kubernetes存储(二)——K8S的Volumes配置管理(emptyDir卷、hostPath卷、nfs 卷、持久卷PV与持久卷声明PVC)

本文深入探讨了Kubernetes中的Volumes,包括emptyDir、hostPath和NFS卷的使用。此外,还详细介绍了持久卷(PV)和持久卷声明(PVC)的概念,包括静态和动态供给、访问模式及回收策略。通过实例展示了如何创建PV、PVC并将其挂载到Pod中。

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参考官网:https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/volumes/

1.Volumes的介绍

容器中的文件在磁盘上是临时存放的,这给容器中运行的特殊应用程序带来一些问题。首先,当容器崩溃时,kubelet 将重新启动容器,容器中的文件将会丢失, 因为容器会以干净的状态重建。其次,当在一个 Pod 中同时运行多个容器时,常常需要在这些容器之间共享文件。 Kubernetes 抽象出 Volume 对象来解决这两 个问题。

Kubernetes 卷具有明确的生命周期,与包裹它的 Pod 相同。 因此,卷比 Pod 中运行的任何容器的存活期都长,在容器重新启动时数据也会得到保留。 当然,当一个 Pod 不再存在时,卷也将不再存在。也许更重要的是,Kubernetes 可以支持许多类型的卷,Pod 也能同时使用任意数量的卷。

卷不能挂载到其他卷,也不能与其他卷有硬链接。 Pod 中的每个容器必须独立地指定每个卷的挂载位置。

Kubernetes 支持下列类型的卷:
• awsElasticBlockStore 、azureDisk、azureFile、cephfs、cinder、configMap、csi • downwardAPI、emptyDir、fc (fibre channel)、flexVolume、flocker • gcePersistentDisk、gitRepo (deprecated)、glusterfs、hostPath、iscsi、local、
• nfs、persistentVolumeClaim、projected、portworxVolume、quobyte、rbd • scaleIO、secret、storageos、vsphereVolume

1.1 emptyDir卷

当 Pod 指定到某个节点上时,首先创建的是一个 emptyDir 卷,并且只要 Pod 在该节点上运行,卷就一直存在。 就像它的名称表示的那样,卷最初是空的。 尽管 Pod 中的容器挂载 emptyDir 卷的路径可能相同也可能不同,但是这些容器都可以读写 emptyDir 卷中相同的文件。 当 Pod 因为某些原因被从节点上删除时, emptyDir 卷中的数据也会永久删除。

emptyDir 的使用场景:
• 缓存空间,例如基于磁盘的归并排序。
• 为耗时较长的计算任务提供检查点,以便任务能方便地从崩溃前状态恢复执行。
• 在 Web 服务器容器服务数据时,保存内容管理器容器获取的文件。

默认情况下, emptyDir 卷存储在支持该节点所使用的介质上;这里的介质可以是磁盘或SSD 或网络存储。 但是,可以将 emptyDir.medium 字段设 置为 “Memory”,以告诉 Kubernetes 安装 tmpfs(基于内存的文件系统)。 虽然 tmpfs 速度非常快,但是要注意它与磁盘不同。 tmpfs 在节点重启时会被清除,并且所写入的所有文件都会计入容器的内存消耗,受容器内存限制约束。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: vol1
spec:
  containers:
  - image: busyboxplus
    name: vm1
    command: ["sleep", "300"]
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  - name: vm2
    image: nginx
    volumeMounts:
    - mountPath: /usr/share/nginx/html
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir:
      medium: Memory
      sizeLimit: 100Mi
[kubeadm@server1 ~]$ mkdir vol
[kubeadm@server1 ~]$ cd vol/
[kubeadm@server1 vol]$ ls
[kubeadm@server1 vol]$ vim vol1.yml
[kubeadm@server1 vol]$ kubectl apply -f vol1.yml 
pod/vol1 created
[kubeadm@server1 vol]$ kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-nginx-56794ff6cb-5qxlq   1/1     Running   0          12h
mypod                       1/1     Running   0          5h20m
vol1                        2/2     Running   0          5s
[kubeadm@server1 vol]$ kubectl get pod -o wide
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
my-nginx-56794ff6cb-5qxlq   1/1     Running   0          12h     10.244.1.72   server2   <none>           <none>
mypod                       1/1     Running   0          5h20m   10.244.1.75   server2   <none>           <none>
vol1                        2/2     Running   0          21s     10.244.2.95   server3   <none>           <none>
[kubeadm@server1 vol]$ curl 10.244.2.95
<html>
<head><title>403 Forbidden</title></head>
<body>
<center><h1>403 Forbidden</h1></center>
<hr><center>nginx/1.19.0</center>
</body>
</html>

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
消耗内存

[kubeadm@server1 vol]$ kubectl exec -it vol1 -- sh
Defaulting container name to vm1.
Use 'kubectl describe pod/vol1 -n default' to see all of the containers in this pod.
sh: shopt: not found
[ root@vol1:/ ]$ cd cache/
[ root@vol1:/cache ]$ dd if=/dev/zero of=bigfile bs=1M count=100
100+0 records in
100+0 records out
[ root@vol1:/cache ]$ dd if=/dev/zero of=bigfile bs=1M count=100
100+0 records 
<think>好的,我现在需要解释一下Kubernetes的本地持久化。首先,我得回忆一下Kubernetes中的持久化存储相关知识。本地持久化,应该是指使用节点本地的存储资源,比如硬盘或者SSD,作为持久化存储提供给Pod使用。那和普通的hostPath有什么区别呢?可能本地持久化更适用于需要持久化且高性能的场景,而hostPath更多是临时或测试用的。 接下来,我需要确定本地持久化的主要特点和用途。比如,它允许Pod将数据存储在特定节点的本地存储中,即使Pod被重新调度,也需要确保数据仍然可用,这可能需要节点亲和性规则结合使用。不过,本地存储的缺点在于不具备高可用性,如果节点故障,数据可能会丢失。 然后,用户可能想知道如何创建和使用本地持久化。可能需要先创建PersistentVolume(PV),指定本地路径和节点亲和性,再通过PersistentVolumeClaim(PVC)来申请这个PV。这样Pod就可以挂载PVC来访问本地存储了。需要举一个例子,比如定义一个PV,使用local类型,设置storageClassName为local-storage,并指定nodeAffinity来选择节点。 还要注意,本地持久化Kubernetes 1.14之后成为了稳定功能,使用的时候需要确保集群版本支持。另外,使用本地时,运维需要考虑节点的维护和故障情况,可能需要手动管理数据的备份和迁移。 可能用户还会混淆本地持久化hostPath的区别。需要指出hostPath是直接将宿主机的目录挂载到Pod,而本地持久化通过PV/PVC机制管理,更适合生产环境,支持更复杂的调度和资源管理。 最后,总结本地持久化的适用场景,比如需要高性能、低延迟的应用,如数据库或者日志处理,但需要接受节点故障的风险。同时,可以提到社区的一些最佳实践,比如使用Local Persistent Volumes配合存储类来实现动态供应,或者结合节点标签进行更精细的调度。 需要检查是否有遗漏的关键点,比如访问模式、回收策略等。例如,本地PV通常使用ReadWriteOnce访问模式,回收策略可以是Retain,避免数据被自动删除。另外,动态供应可能需要额外的配置,比如使用Local Volume Provisioner。 总的来说,回答需要涵盖定义、工作原理、创建步骤、hostPath的区别、优缺点以及适用场景。结构要清晰,分点说明,可能还需要示例YAML来帮助理解。</think>### Kubernetes 本地持久化(Local Persistent Volume)详解 #### 1. **基本概念** 本地持久化(Local Persistent Volume)是 Kubernetes 中一种将**节点本地存储**(如磁盘、SSD)抽象为持久化存储资源的机制。网络存储(如 NFS、云盘)不同,本地直接使用 Pod 所在节点的物理存储设备,适用于对**低延迟、高吞吐**有要求的场景。 --- #### 2. **核心特点** - **数据持久性**:即使 Pod 被删除或重建,数据仍保留在节点本地存储中。 - **节点亲和性**:特定节点绑定,Pod 必须调度到该节点才能使用。 - **手动管理**:需运维人员预先配置存储设备、路径及节点标签。 - **适用场景**:数据库(如 MySQL)、日志处理等需要高性能本地存储的应用。 --- #### 3. ** `hostPath` 的区别** | **特性** | **本地持久化** | **`hostPath`** | |------------------------|--------------------------------------|------------------------------------| | **管理方式** | 通过 PV/PVC 抽象,适合生产环境 | 直接挂载宿主机目录,适合临时使用 | | **调度约束** | 强制 Pod 所在节点绑定 | 无强制绑定,Pod 可能调度到其他节点 | | **数据持久性** | 明确声明持久化,支持保留策略 | 依赖宿主机目录生命周期 | --- #### 4. **使用步骤** ##### (1) **准备本地存储** 在节点上创建存储目录并确保权限正确: ```bash # 在节点上执行 mkdir -p /mnt/disks/ssd1 chmod 777 /mnt/disks/ssd1 ``` ##### (2) **定义 PersistentVolume (PV)** 创建 PV,指定本地路径和节点亲和性: ```yaml apiVersion: v1 kind: PersistentVolume metadata: name: example-local-pv spec: capacity: storage: 10Gi volumeMode: Filesystem accessModes: - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Retain # 节点故障时保留数据 storageClassName: local-storage local: path: /mnt/disks/ssd1 # 节点本地路径 nodeAffinity: required: nodeSelectorTerms: - matchExpressions: - key: kubernetes.io/hostname operator: In values: - node-1 # 绑定到特定节点 ``` ##### (3) **创建 PersistentVolumeClaim (PVC)** 通过 PVC 申请绑定 PV: ```yaml apiVersion: v1 kind: PersistentVolumeClaim metadata: name: example-local-pvc spec: accessModes: - ReadWriteOnce storageClassName: local-storage resources: requests: storage: 10Gi ``` ##### (4) **Pod 挂载 PVC** 将 PVC 挂载到 Pod: ```yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: test-pod spec: containers: - name: app image: nginx volumeMounts: - name: local-storage mountPath: /data volumes: - name: local-storage persistentVolumeClaim: claimName: example-local-pvc ``` --- #### 5. **注意事项** - **节点故障风险**:若节点宕机,本地数据可能不可用,需配合备份方案。 - **动态供应**:可通过 [Local Volume Provisioner](https://github.com/kubernetes-sigs/sig-storage-local-static-provisioner) 实现自动化 PV 创建。 - **调度限制**:使用 `nodeAffinity` 确保 Pod 调度到正确节点。 --- #### 6. **适用场景** - **高性能需求**:如 Kafka、Redis 等需要低延迟读写的应用。 - **临时数据处理**:节点本地缓存或临时文件处理。 - **边缘计算**:资源受限环境中使用本地存储降低成本。 --- #### 总结 本地持久化通过 PV/PVC 机制将节点本地存储纳入 Kubernetes 存储体系,适合高性能场景,但需权衡节点故障风险。正确使用时,需结合运维策略(如监控、备份)确保数据可靠性。
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