OpenShift OKD 实验手册：持久化存储实战

OpenShift OKD 实验手册：持久化存储实战 (MySQL 案例)

1. 实验目标

• 理解 Kubernetes/OpenShift 中的持久化存储模型：PV (Persistent Volume) 与 PVC (Persistent Volume Claim)。
• 掌握如何在 OpenShift 中配置存储并将其挂载到有状态应用 (MySQL)。
• 进阶目标：安装 LVM Storage Operator，实现存储的动态按需分配。

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2. 背景知识

• 静态存储：管理员手动创建 PV，开发者创建 PVC 绑定。繁琐，不灵活。
• 动态存储：开发者只需创建 PVC，StorageClass (SC) 会通过 Operator 自动在后端磁盘上创建 PV。
• LVM Storage (LVMS)：利用节点上未使用的磁盘空间（或分区）通过 LVM 技术虚拟化出多个卷，是 SNO 环境动态存储的首选。

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3. 核心概念深度解析 (餐厅模型类比)

为了理解这三者的关系，我们可以想象一个餐厅的运行流程：

3.1 PersistentVolume (PV) —— “一盘做好的菜”

• 定义：PV 是集群中的真实存储资源。它由管理员手动创建（静态）或由 StorageClass 自动创建（动态）。
• 特点：
  • 它是集群级别的资源，不属于任何特定的命名空间。
  • 它有具体的物理属性（如：大小为 10Gi，存储在 /mnt/data 下）。
  • 它的生命周期独立于 Pod。Pod 删了，PV 里的数据依然可以保留。

3.2 PersistentVolumeClaim (PVC) —— “点菜单”

• 定义：PVC 是用户或应用对存储的请求/声明。
• 特点：
  • 它是项目（Namespace）级别的资源。
  • 它不关心底层物理硬盘在哪，它只说：“我需要一个 5GB 的空间，且支持读写（ReadWriteOnce）”。
  • 系统会自动寻找满足要求的 PV 并与之“绑定 (Bound)”。

3.3 StorageClass (SC) —— “自动做菜机/菜单模板”

• 定义：SC 定义了创建存储的方法。它让系统具备了“动态分配”的能力。
• 特点：
  • 它是一个工厂。当它看到一份 PVC（订单）时，它会根据预设的参数（如：VMware 磁盘类型、加密方式），自动去后端存储拉起一块硬盘，并自动生成对应的 PV。
  • 有了 SC，管理员不再需要手动预创建 PV。

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4. 三者的关系图

协作流程总结：

1. 静态模式：管理员手动建 PV -> 用户发 PVC -> 系统匹配绑定。
2. 动态模式：管理员配置 SC -> 用户发 PVC -> SC 自动生产 PV 并绑定。

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5. 资源创建的先后顺序

根据存储分配模式的不同，创建顺序有本质区别：

5.1 动态存储模式 (推荐/自动化)

这种模式下，PV 是“按需生产”的。

1. StorageClass (SC)：管理员预先配置好存储类（工厂）。
2. PersistentVolumeClaim (PVC)：开发人员提交存储申请（订单）。
3. PersistentVolume (PV)：系统自动生成。SC 监测到 PVC 后，自动在后端创建 PV 并完成绑定。

• 顺序：SC $\to$ PVC $\to$ PV (自动)

5.2 静态存储模式 (手动/传统)

这种模式下，PV 是“现货供应”的。

1. PersistentVolume (PV)：管理员手动划定物理空间，并定义 PV 对象（入库）。
2. PersistentVolumeClaim (PVC)：开发人员提交存储申请。
3. 绑定：系统寻找库房中满足 PVC 条件的现有 PV 进行绑定。

• 顺序：PV $\to$ PVC

避坑指南：

• 在动态模式下，永远不要手动创建 PV，否则 SC 可能无法接管该卷。
• 在静态模式下，如果你先创建了 PVC 而没有对应的 PV，PVC 会一直处于 Pending（等待）状态。

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6. 实操指南：如何编写并运行 YAML 配置

在 OpenShift 中，所有的资源（PV, PVC, Deployment 等）都通过 YAML 文件定义。

6.1 配置文件放哪里？

你可以直接在 132 节点 (SNO 节点) 上创建这些文件。因为该节点已经配置好了 oc 命令工具。

6.2 如何创建文件？

推荐使用 cat 命令快速创建文件（直接复制粘贴以下代码到终端即可）：

# 示例：创建 PV 配置文件
cat <<EOF > mysql-pv-static.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mysql-pv-manual
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  hostPath:
    path: /mnt/data/mysql
  storageClassName: manual
EOF

6.3 如何使配置生效？

使用 oc apply 命令将文件内容递交给集群 API：

# 执行此命令后，集群会按照 YAML 描述创建资源
oc apply -f mysql-pv-static.yaml

6.4 如何检查生效状态？

# 查看资源列表及其状态
oc get pv
oc get pvc

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7. 第一阶段：基础实践 (手动 PV)

如果您还没有未分配的磁盘，可以使用此方法快速开始。

步骤 1：在节点准备目录

ssh core@192.168.179.132
sudo mkdir -p /mnt/data/mysql
sudo chmod 777 /mnt/data/mysql
sudo chcon -Rt svirt_sandbox_file_t /mnt/data/mysql

步骤 2：创建静态 PV 和 PVC

请依次复制并运行以下两段代码，系统会自动创建 YAML 文件并立即使其生效。

1. 创建并应用 PV (持久化卷)

cat <<EOF > mysql-pv-static.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mysql-pv-manual
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  hostPath:
    path: /mnt/data/mysql
  storageClassName: manual
EOF

oc apply -f mysql-pv-static.yaml

2. 创建并应用 PVC (持久化卷声明)

cat <<EOF > mysql-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc
spec:
  storageClassName: manual
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
EOF

oc apply -f mysql-pvc.yaml

# 验证状态 (期望结果: Bound)
oc get pv,pvc

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8. 第二阶段：进阶实践 (动态存储 - LVM Storage)

这是本实验的核心！ 我们将让集群具备“自动生产磁盘”的能力。

步骤 1：安装 LVM Storage Operator

请执行以下代码安装 Operator：

cat <<EOF > lvm-operator-sub.yaml
apiVersion: operators.coreos.com/v1alpha1
kind: Subscription
metadata:
  name: lvms-operator
  namespace: openshift-storage
spec:
  channel: stable-4.21
  installPlanApproval: Automatic
  name: lvms-operator
  source: redhat-operators
  sourceNamespace: openshift-marketplace
EOF

oc apply -f lvm-operator-sub.yaml

步骤 2：创建 LVM 集群配置 (LVMCluster)

cat <<EOF > lvm-cluster.yaml
apiVersion: lvm.topolvm.io/v1alpha1
kind: LVMCluster
metadata:
  name: lvmcluster
  namespace: openshift-storage
spec:
  storage:
    deviceClasses:
    - name: vg1
      thinPoolConfig:
        name: thin-pool-1
        overprovisionRatio: 10
EOF

oc apply -f lvm-cluster.yaml

# 等待 StorageClass 生成
watch oc get sc

步骤 3：使用动态存储部署 MySQL

cat <<EOF > mysql-pvc-dynamic.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc-dynamic
spec:
  storageClassName: lvms-vg1
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
EOF

oc apply -f mysql-pvc-dynamic.yaml

# 验证 PV 是否已自动创建
oc get pvc mysql-pvc-dynamic

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5. 验证数据持久性 (通用步骤)

1. 写入数据：

   oc exec -it $(oc get pods -l app=mysql -o name) -- mysql -u root -ppassword123 lab_db -e "CREATE TABLE test (id INT); INSERT INTO test VALUES (100);"
   

2. 强制销毁 Pod：

   oc delete pod -l app=mysql
   

3. 验证恢复：
   等待新 Pod Ready 后执行：

   oc exec -it $(oc get pods -l app=mysql -o name) -- mysql -u root -ppassword123 lab_db -e "SELECT * FROM test;"
   

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6. 实验架构图 (Dynamic)