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入emptyDir卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir中的数据将被永久删除。

mkdir /opt/volumescd /opt/volumesvim pod-emptydir.yaml apiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: pod-emptydir  namespace: default  labels:    app: myapp    tier: frontendspec:  containers:  - name: myapp    image: ikubernetes/myapp:v1    imagePullPolicy: IfNotPresent     ports:    - name: http      containerPort: 80    #定义容器挂载内容    volumeMounts:    #使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷    - name: html      #挂载至容器中哪个目录      mountPath: /usr/share/nginx/html/  - name: busybox    image: busybox:latest    imagePullPolicy: IfNotPresent    volumeMounts:    - name: html      #在容器内定义挂载存储名称和挂载路径      mountPath: /data/    command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo $(date) >> /data/index.html;sleep 2;done"]  #定义存储卷  volumes:  #定义存储卷名称    - name: html    #定义存储卷类型    emptyDir: {}        kubectl apply -f pod-emptydir.yamlkubectl get pods -o wideNAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATESpod-emptydir   2/2     Running   0          36s   10.244.2.19   node02              

在上面定义了2个容器，其中一个容器是输入日期到index.html中，然后验证访问nginx的html是否可以获取日期。以验证两个容器之间挂载的emptyDir实现共享。

curl 10.244.2.19SUN Feb 26 15:44:59 UTC 2023SUN Feb 26 15:44:59 UTC 2023SUN Feb 26 15:45:00 UTC 2023SUN Feb 26 15:45:00 UTC 2023SUN Feb 26 15:45:01 UTC 2023SUN Feb 26 15:45:01 UTC 2023SUN Feb 26 15:45:02 UTC 2023

1.2hostPath存储卷

hostPath卷将 node 节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中。hostPath可以实现持久存储，但是在node节点故障时，也会导致数据的丢失。

//在 node01 节点上创建挂载目录mkdir -p /data/pod/volume1echo "node01.kgc.com" > /data/pod/volume1/index.html//在 node02 节点上创建挂载目录mkdir -p /data/pod/volume1echo "node02.kgc.com" > /data/pod/volume1/index.html//创建 Pod 资源vim pod-hostpath.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: pod-hostpath  namespace: defaultspec:  containers:  - name: myapp    image: ikubernetes/myapp:v1    #定义容器挂载内容    volumeMounts:    #使用的存储卷名称，如果跟下面volume字段name值相同，则表示使用volume的这个存储卷    - name: html      #挂载至容器中哪个目录      mountPath: /usr/share/nginx/html      #读写挂载方式，默认为读写模式false      readOnly: false  #volumes字段定义了paues容器关联的宿主机或分布式文件系统存储卷  volumes:    #存储卷名称    - name: html      #路径，为宿主机存储路径      hostPath:        #在宿主机上目录的路径        path: /data/pod/volume1        #定义类型，这表示如果宿主机没有此目录则会自动创建        type: DirectoryOrCreatekubectl apply -f pod-hostpath.yaml//访问测试kubectl get pods -o wideNAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATESpod-hostpath   2/2     Running   0          37s   10.244.2.35   node02              curl 10.244.2.35node02.kgc.com//删除pod，再重建，验证是否依旧可以访问原来的内容kubectl delete -f pod-hostpath.yaml  kubectl apply -f pod-hostpath.yaml kubectl get pods -o wideNAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATESpod-hostpath   2/2     Running   0          36s   10.244.2.37   node02              curl  10.244.2.37 node02.kgc.com

1.3nfs共享存储卷

//在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务mkdir /data/volumes -pchmod 777 /data/volumesvim /etc/exports/data/volumes 192.168.80.0/24(rw,no_root_squash)systemctl start rpcbindsystemctl start nfsshowmount -eExport list for stor01:/data/volumes 192.168.80.0/24//master节点操作vim pod-nfs-vol.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: pod-vol-nfs  namespace: defaultspec:  containers:  - name: myapp    image: ikubernetes/myapp:v1    volumeMounts:    - name: html      mountPath: /usr/share/nginx/html  volumes:    - name: html      nfs:        path: /data/volumes        server: stor01kubectl apply -f pod-nfs-vol.yamlkubectl get pods -o wideNAME                     READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODEpod-vol-nfs              1/1       Running   0          21s       10.244.2.38   node02//在nfs服务器上创建index.htmlcd /data/volumesvim index.html
 nfs stor01
//master节点操作curl 10.244.2.38
 nfs stor01
kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml   #删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

二、PVC 和 PV

PV 全称叫做 Persistent Volume，持久化存储卷。它是用来描述或者说用来定义一个存储卷的，这个通常都是由运维工程师来定义。

PVC 的全称是 Persistent Volume Claim，是持久化存储的请求。它是用来描述希望使用什么样的或者说是满足什么条件的 PV 存储。

PVC 的使用逻辑：在 Pod 中定义一个存储卷（该存储卷类型为 PVC），定义的时候直接指定大小，PVC 必须与对应的 PV 建立关系，PVC 会根据配置的定义去 PV 申请，而 PV 是由存储空间创建出来的。PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源。

上面介绍的PV和PVC模式是需要运维人员先创建好PV，然后开发人员定义好PVC进行一对一的Bond，但是如果PVC请求成千上万，那么就需要创建成千上万的PV，对于运维人员来说维护成本很高，Kubernetes提供一种自动创建PV的机制，叫StorageClass，它的作用就是创建PV的模板。

创建 StorageClass 需要定义 PV 的属性，比如存储类型、大小等；另外创建这种 PV 需要用到的存储插件，比如 Ceph 等。 有了这两部分信息，Kubernetes 就能够根据用户提交的 PVC，找到对应的 StorageClass，然后 Kubernetes 就会调用 StorageClass 声明的存储插件，自动创建需要的 PV 并进行绑定。

PV是集群中的资源。 PVC是对这些资源的请求，也是对资源的索引检查。

PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期：Provisioning（配置）---> Binding（绑定）---> Using（使用）---> Releasing（释放） ---> Recycling（回收）

●Provisioning，即 PV 的创建，可以直接创建 PV（静态方式），也可以使用 StorageClass 动态创建●Binding，将 PV 分配给 PVC●Using，Pod 通过 PVC 使用该 Volume，并可以通过准入控制StorageProtection（1.9及以前版本为PVCProtection） 阻止删除正在使用的 PVC●Releasing，Pod 释放 Volume 并删除 PVC●Reclaiming，回收 PV，可以保留 PV 以便下次使用，也可以直接从云存储中删除

根据这 5 个阶段，PV 的状态有以下 4 种：●Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定●Bound（已绑定）：表示 PV 已经绑定到 PVC●Released（已释放）：表示 PVC 被删掉，但是资源尚未被集群回收●Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

//一个PV从创建到销毁的具体流程如下：1、一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。2、一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用。3、Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released。4、变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete和Recycle。Retain就是保留现场，K8S集群什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动删除PV。Delete策略，K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式，K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用。

kubectl explain pv    #查看pv的定义方式FIELDS:    apiVersion: v1    kind: PersistentVolume    metadata:    #由于 PV 是集群级别的资源，即 PV 可以跨 namespace 使用，所以 PV 的 metadata 中不用配置 namespace      name:     spec    kubectl explain pv.spec    #查看pv定义的规格spec:  nfs:（定义存储类型）    path:（定义挂载卷路径）    server:（定义服务器名称）  accessModes:（定义访问模型，有以下三种访问模型，以列表的方式存在，也就是说可以定义多个访问模式）    - ReadWriteOnce          #（RWO）存储可读可写，但只支持被单个 Pod 挂载    - ReadOnlyMany           #（ROX）存储可以以只读的方式被多个 Pod 挂载    - ReadWriteMany          #（RWX）存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享#nfs 支持全部三种；iSCSI 不支持 ReadWriteMany（iSCSI 就是在 IP 网络上运行 SCSI 协议的一种网络存储技术）；HostPath 不支持 ReadOnlyMany 和 ReadWriteMany。  capacity:（定义存储能力，一般用于设置存储空间）    storage: 2Gi （指定大小）  storageClassName: （自定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain    #回收策略（Retain/Delete/Recycle）#Retain（保留）：当删除与之绑定的PVC时候，这个PV被标记为released（PVC与PV解绑但还没有执行回收策略）且之前的数据依然保存在该PV上，但是该PV不可用，需要手动来处理这些数据并删除该PV。#Delete（删除）：删除与PV相连的后端存储资源（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）#Recycle（回收）：删除数据，效果相当于执行了 rm -rf /thevolume/* （只有 NFS 和 HostPath 支持）kubectl explain pvc   #查看PVC的定义方式KIND:     PersistentVolumeClaimVERSION:  v1FIELDS:   apiVersion       kind         metadata