容器编排系统K8s之PV、PVC、SC资源

　　前文我们聊到了k8s中给Pod添加存储卷相关话题，回顾请参考：https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/14180752.html；今天我们来聊一下持久存储卷相关话题；

　　volume的基础使用，需要我们用户手动来向不同类型存储接口传递不同的参数，从而实现把外部存储映射到k8s上的一个volume对象，使得pod才能正常的挂载对应的存储卷，对应pod里的容器才能正常使用；这种使用方式的前提是用户必须了解对应的存储系统，了解对应类型的存储接口，以及相关参数；这使得用户在k8s上使用存储卷变得有些复杂；为了简化这一过程，在k8s上使用pv和pvc资源来把对应底层存储接口给隐藏了，用户使用存储卷不再关心底层存储系统接口；不管底层是那种类型的存储，用户只需面对一个pvc接口即可；

　　PV、PVC和K8s集群以及pod的关系

　　提示：用户在创建pod时使用存储卷只需要关心对应名称空间的pvc对象；而对应pv是需要集群管理管理员定义；后端存储是专门的存储管理员负责管理；pv是k8s上的一种标准资源，全称叫做PersistentVolume翻译成中文就是持久存储卷；它主要作用是把后端存储中的某个逻辑单元，映射为k8s上的pv资源；pv是集群级别的资源；任意名称空间都可以直接关联某一个pv；关联pv的过程我们叫做绑定pv；而对应名称空间关联某一pv需要使用pvc资源来定义；pvc全称PersistentVolumeClaim的缩写，意思就是持久存储卷申请；在一个名称空间下创建一个pvc就是把对应名称空间同集群上的某一pv做绑定；一旦一个名称空间绑定了一个pv后，对应的pv就会从available状态转变成bond状态，其他名称空间将不能再使用，只有对应pv是available状态才能正常的被其他名称空间关联绑定；简单讲pvc和pv的关系是一一对应的，一个pv只能对应一个pvc；至于同一名称空间下的多个pod是否能够同时使用一个PVC取决pv是否允许多路读写，对应pv是否支持多路读写取决后端存储系统；不同类型的存储系统，对应访问模式也有所不同。访问模式有三种，单路读写(ReadWriteOnce简称RWO)，多路读写(ReadWriteMany简称RWX)，多路只读(ReadOnlyMany简称ROX)；

　　示例：pv资源创建

[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的标准资源，其群组版本为v1,类型为PersistentVolume；spec.capacity.storage字段用来描述pv的存储容量；volumeMode用来描述对应存储系统提供的存储卷类型接口，一般存储卷类型接口有两种，分别是文件系统接口和块设备接口；accessModes用来描述pv的访问模式；presistentVolumeReclaimPolicy字段用来描述存储卷回收策略，持久卷回收策略有3中，一种是Delete，表示当pvc删除以后，对应pv也随之删除；第二种是Recycle,表示当pvc删除以后，对应pv的数据也随之被删除；第三种是Retain表示当pvc被删除以后，pv原封动，即pv也在，对应数据也在；mountOptions字段用来指定挂载选项；nfs表示后端存储为nfs，对于不同类型的存储，对应的要传递的参数各不相同，对于nfs这种类型的存储，我们只需要指定其nfs服务器地址以及对应共享出来的文件路径；以上配置就表示把nfs上的/data/v1目录映射到k8s上的pv，对应pv的名称为nfs-pv-v1；这里需要注意一点，在创建pv时，对应后端存储应该提前准备好；

　　应用配置清单

[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,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的详细信息中能够看到，当前pv的状态为available，pv对应后端的存储是nfs，对应存储的ip地址为192.168.0.99，当前pv对应后端存储的逻辑单元就是/data/v1；

　　示例：创建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上的标准资源，对应的群组版本为v1,类型为PersistentVolumeClaim；其中spec.accessModes字段是用来指定其pvc的访问模式，一般这个模式是被pv的accessModes包含，也就说pvc的访问模式必须是pv的子集，即等于小于pv的访问模式；resources用来描述对应pvc的存储空间限制，requests用来描述对应pvc最小容量限制，limits用来描述最大容量限制；selector用来定义标签选择器，主要作用过滤符合对应标签的pv；如果不定义标签选择器，它会在所有available状态的pv中，通过其容量大小限制以及访问模式去匹配一个最佳的pv进行关联；

　　应用配置清单

[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,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,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,RWX    Retain           Bound    default/pvc-nfs-pv-v1                           19m
[root@master01 ~]#

　　提示：这里显示pvc的大小是pvc最大容量显示，默认不限制最大容量就是其pv的最大容量；从上面的显示可以看到对应pv被pvc绑定以后，其状态就变成了bound；

　　示例：创建pod关联pvc，并在其pod容器里挂载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里关联pvc，只需要指定后端存储类型为persistentVolumeClaim，然后指定对应的pvc名称；

　　应用资源清单

[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：可以看到对应pod已经正常运行起来；从详细信息中可以看到对应pod使用的volumes类型为PersistentVolumeClaim，对应名称为pvc-nfs-pv-v1；对应容器以读写方式挂载了对应存储卷；

　　测试：在redis-demo上产生数据，看看是否能够正常保存到nfs服务器上？

[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服务器上查看对应目录下是否有dump.rdb文件产生？

[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上产生的快照文件在nfs服务器上有对应的文件存在；

　　测试：删除pod，看看对应文件是否还在？

[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：可以看到删除了pod对应快照文件在nfs服务器还是存在；

　　绑定节点，重新新建pod，看看对应是否能够自动应用快照中的数据？

[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被调度到node01上了；

　　进入对应pod，看看是否应用了其快照文件中的数据？对应key是否能够被应用到内存？

[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能够正常读取到nfs上的快照文件并应用到内存中；

　　删除pvc，看看对应pv是否被删除？

　　提示：可以看到在没有删除pod的情况下，对应删除操作被阻塞了；

　　查看pvc状态

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

　　提示：可以看到现在pvc的状态变成了terminating，但对应pvc还在并没有被删除；对应pv还处于绑定状态；

　　删除pod，看看对应pvc是否会被删除呢？

[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,RWX    Retain           Released   default/pvc-nfs-pv-v1                           54m
[root@master01 ~]#

　　提示：可以看到删除对应pod以后，pvc就立即删除了；对应pvc被删除以后，对应pv的状态就从bound状态转变为Released状态，表示等待回收；我们在资源清单中使用的是Retain回收策略，pv和pvc都是我们人工手动回收；

　　删除pv，看看对应数据是否会被删除？

[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,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：可以看到删除了pv，对应快照文件并没有清除；

　　以上就是pv和pvc资源的用法，下面我们再来说一下sc资源

　　SC是StorageClass的缩写，表示存储类；这种资源主要用来对pv资源的自动供给提供接口；所谓自动供给是指用户无需手动创建pv，而是在创建pvc时对应pv会由persistentVolume-controller自动创建并完成pv和pvc的绑定；使用sc资源的前提是对应后端存储必须支持restfull类型接口的管理接口，并且pvc必须指定对应存储类名称来引用SC；简单讲SC资源就是用来为后端存储提供自动创建pv并关联对应pvc的接口；如下图

　　提示：使用sc动态创建pv，对应pvc必须也是属于对应的sc；上图主要描述了用户在创建pvc时，引用对应的sc以后，对应sc会调用底层存储系统的管理接口，创建对应的pv并关联至对应pvc；

　　示例：创建sc资源

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：上述是官方文档中的一个示例，在创建sc资源时，对应群组是storage.k8s.io/v1，类型为StorageClass；provisioner字段用于描述对应供给接口名称；parameters用来定义向对应存储管理接口要传递的参数；

　　在pvc资源中引用SC资源对象

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

　　提示：在创建pvc时用storageClassName字段来指定对应的SC名称即可；

容器编排系统K8s之PV、PVC、SC资源

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