storageclass和本地持久化存储

Posted 2021-03-02 leiwenbin627

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了storageclass和本地持久化存储相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

StorageClass

之前我们部署了PV 和 PVC 的使用方法，但是前面的 PV 都是静态的，什么意思？就是我要使用的一个 PVC 的话就必须手动去创建一个 PV，我们也说过这种方式在很大程度上并不能满足我们的需求，比如我们有一个应用需要对存储的并发度要求比较高，而另外一个应用对读写速度又要求比较高，特别是对于 StatefulSet 类型的应用简单的来使用静态的 PV 就很不合适了，这种情况下我们就需要用到动态 PV，也就是我们今天要讲解的 StorageClass。

创建

要使用 StorageClass，我们就得安装对应的自动配置程序，比如我们这里存储后端使用的是 nfs，那么我们就需要使用到一个 nfs-client 的自动配置程序，我们也叫它 Provisioner，这个程序使用我们已经配置好的 nfs 服务器，来自动创建持久卷，也就是自动帮我们创建 PV。

自动创建的 PV 以${namespace}-${pvcName}-${pvName}这样的命名格式创建在 NFS 服务器上的共享数据目录中
而当这个 PV 被回收后会以archieved-${namespace}-${pvcName}-${pvName}这样的命名格式存在 NFS 服务器上。

当然在部署nfs-client之前，我们需要先成功安装上 nfs 服务器，前面的课程中我们已经过了，服务地址是10.151.30.57，共享数据目录是/data/k8s/，然后接下来我们部署 nfs-client 即可，我们也可以直接参考 nfs-client 的文档：https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs-client，进行安装即可。

第一步：配置 Deployment，将里面的对应的参数替换成我们自己的 nfs 配置（nfs-client.yaml）

kind: Deployment

apiVersion: extensions/v1beta1

metadata:

name: nfs-client-provisioner

spec:

replicas: 1

strategy:

type: Recreate

template:

metadata:

labels:

app: nfs-client-provisioner

spec:

serviceAccountName: nfs-client-provisioner

containers:

- name: nfs-client-provisioner

image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest

volumeMounts:

- name: nfs-client-root

mountPath: /persistentvolumes

env:

- name: PROVISIONER_NAME

value: fuseim.pri/ifs

- name: NFS_SERVER

value: 10.151.30.57

- name: NFS_PATH

value: /data/k8s

volumes:

- name: nfs-client-root

nfs:

server: 10.151.30.57

path: /data/k8s

第二步：将环境变量 NFS_SERVER 和 NFS_PATH 替换，当然也包括下面的 nfs 配置，我们可以看到我们这里使用了一个名为 nfs-client-provisioner 的serviceAccount，所以我们也需要创建一个 sa，然后绑定上对应的权限：（nfs-client-sa.yaml）

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

---

kind: ClusterRole

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

rules:

- apiGroups: [""]

resources: ["persistentvolumes"]

verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]

- apiGroups: [""]

resources: ["persistentvolumeclaims"]

verbs: ["get", "list", "watch", "update"]

- apiGroups: ["storage.k8s.io"]

resources: ["storageclasses"]

verbs: ["get", "list", "watch"]

- apiGroups: [""]

resources: ["events"]

verbs: ["list", "watch", "create", "update", "patch"]

- apiGroups: [""]

resources: ["endpoints"]

verbs: ["create", "delete", "get", "list", "watch", "patch", "update"]

---

kind: ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

subjects:

- kind: ServiceAccount

namespace: default

roleRef:

kind: ClusterRole

apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

我们这里新建的一个名为 nfs-client-provisioner 的ServiceAccount，然后绑定了一个名为 nfs-client-provisioner-runner 的ClusterRole，而该ClusterRole声明了一些权限，其中就包括对persistentvolumes的增、删、改、查等权限，所以我们可以利用该ServiceAccount来自动创建 PV。

第三步：nfs-client 的 Deployment 声明完成后，我们就可以来创建一个StorageClass对象了：（nfs-client-class.yaml）

apiVersion: storage.k8s.io/v1

kind: StorageClass

metadata:

provisioner: fuseim.pri/ifs # or choose another name, must match deployment‘s env PROVISIONER_NAME‘

我们声明了一个名为 course-nfs-storage 的StorageClass对象，注意下面的provisioner对应的值一定要和上面的Deployment下面的 PROVISIONER_NAME 这个环境变量的值一样。

现在我们来创建这些资源对象吧：

$ kubectl create -f nfs-client.yaml

$ kubectl create -f nfs-client-sa.yaml

$ kubectl create -f nfs-client-class.yaml

创建完成后查看下资源状态：

$ kubectl get pods

NAME READY STATUS RESTARTS AGE

...

nfs-client-provisioner-7648b664bc-7f9pk 1/1 Running 0 7h

...$ kubectl get storageclass

NAME PROVISIONER AGE

course-nfs-storage fuseim.pri/ifs 11s

新建

上面把StorageClass资源对象创建成功了，接下来我们来通过一个示例测试下动态 PV，首先创建一个 PVC 对象：(test-pvc.yaml)

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

spec:

accessModes: - ReadWriteMany

resources:

requests:

storage: 1Mi

我们这里声明了一个 PVC 对象，采用 ReadWriteMany 的访问模式，请求 1Mi 的空间，但是我们可以看到上面的 PVC 文件我们没有标识出任何和 StorageClass 相关联的信息，那么如果我们现在直接创建这个 PVC 对象能够自动绑定上合适的 PV 对象吗？显然是不能的(前提是没有合适的 PV)，我们这里有两种方法可以来利用上面我们创建的 StorageClass 对象来自动帮我们创建一个合适的 PV

在这个 PVC 对象中添加一个声明 StorageClass 对象的标识，这里我们可以利用一个 annotations 属性来标识，如下：

apiVersion: v1

kind: PersistentVolumeClaim

metadata:

annotations:

volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "course-nfs-storage"

spec:

accessModes: - ReadWriteMany

resources:

requests:

storage: 1Mi

$ kubectl create -f test-pvc.yaml

persistentvolumeclaim "test-pvc" created$ kubectl get pvc

NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE...

test-pvc Bound pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7 1Mi RWX course-nfs-storage 2m...

我们可以看到一个名为 test-pvc 的 PVC 对象创建成功了，状态已经是 Bound 了，是不是也产生了一个对应的 VOLUME 对象，最重要的一栏是 STORAGECLASS，现在是不是也有值了，就是我们刚刚创建的 StorageClass 对象 course-nfs-storage。

然后查看下 PV 对象呢：

$ kubectl get pv

NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE...

pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7 1Mi RWX Delete Bound default/test-pvc course-nfs-storage 8m...

可以看到是不是自动生成了一个关联的 PV 对象，访问模式是 RWX，回收策略是 Delete，这个 PV 对象并不是我们手动创建的吧，这是通过我们上面的 StorageClass 对象自动创建的。这就是 StorageClass 的创建方法。

测试

接下来我们还是用一个简单的示例来测试下我们上面用 StorageClass 方式声明的 PVC 对象吧：(test-pod.yaml)

kind: Pod

apiVersion: v1

metadata:

spec:

containers:

- name: test-pod

image: busybox

imagePullPolicy: IfNotPresent

command:

- "/bin/sh"

args:

- "-c"

- "touch /mnt/SUCCESS && exit 0 || exit 1"

volumeMounts:

- name: nfs-pvc

mountPath: "/mnt"

restartPolicy: "Never"

volumes:

- name: nfs-pvc

persistentVolumeClaim:

claimName: test-pvc

上面这个 Pod 非常简单，就是用一个 busybox 容器，在 /mnt 目录下面新建一个 SUCCESS 的文件，然后把 /mnt 目录挂载到上面我们新建的 test-pvc 这个资源对象上面了，要验证很简单，只需要去查看下我们 nfs 服务器上面的共享数据目录下面是否有 SUCCESS 这个文件即可：

$ kubectl create -f test-pod.yaml

pod "test-pod" created

然后我们可以在 nfs 服务器的共享数据目录下面查看下数据：

$ ls /data/k8s/

default-test-pvc-pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7

我们可以看到下面有名字很长的文件夹，这个文件夹的命名方式是不是和我们上面的规则：${namespace}-${pvcName}-${pvName}是一样的，再看下这个文件夹下面是否有其他文件：

$ ls /data/k8s/default-test-pvc-pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7

SUCCESS

我们看到下面有一个 SUCCESS 的文件，是不是就证明我们上面的验证是成功的啊。

另外我们可以看到我们这里是手动创建的一个 PVC 对象，在实际工作中，使用 StorageClass 更多的是 StatefulSet 类型的服务，StatefulSet 类型的服务我们也可以通过一个 volumeClaimTemplates 属性来直接使用 StorageClass，如下：(test-statefulset-nfs.yaml)

apiVersion: apps/v1beta1
kind: StatefulSet
metadata:
name: nfs-web
spec:
serviceName: "nginx"
template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-web
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 10
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: web
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
volumeClaimTemplates:
- metadata:
      name: www
      annotations:
        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: course-nfs-storage
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      resources:
        requests:
          storage: 10Mi
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nfs-web
spec:
type: NodePort
selector:
    app: nfs-web
ports:
- name: nfs-port
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: web
    nodePort: 8613

实际上 volumeClaimTemplates 下面就是一个 PVC 对象的模板，就类似于我们这里 StatefulSet 下面的 template，实际上就是一个 Pod 的模板，我们不单独创建成 PVC 对象，而用这种模板就可以动态的去创建了对象了，这种方式在 StatefulSet 类型的服务下面使用得非常多。

直接创建上面的对象：

$ kubectl create -f test-statefulset-nfs.yaml

statefulset.apps "nfs-web" created$ kubectl get pods

NAME READY STATUS RESTARTS AGE...

nfs-web-0 1/1 Running 0 1m

nfs-web-1 1/1 Running 0 1m

nfs-web-2 1/1 Running 0 33s...

创建完成后可以看到上面的3个 Pod 已经运行成功，然后查看下 PVC 对象：

$ kubectl get pvc

NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE...

www-nfs-web-0 Bound pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO course-nfs-storage 2m

www-nfs-web-1 Bound pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO course-nfs-storage 2m

www-nfs-web-2 Bound pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO course-nfs-storage 1m...

我们可以看到是不是也生成了3个 PVC 对象，名称由模板名称 name 加上 Pod 的名称组合而成，这3个 PVC 对象也都是绑定状态了，很显然我们查看 PV 也可以看到对应的3个 PV 对象：

$ kubectl get pv

NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE... 1d

pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO Delete Bound default/www-nfs-web-0 course-nfs-storage 4m

pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO Delete Bound default/www-nfs-web-1 course-nfs-storage 4m

pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7 1Gi RWO Delete Bound default/www-nfs-web-2 course-nfs-storage 4m...

查看 nfs 服务器上面的共享数据目录：

$ ls /data/k8s/...

default-www-nfs-web-0-pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7

default-www-nfs-web-1-pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7

default-www-nfs-web-2-pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7...

是不是也有对应的3个数据目录，这就是我们的 StorageClass 的使用方法，对于 StorageClass 多用于 StatefulSet 类型的服务。

本地持久化存储

本地持久化存储（Local Persistent Volume）就是把数据存储在POD运行的宿主机上，我们知道宿主机有hostPath和emptyDir，由于这两种的特定不适用于本地持久化存储。那么本地持久化存储必须能保证POD被调度到具有本地持久化存储的节点上。

但这里有个问题，通常我们先创建PV，然后创建PVC，这时候如果两者匹配那么系统会自动进行绑定，哪怕是动态PV创建，也是先调度POD到任意一个节点，然后根据PVC来进行创建PV然后进行绑定最后挂载到POD中，可是本地持久化存储有一个问题就是这种PV必须要先准备好，而且不一定集群所有节点都有这种PV，如果POD随意调度肯定不行，如何保证POD一定会被调度到有PV的节点上呢？这时候就需要在PV中声明节点亲和，且POD被调度的时候还要考虑卷的分布情况。

定义PV

apiVersion: v1

kind: PersistentVolume

metadata:

spec:

capacity:

storage: 5Gi

volumeMode: Filesystem

accessModes:

- ReadWriteOnce

persistentVolumeReclaimPolicy: Delete

storageClassName: local-storage

local: # local类型

path: /data/vol1 # 节点上的具体路径

nodeAffinity: # 这里就设置了节点亲和

required:

nodeSelectorTerms:

- matchExpressions:

- key: kubernetes.io/hostname

operator: In

values:

- node01 # 这里我们使用node01节点，该节点有/data/vol1路径

如果你在node02上也有/data/vol1这个目录，上面这个PV也一定不会在node02上，因为下面的nodeAffinity设置了主机名就等于node01。

另外这种本地PV通常推荐使用的是宿主机上单独的硬盘设备，而不是和操作系统共有一块硬盘，虽然可以这样用。

定义存储类

kind: StorageClass

apiVersion: storage.k8s.io/v1

metadata:

provisioner: kubernetes.io/no-provisioner

volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

这里的volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer很关键，意思就是延迟绑定，当有符合PVC要求的PV不立即绑定。因为POD使用PVC，而绑定之后，POD被调度到其他节点，显然其他节点很有可能没有那个PV所以POD就挂起了，另外就算该节点有合适的PV，而POD被设置成不能运行在该节点，这时候就没法了，延迟绑定的好处是，POD的调度要参考卷的分布。当开始调度POD的时候看看它要求的LPV在哪里，然后就调度到该节点，然后进行PVC的绑定，最后在挂载到POD中，这样就保证了POD所在的节点就一定是LPV所在的节点。所以让PVC延迟绑定，就是等到使用这个PVC的POD出现在调度器上之后（真正被调度之前），然后根据综合评估再来绑定这个PVC。

定义PVC

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

spec:

accessModes:

- ReadWriteOnce

resources:

requests:

storage: 5Gi

storageClassName: local-storage

技术图片

可以看到这个PVC是pending状态，这也就是延迟绑定，因为此时还没有POD。

定义POD

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

spec:

replicas: 1

selector:

matchLabels:

appname: myapp

template:

metadata:

labels:

appname: myapp

spec:

containers:

- name: myapp

image: tomcat:8.5.38-jre8

ports:

- name: http

containerPort: 8080

protocol: TCP

volumeMounts:

- name: tomcatedata

mountPath : "/data"

volumes:

- name: tomcatedata

persistentVolumeClaim:

claimName: local-claim

技术图片

这个POD被调度到node01上，因为我们的PV就在node01上，这时候你删除这个POD，然后在重建该POD，那么依然会被调度到node01上。

总结：本地卷也就是LPV不支持动态供给的方式，延迟绑定，就是为了综合考虑所有因素再进行POD调度。其根本原因是动态供给是先调度POD到节点，然后动态创建PV以及绑定PVC最后运行POD；而LPV是先创建与某一节点关联的PV，然后在调度的时候综合考虑各种因素而且要包括PV在哪个节点，然后再进行调度，到达该节点后在进行PVC的绑定。也就说动态供给不考虑节点，LPV必须考虑节点。所以这两种机制有冲突导致无法在动态供给策略下使用LPV。换句话说动态供给是PV跟着POD走，而LPV是POD跟着PV走。

Storageclass参考:https://www.cnblogs.com/fuyuteng/p/11017630.html

本地持久化存储(LPV)参考:https://www.cnblogs.com/rexcheny/p/10925464.html

以上是关于storageclass和本地持久化存储的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

k8s 基于NFS部署storageclass pv自动供给

云原生 | kubernetes 持久化存储 - StorageClass动态绑定PV

Kubernetes 持久化数据存储 StorageClass

持久化存储之 PV、PVC、StorageClass

[kubernetes]持久化存储之StorageClass