Kubernetes从零到精通（14-Storage）

炸裂狸花猫

已于 2024-09-27 18:37:33 修改

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分类专栏： Kubernetes/K8S 文章标签： kubernetes 容器云原生

于 2024-09-24 23:11:20 首次发布

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PersistentVolume（PV，持久卷）

PersistentVolumeClaim（PVC，持久卷声明）

1.不使用StorageClass的静态制备

2.使用StorageClass的动态制备

七、卷快照

VolumeSnapshotContent

VolumeSnapshot

八、卷快照类（VolumeSnapshotClass）

九、卷快照配置示例

1.不使用VolumeSnapshotClass的静态制备

2.使用VolumeSnapshotClass的动态制备

十、卷快照恢复

十一、卷克隆

一、存储简介

在Kubernetes中，存储是一个关键的部分，用于持久化应用程序的数据。Kubernetes的存储模型支持多种存储类型，并且能根据应用程序的需求动态地提供存储资源。以下是Kubernetes存储的基本概念和机制。

Kubernetes支持很多类型的卷。Pod可以同时使用任意数目的卷类型。临时卷类型的生命周期与Pod相同，但持久卷可以比Pod的存活期长。当Pod不再存在时，Kubernetes也会销毁临时卷；不过Kubernetes不会销毁持久卷。对于给定Pod中任何类型的卷，在容器重启期间数据都不会丢失。

二、存储类型

Kubernetes支持的主要存储类型包括：

临时存储（EphemeralStorage）：

如Pod的EmptyDir卷，随着Pod的生命周期结束而丢失。

应用场景：缓存数据或临时文件，不需要持久化的场景。

持久化存储（PersistentStorage）：

通过持久卷（PersistentVolume,PV）和持久卷声明（PersistentVolumeClaim,PVC）来管理。

应用场景：数据库、文件存储等需要持久化数据的场景。

三、临时卷

downwardAPI

downwardAPI的用法可以回顾 Kubernetes从零到精通（05-Pod）中的Downward API卷。在这类卷中，所公开的数据以纯文本格式的只读文件形式存在。

configMap、secret

用于挂载配置文件或敏感信息，如密码、令牌等。配置文件以键值对的方式存储，并且可以通过卷挂载到Pod中。用法可以回顾 Kubernetes从零到精通（13-Configmap、Secret）中的挂载文件。

emptyDir

每次Pod启动时创建一个新的空目录。Pod删除时，数据也会被删除。用于存储Pod运行时的临时数据。配置示例如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: shared-pod
spec:
  containers:
  - name: container1
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'echo Hello from container1 > /usr/share/message && sleep 3600']
    volumeMounts:
    - mountPath: /usr/share
      name: shared-volume
  - name: container2
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'cat /usr/share/message && sleep 3600']
    volumeMounts:
    - mountPath: /usr/share
      name: shared-volume
  volumes:
  - name: shared-volume
    emptyDir: {}             ##定义emptyDir类型

四、持久卷

存储的管理是一个与计算实例的管理完全不同的问题。 PersistentVolume子系统为用户和管理员提供了一组 API，将存储如何制备的细节从其如何被使用中抽象出来。为了实现这点，引入了两个新的 API 资源：PersistentVolume和PersistentVolumeClaim。

PersistentVolume（PV，持久卷）

PV是集群中的持久存储资源，管理员预先创建并提供给集群中的应用使用。

PV是集群级别的资源，与Pod的生命周期无关，它独立存在，能够在Pod之间共享数据。

PV有两种方式创建：管理员手动创建、使用存储类（Storage Class）来动态制备。

PersistentVolumeClaim（PVC，持久卷声明）

PVC是用户请求存储的方式。用户通过声明一个PVC，向Kubernetes请求一块符合指定大小和访问模式的存储。

PVC绑定到一个PV时，Pod可以通过该PVC来访问持久化存储。

持久卷的类型

PV持久卷是用插件的形式来实现的。Kubernetes目前主要支持以下插件：

csi - 容器存储接口（CSI）
fc - Fibre Channel（FC）存储
hostPath - HostPath卷（仅供单节点测试使用；不建议在生产环境使用，涉及到安全等问题）
iscsi - iSCSI（IP上的 SCSI）存储
local - 节点上挂载的本地存储设备
nfs - 网络文件系统（NFS）存储

持久卷的访问模式

Kubernetes支持多种存储访问模式，允许用户根据具体需求选择存储的使用方式：

ReadWriteOnce (RWO)：卷可以被单个节点以读写模式挂载。仍然可以被在同一节点上运行的多个Pod访问。

ReadOnlyMany (ROX)：卷可以被多个节点以只读模式挂载。

ReadWriteMany (RWX)：卷可以被多个节点以读写模式挂载。

ReadWriteOncePod (RWOP)：卷可以被单个 Pod 以读写方式挂载。整个集群中只有一个Pod可以读取或写入。

不同的插件所能提供的访问模式有所不同，具体要看官方的更新说明。

持久卷的回收策略

目前的回收策略有：

Retain -- 手动回收。当删除pvc的时候，pv仍然存在，处于released状态，但是它不能被其他pvc绑定使用，里面的数据还是存在的。

Delete -- 删除存储卷。当删除pvc的时候，pv不存在。

持久卷的阶段Phase

每个持久卷会处于以下阶段（Phase）之一：

Available：卷是一个空闲资源，尚未绑定到任何pvc

Bound：该卷已经绑定到某pvc

Released：所绑定的pvc已被删除，但是关联存储资源尚未被集群回收

Failed：卷的自动回收操作失败

五、存储类（Storage Class）

StorageClass用于动态创建PV。它定义了存储提供者的类型和配置，如Amazon EBS、Google Persistent Disks、NFS等。
动态存储分配时，Kubernetes根据PVC和关联的StorageClass自动创建PV。不需要管理员提前手动创建PV。

六、持久卷配置示例

以下提供两个示例，一个不使用StorageClass，一个使用StorageClass。通用做法是使用StorageClass动态制备。

1.不使用StorageClass的静态制备

1.1 创建PV：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:            #PV的容量，设定为1Gi
    storage: 1Gi
  accessModes:         #持久卷的访问模式
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain   #持久卷的回收策略
  hostPath:                #持久卷的类型
    path: "/mnt/data"

1.2 创建PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:          #PVC请求与PV相同的访问模式
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:            #请求1Gi的存储容量
      storage: 1Gi

1.3 在Pod中使用PVC：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:         #PVC被挂载到容器中
    - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
      name: my-volume
  volumes:
  - name: my-volume
    persistentVolumeClaim:    #使用之前创建的PVC
      claimName: my-pvc

2.使用StorageClass的动态制备

2.1 创建StorageClass：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: my-storage-class
provisioner: kubernetes.io/nfs  #指定了存储供应器为NFS
parameters:                     #NFS服务器和路径等参数
  server: nfs-server.example.com
  path: /exported/path

2.2 创建PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-dynamic-pvc
spec:
  accessModes:         #持久卷的访问模式
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi       #请求5Gi的存储容量
  storageClassName: my-storage-class  #使用上面的StorageClass来动态创建PV

2.3 在Pod中使用PVC：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dynamic-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:           #PVC被挂载到容器中
    - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
      name: dynamic-volume
  volumes:
  - name: dynamic-volume
    persistentVolumeClaim:    #使用通过StorageClass动态创建的PVC
      claimName: my-dynamic-pvc

七、卷快照

VolumeSnapshotContent、VolumeSnapshot是Kubernetes中用于管理和操作存储卷快照的关键CRD对象资源。快照是一种用于捕获持久卷（Persistent Volume，PV）特定时间点状态的技术，常用于备份和恢复数据的场景。卷快照仅支持树外CSI卷插件，树内卷插件已被弃用。

VolumeSnapshotContent

VolumeSnapshotContent是Kubernetes中用于存储快照实际内容的对象。它是快照的实际后端表示，通常由存储提供商创建并管理。它类似于持久卷（PV）。

同样的，快照可以通过两种方式进行制备：管理员手动创建的预制备、使用卷快照类VolumeSnapshotClass）的动态制备，从PVC中动态获取快照，而不用使用已经存在的快照。

VolumeSnapshot

VolumeSnapshot是用户发起的存储卷快照的对象。它代表了用户对特定持久卷（PV）的快照请求。VolumeSnapshot本身并不包含数据，它只是一个指向快照数据的抽象对象。它类似于持久卷声明（PVC）。

八、卷快照类（VolumeSnapshotClass）

VolumeSnapshotClass是定义快照特性和存储系统之间的配置类，也是CRD对象资源。它类似于StorageClass，用于定义如何管理存储系统中的快照。不同的存储系统可能支持不同的快照操作，如retain（保留快照）、delete（删除快照），以及其他特性。

九、卷快照配置示例

1.不使用VolumeSnapshotClass的静态制备

1.1 创建VolumeSnapshotContent：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotContent
metadata:
  name: test-snapshot-content
spec:
  deletionPolicy: Delete    
  driver: csi-hostpath      
  source:
    snapshotHandle: xxxxxxxx  #底层外部卷快照的唯一标识符，引用实际的存储快照
  volumeSnapshotRef:
    name: test-snapshot
    namespace: default

1.2 创建VolumeSnapshot：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: test-snapshot
  namespace: default
spec:
  source:
    volumeSnapshotContentName: test-snapshot-content    #引用上面创建的资源

2.使用VolumeSnapshotClass的动态制备

2.1 创建VolumeSnapshotClass：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotClass
metadata:
  name: csi-hostpath-snapclass
driver: csi-hostpath
deletionPolicy: Delete

2.2 创建VolumeSnapshot：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: new-snapshot
  namespace: default
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-hostpath-snapclass #引用上面的class来动态创建VolumeSnapshotContent
  source:
    persistentVolumeClaimName: pvc-test  #pvc的名称

十、卷快照恢复

基于快照VolumeSnapshot恢复PVC，这对于备份和恢复场景非常有用，以下是示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-test-v2    #从快照创建的新PVC的名称
spec:
  storageClassName: csi-hostpath-snapclass  #创建快照的VolumeSnapshotClass
  dataSource:
    name: new-snapshot       #VolumeSnapshot的名称
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

十一、卷克隆

卷克隆是指创建一个现有卷的副本，不使用快照技术。这个副本可以像任何其他标准卷一样使用。同样，仅适用于CSI卷插件。以下是如何基于现有的PVC创建一个克隆卷的步骤：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: clone-of-pvc-1       #新创建的克隆卷的名称
  namespace: myns            #源PVC和目标PVC必须在相同的命名空间中
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: cloning     #存储类名称
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi      #新卷的存储请求大小，必须大于或等于源卷的大小
  dataSource:
    kind: PersistentVolumeClaim
    name: pvc-1      #源PVC必须处于Bound状态且可用（不在使用中）