关于 Kubernetes中Volume的一些笔记

Posted 2021-12-28 山河已无恙

写在前面

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• 学习K8s，刚把这一块学完，整理笔记，理论很少，偏实战，适合温习
• 博文内容涉及：
  • 常见nfs,hostPath,emptyDir数据卷类型
  • PV+PVC的创建
  • 持久性存储及动态卷供应

男女情事,谁先动心谁吃亏,越吃亏越难忘,到最后,到底是喜欢对方呢,还是喜欢自己,都搞不清楚了,答案偏偏在对方身上,所以才说,由爱故生忧。--------《剑来》

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数据卷(Volume)管理

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录。Kuberetes的Volume概念、用途和目的与Docker的Volume比较类似,但两者不能等价。

Volume (存储卷)
Kubernetes中的Volume定义在Pod上,然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下;
Kubernetes中的Volume与Pod的生命周期相同,但与容器的生命周期不相关,当容器终止或者重启时, Volume中的数据也不会丢失。
Kubernetes支持多种类型的Volume,例如GlusterFS, Ceph等先进的分布式文件系统。

Volume的使用也比较简单,在大多数情况下,我们先在Pod上声明一个Volume,然后在容器里引用该Volume并Mount到容器里的某个目录上。举例来说,我们要给之前的Tomcat Pod增加一个名字为datavol的Volume,并且Mount到容器的/mydata-data目录上,则只要对Pod的定义文件做如下修正即可(注意黑体字部分):

template:
  metadata:
    labels:
      app: app-demo
      tier: frontend
  spec:
    volumes:
      - name: datavol
        emptyDir: 
    containers:
    - name: tomcat-demo
      image: tomcat
      volumeMounts:
        - mountPath: /myddata-data
          name: datavol
      imagePullPolicy: IfNotPresent

除了可以让一个Pod里的多个容器共享文件、让容器的数据写到宿主机的磁盘上或者写文件到网络存储中, Kubernetes的Volume还扩展出了一种非常有实用价值的功能,即 ：容器配置文件集中化定义与管理,这是通过ConfigMap这个新的资源对象来实现的.

Kubernetes提供了非常丰富的Volume类型

学习环境准备

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$mkdir k8s-volume-create;cd k8s-volume-create
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get ns
NAME                   STATUS   AGE
default                Active   49d
kube-node-lease        Active   49d
kube-public            Active   49d
kube-system            Active   49d
liruilong              Active   49d
liruilong-pod-create   Active   41d

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl  create ns liruilong-volume-create
namespace/liruilong-volume-create created
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl config set-context $(kubectl config current-context) --namespace=liruilong-volume-create
Context "context1" modified.
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl config get-contexts
CURRENT   NAME       CLUSTER    AUTHINFO            NAMESPACE
          cluster1                                  default
*         context1   cluster1   kubernetes-admin1   liruilong-volume-create
          context2                                  kube-system

emptyDir

一个emptyDir Volume是在Pod分配到Node时创建的。从它的名称就可以看出,它的初始内容为空,并且无须指定宿主机上对应的目录文件,因为这是 Kubernetes自动分配的一个目录,而且这个目录实际是挂载中物理机内存中的的，当Pod从Node上移除时, emptyDir中的数据也会被永久删除。

emptyDir的一些用途如下:

emptyDir的一些用途
临时空间,例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录,且无须永久保留。
长时间任务的中间过程CheckPoint的临时保存目录。
一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录(多容器共享目录)

创建一个Pod，声明volume卷

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: podvolume
  name: podvolume
spec:
  volumes:
  - name: volume1
    emptyDir: 
  - name: volume2
    emptyDir: 
  containers:
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
    resources: 
    name: podvolume1
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume1
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: podvolume2
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume2
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: 

创建pod，查看运行状态

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl apply  -f pod_volume.yaml
pod/podvolume configured
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get pods -o wide
NAME        READY   STATUS             RESTARTS         AGE   IP             NODE                         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podvolume   0/2     CrashLoopBackOff   164 (117s ago)   37h   10.244.70.14   vms83.liruilongs.github.io   <none>           <none>
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$

查看pod的数据卷类型

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl describe  pod podvolume | grep -A2 Volumes
Volumes:
  volume1:
    Type:       EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)

通过docker命令来查看对应的宿主机容器

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible 192.168.26.83 -m shell -a "docker ps | grep podvolume"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
bbb287afc518   cabb9f684f8b                                          "sh -c 'sleep 5000'"     12 minutes ago   Up 12 minutes             k8s_podvolume2_podvolume_liruilong-volume-create_76b518f6-9575-4412-b161-f590ab3c3135_0
dcbf5c63263f   cabb9f684f8b                                          "sh -c 'sleep 5000'"     12 minutes ago   Up 12 minutes             k8s_podvolume1_podvolume_liruilong-volume-create_76b518f6-9575-4412-b161-f590ab3c3135_0
5bb9ee2ed134   registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.4.1   "/pause"                 12 minutes ago   Up 12 minutes             k8s_POD_podvolume_liruilong-volume-create_76b518f6-9575-4412-b161-f590ab3c3135_0
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]

通过inspect查看映射的宿主机信息

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible 192.168.26.83 -m shell -a "docker inspect dcbf5c63263f | grep -A5 Mounts"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
        "Mounts": [
            
                "Type": "bind",
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/76b518f6-9575-4412-b161-f590ab3c3135/volumes/kubernetes.io~empty-dir/volume1",
                "Destination": "/liruilong",
                "Mode": "",
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible 192.168.26.83 -m shell -a "docker inspect bbb287afc518 | grep -A5 Mounts"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
        "Mounts": [
            
                "Type": "bind",
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/76b518f6-9575-4412-b161-f590ab3c3135/volumes/kubernetes.io~empty-dir/volume2",
                "Destination": "/liruilong",
                "Mode": "",
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$

pod内多容器数据卷共享

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$sed 's/podvolume/podvolumes/' pod_volume.yaml >pod_volumes.yaml
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$vim pod_volumes.yaml

编写pod_volumes.yaml文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: podvolumes
  name: podvolumes
spec:
  volumes:
  - name: volume1
    emptyDir: 
  containers:
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
    resources: 
    name: podvolumes1
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume1
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: podvolumes2
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume1
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: 

新建的文件夹中两个pod中同时存在

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl apply  -f pod_volumes.yaml
pod/podvolumes created
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl exec -it podvolumes -c podvolumes1 -- sh
/ # mkdir -p /liruilong/$(date +"%Y%m%d%H%M%S");cd /liruilong/;ls
20211127080726
/liruilong #
/liruilong # exit
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl exec -it podvolumes -c podvolumes2 -- sh
/ # cd /liruilong/;ls
20211127080726
/liruilong #

设置数据卷的读写权限

pod_volume_r.yaml:设置数据卷pod1只读

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: podvolume
  name: podvolume
spec:
  volumes:
  - name: volume1
    emptyDir: 
  - name: volume2
    emptyDir: 
  containers:
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
    resources: 
    name: podvolume1
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume1
      readOnly: true # 设置数据卷pod1只读
  - image: busybox
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: podvolume2
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volume2
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: 

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl exec  -it podvolume -c podvolume1 -- sh
/ # cd liruilong/;touch lrl.txt
touch: lrl.txt: Read-only file system
/liruilong #
/liruilong # exit
command terminated with exit code 1
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl exec  -it podvolume -c podvolume2 -- sh
/ # cd liruilong/;touch lrl.txt
/liruilong # ls
lrl.txt
/liruilong #

hostPath

hostPath为在Pod上挂载宿主机上的文件或目录,它通常可以用于以下几方面。

hostPath的应用
容器应用程序生成的日志文件需要永久保存时,可以使用宿主机的高速文件系统进行存储。
需要访问宿主机上Docker引擎内部数据结构的容器应用时,可以通过定义hostPath为宿主机/var/lib/docker目录,使容器内部应用可以直接访问Docker的文件系统。

在使用这种类型的Volume时,需要注意以下几点。

在不同的Node上具有相同配置的Pod可能会因为宿主机上的目录和文件不同而导致对Volume上目录和文件的访问结果不一致。

如果使用了资源配额管理,则Kubernetes无法将hostPath在宿主机上使用的资源纳入管理cgroup。在下面的例子中使用宿主机的/data目录定义了一个hostPath类型的Volume:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: podvolumehostpath
  name: podvolumehostpath
spec:
  volumes:
  - name: volumes1
    hostPath:
      path: /data
  containers:
  - image: busybox
    name: podvolumehostpath
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
    resources: 
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volumes1
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: 

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl apply  -f PodVolumeHostPath.yaml
pod/podvolumehostpath created

宿主机创建一个文件

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl  get pod -o wide
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE                         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podvolumehostpath   1/1     Running   0          5m44s   10.244.70.9   vms83.liruilongs.github.io   <none>           <none>
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$cd ..
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible 192.168.26.83 -m shell -a "cd /data;touch liruilong"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible 192.168.26.83 -m shell -a "cd /data;ls"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
liruilong
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$

pod容器内同样存在

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$kubectl exec -it podvolumehostpath -- sh
/ # ls
bin        dev        etc        home       liruilong  proc       root       sys        tmp        usr        var
/ # cd liruilong/;ls
liruilong
/liruilong #

NFS

不管是emptyDir还是hostPath，数据都是存放到宿主机，但是如某个pod出现了问题，通过控制器重启时，会通过调度生产一个新的Pod，如果调度的节点不是原来的节点，那么数据就会丢失。这里的话，使用网路存储就很方便。

部署一个NFSServer

使用NFS网络文件系统提供的共享目录存储数据时,我们需要在系统中部署一个NFSServer

┌──[[e-mail]]-[~]
└─$yum -y install nfs-utils.x86_64
┌──[[e-mail]]-[~]
└─$systemctl enable nfs-server.service  --now
┌──[[e-mail]]-[~]
└─$mkdir -p /liruilong
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$cd /liruilong/;echo `date` > liruilong.txt
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$cd /liruilong/;cat  liruilong.txt
2021年 11月 27日 星期六 21:57:10 CST
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$cat /etc/exports
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$echo "/liruilong *(rw,sync,no_root_squash)" > /etc/exports
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$exportfs -arv
exporting *:/liruilong
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$showmount -e
Export list for vms81.liruilongs.github.io:
/liruilong *
┌──[[e-mail]]-[/liruilong]
└─$

然后我们需要在所有的工作节点安装nfs-utils，然后挂载

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node -m shell -a "yum -y install nfs-utils"
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node -m shell -a "systemctl enable nfs-server.service  --now"

nfs共享文件测试

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node -m shell -a "showmount -e vms81.liruilongs.github.io"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
Export list for vms81.liruilongs.github.io:
/liruilong *
192.168.26.82 | CHANGED | rc=0 >>
Export list for vms81.liruilongs.github.io:
/liruilong *
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$

挂载测试

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node  -m shell -a "mount  vms81.liruilongs.github.io:/liruilong /mnt"

192.168.26.82 | CHANGED | rc=0 >>

192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node -m shell -a "cd /mnt/;ls"
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
liruilong.txt
192.168.26.82 | CHANGED | rc=0 >>
liruilong.txt

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node -m shell -a "df -h | grep  liruilong"
192.168.26.82 | CHANGED | rc=0 >>
vms81.liruilongs.github.io:/liruilong  150G  8.3G  142G    6% /mnt
192.168.26.83 | CHANGED | rc=0 >>
vms81.liruilongs.github.io:/liruilong  150G  8.3G  142G    6% /mnt

取消挂载

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$ansible node  -m shell -a "umount /mnt"

使用nfs数据卷pod资源yaml文件

podvolumenfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    run: podvolumehostpath
  name: podvolumehostpath
spec:
  volumes:
  - name: volumes1
    nfs:
      server: vms81.liruilongs.github.io
      path: /liruilong
  containers:
  - image: busybox
    name: podvolumehostpath
    command: ['sh','-c','sleep 5000']
    resources: 
    volumeMounts:
    - mountPath: /liruilong
      name: volumes1
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: 

创建nfs数据卷 pod

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl apply -f podvolumenfs.yaml
pod/podvolumehostpath created
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get pods -o wide
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE                         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podvolumehostpath   1/1     Running   0          24s   10.244.171.182   vms82.liruilongs.github.io   <none>           <none>
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl exec -it podvolumehostpath -- sh
/ # cd liruilong/;ls
liruilong.txt
/liruilong # exit
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$

持久性存储(Persistent Volume)

Volume是定义在Pod上的,属于“计算资源”的一部分,而实际上, “网络存储”是相对独立于“计算资源”而存在的一种实体资源。比如在使用虚拟机的情况下,我们通常会先定义一个网络存储,然后从中划出一个“网盘”并挂接到虚拟机上

Persistent Volume(简称PV)和与之相关联的Persistent Volume Claim (简称PVC)也起到了类似的作用。PV可以理解成 Kubernetes集群中的某个网络存储中对应的一块存储,它与Volume很类似,但有以下区别。

这里也可以结合物理盘区和逻辑卷来理解，PV可以理解为物理卷，PVC可以理解为划分的逻辑卷。

Persistent Volume与Volume的区别
PV只能是网络存储,不属于任何Node,但可以在每个Node上访问。
PV并不是定义在Pod上的,而是独立于Pod之外定义。
PV目前支持的类型包括: gcePersistentDisk、 AWSElasticBlockStore, AzureFileAzureDisk, FC (Fibre Channel). Flocker, NFS, isCSI, RBD (Rados Block Device)CephFS. Cinder, GlusterFS. VsphereVolume. Quobyte Volumes, VMware Photon.PortworxVolumes, ScalelO Volumes和HostPath (仅供单机测试)。

pv的创建

PV的accessModes属性, 目前有以下类型:

• ReadWriteOnce:读写权限、并且只能被单个Node挂载。
• ReadOnlyMany:只读权限、允许被多个Node挂载。
• ReadWriteMany:读写权限、允许被多个Node挂载。

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get pv
No resources found
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$vim pod_volunms-pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  #storageClassName: slow
  mountOptions:
    - hard
    - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /tmp
    server: vms81.liruilongs.github.io

┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$cat  /etc/exports
/liruilong *(rw,sync,no_root_squash)
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$echo "/tmp *(rw,sync,no_root_squash)" >>/etc/exports
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$cat  /etc/exports
/liruilong *(rw,sync,no_root_squash)
/tmp *(rw,sync,no_root_squash)
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$
┌──[[e-mail]]-[~/ansible]
└─$exportfs -avr
exporting *:/tmp
exporting *:/liruilong

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl apply -f pod_volunms-pv.yaml
persistentvolume/pv0003 created
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get pv -o wide
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE   VOLUMEMODE
pv0003   5Gi        RWO            Recycle          Available                                   16s   Filesystem

PV是有状态的对象,它有以下几种状态。
Available:空闲状态。
Bound:已经绑定到某个Pvc上。
Released:对应的PVC已经删除,但资源还没有被集群收回。
Failed: PV自动回收失败。

PVC的创建

如果某个Pod想申请某种类型的PV,则首先需要定义一个PersistentVolumeClaim (PVC)对象:

PVC是基于命名空间相互隔离的，不同命名空间的PVC相互隔离PVC通过accessModes和storage的约束关系来匹配PV，不需要显示定义，accessModes必须相同，storage必须小于等于。

┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$kubectl get pvc
No resources found in liruilong-volume-create namespace.
┌──[[e-mail]]-[~/ansible/k8s-volume-create]
└─$vim pod_volumes-pvc.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc01
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
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