Kubernetes Pod的數據卷Volume

概述

由於容器本身是非持久化的，因此需要解決在容器中運行應用程序遇到的一些問題。首先，當容器崩潰時，kubelet將重新啟動容器，但是寫入容器的文件將會丟失，容器將會以鏡像的初始狀態重新開始；第二，在通過一個Pod中一起運行的容器，通常需要共享容器之間一些文件。Kubernetes通過存儲卷解決上述的兩個問題。

在Docker有存儲卷的概念卷，但Docker中存儲卷只是磁盤的或另一個容器中的目錄，並沒有對其生命周期進行管理。Kubernetes的存儲卷有自己的生命周期，它的生命周期與使用的它Pod生命周期一致。因此，相比於在Pod中運行的容器來說，存儲卷的存在時間會比的其中的任何容器都長，並且在容器重新啟動時會保留數據。當然，當Pod停止存在時，存儲卷也將不再存在。在Kubernetes支持多種類型的卷，而Pod可以同時使用各種類型和任意數量的存儲卷。

在Pod中通過指定下面的字段來使用存儲卷：

• spec.volumes：通過此字段提供指定的存儲卷
• spec.containers.volumeMounts：通過此字段將存儲卷掛接到容器中

存儲卷類型

emptryDir (本地數據卷)

emptyDir類型的Volume在Pod分配到Node上時被創建，Kubernetes會在Node上自動分配一個目錄，因此無需指定宿主機Node上對應的目錄文件。 這個目錄的初始內容為空，當Pod從Node上移除時，emptyDir中的數據會被永久刪除。

emptyDir Volume主要用於某些應用程序無需永久保存的臨時目錄，多個容器的共享目錄等。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: gcr.io/google_containers/test-webserver
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

hostPath (本地數據卷)

hostPath類型的存儲卷用於將宿主機的文件系統的文件或目錄掛接到Pod中，除了需要指定path字段之外，在使用hostPath類型的存儲卷時，也可以設置type，type支持的枚舉值由下表。另外在使用hostPath時，

需要注意下面的事項：

• 具有相同配置的Pod（例如：從同一個podTemplate創建的），可能會由於Node的文件不同，而行為不同。
• 在宿主機上創建的文件或目錄，只有root用戶具寫入的權限。您要么在容器中以root身份運行進程，要么在主機上修改的文件或目錄的權限，以便具備寫入內容到hostPath的存儲卷中。

值	行為
	空字符串（默認）是用於向后兼容，這意味着在掛接主機路徑存儲卷之前不執行任何檢查。
DirectoryOrCreate	如果path指定目錄不存在，則會在宿主機上創建一個新的目錄，並設置目錄權限為0755，此目錄與kubelet擁有一樣的組和擁有者。
Directory	path指定的目標必需存在
FileOrCreate	如果path指定的文件不存在，則會在宿主機上創建一個空的文件，設置權限為0644，此文件與kubelet擁有一樣的組和擁有者。
File	path指定的文件必需存在
Socket	path指定的UNIX socket必需存在
CharDevice	path指定的字符設備必需存在
BlockDevice	在path給定路徑上必須存在塊設備。

下面是使用hostPath作為存儲卷的YAML文件，此YAML文件定義了一個名稱為test-pd的Pod資源。它通過hostPath類型的存儲卷，將Pod宿主機上的/data掛接到容器中的/teset-pd目錄。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: k8s.gcr.io/test-webserver
    name: test-container
    # 指定在容器中掛接路徑
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-pd
      name: test-volume
  # 指定所提供的存儲卷
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:
      # 宿主機上的目錄
      path: /data
      # this field is optional
      type: Directory

nfs (網絡數據卷)

在Kubernetes中，可以通過nfs類型的存儲卷將現有的NFS（網絡文件系統）到的掛接到Pod中。在移除Pod時，NFS存儲卷中的內容被不會被刪除，只是將存儲卷卸載而已。這意味着在NFS存儲卷總可以預先填充數據，並且可以在Pod之間共享數據。NFS可以被同時掛接到多個Pod中，並能同時進行寫入。需要注意的是：在使用nfs存儲卷之前，必須已正確部署和運行NFS服務器，並已經設置了共享目錄。

下面是一個redis部署的YAML配置文件，redis在容器中的持久化數據保存在/data目錄下；存儲卷使用nfs，nfs的服務地址為：192.168.8.150，存儲路徑為：/k8s-nfs/redis/data。容器通過volumeMounts.name的值確定所使用的存儲卷

# for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  revisionHistoryLimit: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      # 應用的鏡像
      - image: redis
        name: redis
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        # 應用的內部端口
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: redis6379
        env:
        - name: ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "yes"
        - name: REDIS_PASSWORD
          value: "redis"   
        # 持久化掛接位置，在docker中 
        volumeMounts:
        - name: redis-persistent-storage
          mountPath: /data
      volumes:
      # 宿主機上的目錄
      - name: redis-persistent-storage
        nfs:
          path: /k8s-nfs/redis/data
          server: 192.168.8.150

persistentVolumeClaim

persistentVolumeClaim類型存儲卷將PersistentVolume掛接到Pod中作為存儲卷。使用此類型的存儲卷，用戶並不知道存儲卷的詳細信息。

此處定義名為busybox-deployment的部署YAML配置文件，使用的鏡像為busybox。基於busybox鏡像的容器需要對/mnt目錄下的數據進行持久化，在YAML文件指定使用名稱為nfs的PersistenVolumeClaim對容器的數據進行持久化。

# This mounts the nfs volume claim into /mnt and continuously
# overwrites /mnt/index.html with the time and hostname of the pod. 
apiVersion: v1
kind: Deployment
metadata:  
  name: busybox-deployment
spec:  
  replicas: 2  
  selector:    
    name: busybox-deployment
  template:    
    metadata:      
      labels:        
        name: busybox-deployment    
    spec:      
      containers:      
      - image: busybox        
        command:          
        - sh          
        - -c          
        - 'while true; do date > /mnt/index.html; hostname >> /mnt/index.html; sleep $(($RANDOM % 5 + 5)); done'        
        imagePullPolicy: IfNotPresent        
        name: busybox        
        volumeMounts:          
        # name must match the volume name below          
        - name: nfs            
          mountPath: "/mnt"     
     volumes:      
     - name: nfs        
       persistentVolumeClaim:          
         claimName: nfs-pvc

subPath

有時，可以在一個pod中，將同一個卷共享，使其有多個用處。volumeMounts.subPath特性可以用來指定卷中的一個子目錄，而不是直接使用卷的根目錄。
這里有一個使用LAMP棧（Linux Apache Mysql PHP）的pod示例，該pod使用了一個共享的卷。HTML內容映射在它的html子目錄，而數據庫則保存在它的mysql目錄

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-lamp-site
spec:
    containers:
    - name: mysql
      image: mysql
      volumeMounts:
      - mountPath: /var/lib/mysql
        name: site-data
        subPath: mysql
    - name: php
      image: php
      volumeMounts:
      - mountPath: /var/www/html
        name: site-data
        subPath: html
    volumes:
    - name: site-data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: my-lamp-site-data

secret（信息數據卷）

Kubemetes提供了Secret來處理敏感數據，比如密碼、Token和密鑰，相比於直接將敏感數據配置在Pod的定義或者鏡像中，Secret提供了更加安全的機制（Base64加密），防止數據泄露。Secret的創建是獨立於Pod的，以數據卷的形式掛載到Pod中，Secret的數據將以文件的形式保存，容器通過讀取文件可以獲取需要的數據。

yaml示例如下：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
 name: mysecret
type: Opaque
data:
 username: emhlbnl1
 password: eWFvZGlkaWFv
--
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    name: test-secret
    role: master
  name: test-secret
spec:
  containers:
    - name: test-secret
      image: registry:5000/back_demon:1.0
      volumeMounts:
       - name: secret
         mountPath: /home/laizy/secret
         readOnly: true
      command:
      - /run.sh
  volumes:
  - name: secret
    secret:
     secretName: mysecret

參考：

Kubernetes中的Volume介紹

Kubernetes-存儲卷Volume

Kubernetes volumes簡介