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kubernetes数据持久化PV-PVC详解（一）

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官方文档地址: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/persistent-volumes/

1. 什么是PV，PVC？

1.1 什么是PV

PresistentVolume(PV)是指集群管理员配置提供的某存储系统上的一段存储空间，它是对底层共享存储的抽象，将共享存储作为一种可由用户申请使用的资源，实现"存储消费"机制，通过存储插件，PV支持使用多种网络存储等多种后端存储系统，例如，NFS、CephFS、RBD。PV是集群级别的资源，不属于任何名称空间，用户对PV资源的使用需要通过PersistentVolumeClaim(PVC)提供的使用申请来完成绑定，PVC是PV资源的消费者，它向PV申请特定大小的空间及访问模式(rw或ro)从而创建出PVC存储卷。然后再由Pod资源通过PersistentVolumeClaim存储卷关联使用。

1.2 什么是PVC？

PersistentVolumeClaim，PVC是存储卷类型的资源，它通过申请占用某个PersistentVolume而创建，它与PV是一对一的关系，用户无须关心其底层实现细节，申请时，用户只需要指定目标空间的大小，访问模式，PV标签选择器和StorageClass等相关信息即可。

2. PV资源实践；

2.1 PV配置字段详解

PresistentVolume Spec支持如下几个通用字段，用于定义PV的容量，访问模式和回收策。

1.Capacity: PV的容量

2.volumeMode: 卷类型，用于指定此卷可被用作文件系统还是裸格式的块设备，默认为Filesystem。

3.accessMode: PV的访问模式参考官方

  • 1.ReadWriteOnce: 仅可被单个节点读写挂载；命令行中简写RWO。
  • 2.ReadOnlyMany: 仅可被多个节点同时只读挂在；命令行简写ROX。
  • 3.ReadyWriteMany: 可被多个节点同时读写挂载；命令行中简写RWX。

4.persistentVolumeReclaimPolicy: PV空间的处理机制，可用类型为Retain(默认)、Recycle或Delete。

  • 1.Retain: 保持不动，由管理员手动回收。
  • 2.Recycle: 空间回收，即删除存储卷下的所有文件(包括子目录和隐藏文件rm -rf /thevolume/*)，目前仅NFS和hostpath支持此功能。
  • 3.Delete: 删除存储卷，诸如 AWS EBS、GCE PD、Azure Disk 或 OpenStack Cinder 卷这类关联存储资产也被删除。

5.storageClassName: 当前PV所属的StorageClass的名称，默认为空，即不属于任何StorageClass。

6.mountOptions: 挂载选项组成的列表，如ro，soft和hard等。

2.2 HostPath PV示例 

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat hostpath-pv.yaml

apiVersion: v1

kind: PersistentVolume

metadata:

  name: pv-volume-001

spec:

  storageClassName: "host-storage"   资源类型的标识

  persistentVolumeReclaimPolicy: "Retain"  回收策略默认为Retain

  capacity:    定义空间

    storage: 1Gi  定义空间大小

  accessModes:    访问模式

    - ReadWriteOnce  访问模式为仅被单个节点读写挂载，单路读写

  hostPath:     临时存储在哪个地方

    path: "/mnt/data"

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv

NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE

pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Available           host-storage            4m36s

2.2 NFS PV示例 

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat nfs-pv.yaml

apiVersion: v1

kind: PersistentVolume

metadata:

  name: nfs-pv

  labels:     标签

    release: nfs-redis

spec:

  storageClassName: "nfs-storage"  资源类型表示

  persistentVolumeReclaimPolicy: "Recycle"  回收策略为Recycle相当rm -rf /

  capacity:

    storage: 0.5Gi

  accessModes:

  - ReadWriteMany

  nfs:

    server: 10.0.0.15

    path: /data/redis

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv

NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE

nfs-pv          512Mi      RWX            Recycle          Available                     nfs-storage             62m

pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound       default/001-pvc   host-storage            160m

3. PVC资源实践；

3.1 PVC配置清单详解。

PersistentVolumeClaim，PVC是存储卷类型的资源，它通过申请占用某个PersistentVolume而创建，它与PV是一对一的关系，用户无须关心其底层实现细节， 申请时，用户只需要指定目标空间的大小，访问模式，PV标签选择器和StorageClass等相关信息即可。

PVC的Spec字段可嵌套字段如下，

  1. accessMode: 当前PVC的访问模式，其可用模式与PV相同。
  2. resource当前PVC存储卷需要占用的资源的最大和最小值。
  3. selector绑定时对PV应用的标签选择器，matchlabels或者匹配表达式matchEx-pressions用于挑选要绑定的PV，如果同时指定来两种挑选机制，则必须同时满足两种选择机制的PV才能被选出。
  4. storageClassName: 所依赖的存储卷的名称。
  5. volumeName: 用于直接制定要绑定的PV的卷名。

3.2 hostPath-PVC示例 

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat hostpath-pvc.yaml

apiVersion: v1

kind: PersistentVolumeClaim

metadata:

  name: 001-pvc

spec:

  storageClassName: "host-storage"  和PV的storageclassname须一致，否则无法识别。

  accessModes:

    - ReadWriteOnce

  resources:     pvc的资源限定仅指其空间大小。

    requests:

      storage: 0.9Gi  大小为0.9Gi；

[root@kn-server-master01-13 pv]#  kubectl apply -f hostpath-pvc.yaml 

Available: 可用状态的自由资源，尚未被绑定PVC。

Bound: 已经绑定至某个PVC。

Released: 绑定的PVC已经被删除，但资源尚被集群回收。

Failed: 因自动回收资源失败而处于的故障状态。

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv pv-volume-001

NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE

pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound    default/001-pvc   host-storage            33m

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pv pv-volume-001

Name:            pv-volume-001

Labels:          <none>

Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes

Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]

StorageClass:    host-storage

Status:          Bound

Claim:           default/001-pvc

Reclaim Policy:  Retain

Access Modes:    RWO

VolumeMode:      Filesystem

Capacity:        1Gi

Node Affinity:   <none>

Message:

Source:

    Type:          HostPath (bare host directory volume)

    Path:          /mnt/data

    HostPathType:

Events:            <none>

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pvc 001-pvc

Name:          001-pvc

Namespace:     default

StorageClass:  host-storage

Status:        Bound   已绑定

Volume:        pv-volume-001

Labels:        <none>

Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes

               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes

Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]

Capacity:      1Gi

Access Modes:  RWO

VolumeMode:    Filesystem

Used By:       <none>

Events:        <none>

3.3 NFS-PV-PVC实践之准备NFS共享存储。 

[root@kn-server-node02-15 ~]# yum install nfs-utils -y 

[root@kn-server-node02-15 ~]# cat /etc/exports

/nfs/data5/ 10.0.0.0/24(rw,no_root_squash)

/data/redis 10.0.0.0/24

10.0.0.0/24  pod访问nfs服务会将源IP修改为节点IP，允许所有节点访问NFS服务

(ro,no_root_squash)访问NFS-SERVER共享目录的用户如果是root，它对共享目录有root权限

准备数据共享目录

[root@kn-server-node02-15 ~]# mkdir /data/redis -p 

[root@kn-server-node02-15 ~]# systemctl enable nfs-server

Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service to /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.

服务端配置

各个工作节点安装nfs-utils

[root@kn-server-master01-13 pv]# showmount -e 10.0.0.15

Export list for 10.0.0.15:

/data/redis 10.0.0.0/24

master节点和node节点都需要安装

[root@kn-server-node01-14 ~]# showmount -e 10.0.0.15

Export list for 10.0.0.15:

/data/redis 10.0.0.0/24

3.4 准备NFS-PVC 

[root@kn-server-master01-13 pv]# cat nfs-pvc.yaml

apiVersion: v1

kind: PersistentVolumeClaim

metadata:

  name: nfs-pvc

  labels:    首先标签须匹配，不然无法匹配，也可以称为强行绑定。

    release: nfs-redis

spec:

  storageClassName: "nfs-storage"  须同属一个

  accessModes:

  - ReadWriteMany

  resources:

    requests:

      storage: 0.5Gi  指定大小。

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl apply -f nfs-pvc.yaml

persistentvolumeclaim/nfs-pvc created

显示已为绑定状态。

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl get pv,pvc

NAME                             CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE

persistentvolume/nfs-pv          512Mi      RWX            Recycle          Bound    default/nfs-pvc   nfs-storage             78m

persistentvolume/pv-volume-001   1Gi        RWO            Retain           Bound    default/001-pvc   host-storage            175m

NAME                            STATUS   VOLUME          CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE

persistentvolumeclaim/001-pvc   Bound    pv-volume-001   1Gi        RWO            host-storage   143m

persistentvolumeclaim/nfs-pvc   Bound    nfs-pv          512Mi      RWX            nfs-storage    6s

通过describe来查看

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pv nfs-pv

Name:            nfs-pv

Labels:          release=nfs-redis   所属标签

Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes

Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]

StorageClass:    nfs-storage    storageclass名称

Status:          Bound   绑定状态

Claim:           default/nfs-pvc   名称空间

Reclaim Policy:  Recycle  回收策略

Access Modes:    RWX    访问模式

VolumeMode:      Filesystem

Capacity:        512Mi  大小

Node Affinity:   <none>

Message:

Source:

    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)

    Server:    10.0.0.15  来自那个nfs服务器

    Path:      /data/redis   共享的数据目录

    ReadOnly:  false

Events:        <none>
3.4 准备Pod并使用PVC 
[root@kn-server-master01-13 pv]# cat pod-redis.yaml

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  name: redis

spec:

  containers:

  - name: redis

    image: redis

    volumeMounts:

    - name: redis-data

      mountPath: /data

  volumes:

  - name: redis-data

    persistentVolumeClaim:

      claimName: nfs-pvc 

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pods redis

Containers:

  redis:

    Container ID:   docker://d82061a1a86f56432e9956fc46bc810e577a0d89b91894e266e883bef68f5d9d

    Image:          redis

    Image ID:       docker-pullable://redis@sha256:db485f2e245b5b3329fdc7eff4eb00f913e09d8feb9ca720788059fdc2ed8339

    Port:           <none>

    Host Port:      <none>

    State:          Running

      Started:      Sun, 27 Nov 2022 21:57:34 +0800

    Ready:          True

    Restart Count:  0

    Environment:    <none>

    Mounts:

      /data from redis-data (rw)   已经挂载

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl describe pvc nfs-pvc

Name:          nfs-pvc

Namespace:     default

StorageClass:  nfs-storage

Status:        Bound

Volume:        nfs-pv

Labels:        release=nfs-redis

Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes

               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes

Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]

Capacity:      512Mi

Access Modes:  RWX

VolumeMode:    Filesystem

Used By:       redis  这里可以看到是redis这个Pod正在使用这个PVC

Events:        <none>
3.4 测试数据持久性。 
[root@kn-server-master01-13 pv]# redis-cli -h 192.168.1.86

192.168.1.86:6379> set key haitang

OK

192.168.1.86:6379> get key

"haitang"

192.168.1.86:6379> bgsave

Background saving started

192.168.1.86:6379> exit

可以看到数据是写到nfs-server了

[root@kn-server-node02-15 redis]# ll

总用量 4

-rw-r--r-- 1 polkitd input 110 11月 27 22:14 dump.rdb

删除Pod后，数据是不会丢失的。

[root@kn-server-master01-13 pv]# kubectl delete pods redis

pod "redis" deleted

数据是还在的。

[root@kn-server-node02-15 redis]# ll

总用量 4

-rw-r--r-- 1 polkitd input 110 11月 27 22:20 dump.rdb

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