数据存储
在前面已经提到,容器的生命周期可能很短,会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时,保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说,在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据,kubernetes引入了Volume的概念。
Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录,它被定义在Pod上,然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下,kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关,当容器终止或者重启时,Volume中的数据也不会丢失。
kubernetes的Volume支持多种类型,比较常见的有下面几个:
- 简单存储:EmptyDir、HostPath、NFS
- 高级存储:PV、PVC
- 配置存储:ConfigMap、Secret
一、基本存储
1.1 EmptyDir
EmptyDir是最基础的Volume类型,一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。
EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的,它的初始内容为空,并且无须指定宿主机上对应的目录文件,因为kubernetes会自动分配一个目录,当Pod销毁时, EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下:
- 临时空间,例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录,且无须永久保留
- 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录(多容器共享目录)
接下来,通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。
在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox,然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中,然后nginx容器负责向Volume中写日志,busybox中通过命令将日志内容读到控制台。
创建一个volume-emptydir.yaml
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建Pod |
1.2 HostPath
上节课提到,EmptyDir中数据不会被持久化,它会随着Pod的结束而销毁,如果想简单的将数据持久化到主机中,可以选择HostPath。
HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中,以供容器使用,这样的设计就可以保证Pod销毁了,但是数据依据可以存在于Node主机上。
创建一个volume-hostpath.yaml:
1 | apiVersion: v1 |
1 | 关于type的值的一点说明: |
1 | 创建Pod |
1.3 NFS
HostPath可以解决数据持久化的问题,但是一旦Node节点故障了,Pod如果转移到了别的节点,又会出现问题了,此时需要准备单独的网络存储系统,比较常用的用NFS、CIFS。
NFS是一个网络文件存储系统,可以搭建一台NFS服务器,然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上,这样的话,无论Pod在节点上怎么转移,只要Node跟NFS的对接没问题,数据就可以成功访问。
1)首先要准备nfs的服务器,这里为了简单,直接是master节点做nfs服务器
1 | 在nfs上安装nfs服务 |
2)接下来,要在的每个node节点上都安装下nfs,这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备
1 | 在node上安装nfs服务,注意不需要启动 |
3)接下来,就可以编写pod的配置文件了,创建volume-nfs.yaml
1 | apiVersion: v1 |
4)最后,运行下pod,观察结果
1 | 创建pod |
二、高级存储
前面已经学习了使用NFS提供存储,此时就要求用户会搭建NFS系统,并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多,要求客户全都掌握,显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节,方便用户使用, kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。
PV(Persistent Volume)是持久化卷的意思,是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置,它与底层具体的共享存储技术有关,并通过插件完成与共享存储的对接。
PVC(Persistent Volume Claim)是持久卷声明的意思,是用户对于存储需求的一种声明。换句话说,PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。
使用了PV和PVC之后,工作可以得到进一步的细分:
- 存储:存储工程师维护
- PV: kubernetes管理员维护
- PVC:kubernetes用户维护
2.1 PV
PV是存储资源的抽象,下面是资源清单文件:
1 | apiVersion: v1 |
PV 的关键配置参数说明:
存储类型
底层实际存储的类型,kubernetes支持多种存储类型,每种存储类型的配置都有所差异
存储能力(capacity)
目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi ),不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置
访问模式(accessModes)
用于描述用户应用对存储资源的访问权限,访问权限包括下面几种方式:
- ReadWriteOnce(RWO):读写权限,但是只能被单个节点挂载
- ReadOnlyMany(ROX): 只读权限,可以被多个节点挂载
- ReadWriteMany(RWX):读写权限,可以被多个节点挂载
需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同
回收策略(persistentVolumeReclaimPolicy)
当PV不再被使用了之后,对其的处理方式。目前支持三种策略:
- Retain (保留) 保留数据,需要管理员手工清理数据
- Recycle(回收) 清除 PV 中的数据,效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
- Delete (删除) 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作,当然这常见于云服务商的存储服务
需要注意的是,底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同
存储类别
PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
- 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
- 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
状态(status)
一个 PV 的生命周期中,可能会处于4中不同的阶段:
- Available(可用): 表示可用状态,还未被任何 PVC 绑定
- Bound(已绑定): 表示 PV 已经被 PVC 绑定
- Released(已释放): 表示 PVC 被删除,但是资源还未被集群重新声明
- Failed(失败): 表示该 PV 的自动回收失败
实验
使用NFS作为存储,来演示PV的使用,创建3个PV,对应NFS中的3个暴露的路径。
- 准备NFS环境
1 | 创建目录 |
- 创建pv.yaml
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建 pv |
2.2 PVC
PVC是资源的申请,用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件:
1 | apiVersion: v1 |
PVC 的关键配置参数说明:
- 访问模式(accessModes)
用于描述用户应用对存储资源的访问权限
选择条件(selector)
通过Label Selector的设置,可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选
存储类别(storageClassName)
PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别,只有设置了该class的pv才能被系统选出
资源请求(Resources )
描述对存储资源的请求
实验
- 创建pvc.yaml,申请pv
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建pvc |
- 创建pods.yaml, 使用pv
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建pod |
2.3 生命周期
PVC和PV是一一对应的,PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期:
资源供应:管理员手动创建底层存储和PV
资源绑定:用户创建PVC,kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV,并绑定
在用户定义好PVC之后,系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的
- 一旦找到,就将该PV与用户定义的PVC进行绑定,用户的应用就可以使用这个PVC了
- 如果找不到,PVC则会无限期处于Pending状态,直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV
PV一旦绑定到某个PVC上,就会被这个PVC独占,不能再与其他PVC进行绑定了
资源使用:用户可在pod中像volume一样使用pvc
Pod使用Volume的定义,将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。
资源释放:用户删除pvc来释放pv
当存储资源使用完毕后,用户可以删除PVC,与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”,但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上,只有在清除之后该PV才能再次使用。
资源回收:kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收
对于PV,管理员可以设定回收策略,用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收,才能供新的PVC绑定和使用
三、配置存储
3.1 ConfigMap
ConfigMap是一种比较特殊的存储卷,它的主要作用是用来存储配置信息的。
创建configmap.yaml,内容如下:
1 | apiVersion: v1 |
接下来,使用此配置文件创建configmap
1 | 创建configmap |
接下来创建一个pod-configmap.yaml,将上面创建的configmap挂载进去
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建pod |
3.2 Secret
在kubernetes中,还存在一种和ConfigMap非常类似的对象,称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息,例如密码、秘钥、证书等等。
- 首先使用base64对数据进行编码
1 | [root@k8s-master01 ~]# echo -n 'admin' | base64 #准备username |
- 接下来编写secret.yaml,并创建Secret
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建secret |
- 创建pod-secret.yaml,将上面创建的secret挂载进去:
1 | apiVersion: v1 |
1 | 创建pod |
至此,已经实现了利用secret实现了信息的编码。
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