容器編排系統K8s之PV、PVC、SC資源

　　前文我們聊到了k8s中給Pod添加存儲卷相關話題，回顧請參考：https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/14180752.html；今天我們來聊一下持久存儲卷相關話題；

　　volume的基礎使用，需要我們用戶手動來向不同類型存儲接口傳遞不同的參數，從而實現把外部存儲映射到k8s上的一個volume對象，使得pod才能正常的掛載對應的存儲卷，對應pod里的容器才能正常使用；這種使用方式的前提是用戶必須了解對應的存儲系統，了解對應類型的存儲接口，以及相關參數；這使得用戶在k8s上使用存儲卷變得有些復雜；為了簡化這一過程，在k8s上使用pv和pvc資源來把對應底層存儲接口給隱藏了，用戶使用存儲卷不再關心底層存儲系統接口；不管底層是那種類型的存儲，用戶只需面對一個pvc接口即可；

　　PV、PVC和K8s集群以及pod的關系

　　提示：用戶在創建pod時使用存儲卷只需要關心對應名稱空間的pvc對象；而對應pv是需要集群管理管理員定義；后端存儲是專門的存儲管理員負責管理；pv是k8s上的一種標准資源，全稱叫做PersistentVolume翻譯成中文就是持久存儲卷；它主要作用是把后端存儲中的某個邏輯單元，映射為k8s上的pv資源；pv是集群級別的資源；任意名稱空間都可以直接關聯某一個pv；關聯pv的過程我們叫做綁定pv；而對應名稱空間關聯某一pv需要使用pvc資源來定義；pvc全稱PersistentVolumeClaim的縮寫，意思就是持久存儲卷申請；在一個名稱空間下創建一個pvc就是把對應名稱空間同集群上的某一pv做綁定；一旦一個名稱空間綁定了一個pv后，對應的pv就會從available狀態轉變成bond狀態，其他名稱空間將不能再使用，只有對應pv是available狀態才能正常的被其他名稱空間關聯綁定；簡單講pvc和pv的關系是一一對應的，一個pv只能對應一個pvc；至於同一名稱空間下的多個pod是否能夠同時使用一個PVC取決pv是否允許多路讀寫，對應pv是否支持多路讀寫取決后端存儲系統；不同類型的存儲系統，對應訪問模式也有所不同。訪問模式有三種，單路讀寫(ReadWriteOnce簡稱RWO)，多路讀寫(ReadWriteMany簡稱RWX)，多路只讀(ReadOnlyMany簡稱ROX)；

　　示例：pv資源創建

[root@master01 ~]# cat pv-v1-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv-v1
  labels:
    storsystem: nfs-v1
    rel: stable
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany","ReadOnlyMany"]
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  mountOptions:
  - hard
  - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /data/v1
    server: 192.168.0.99
[root@master01 ~]# 

　　提示：pv是k8s的標准資源，其群組版本為v1,類型為PersistentVolume；spec.capacity.storage字段用來描述pv的存儲容量；volumeMode用來描述對應存儲系統提供的存儲卷類型接口，一般存儲卷類型接口有兩種，分別是文件系統接口和塊設備接口；accessModes用來描述pv的訪問模式；presistentVolumeReclaimPolicy字段用來描述存儲卷回收策略，持久卷回收策略有3中，一種是Delete，表示當pvc刪除以后，對應pv也隨之刪除；第二種是Recycle,表示當pvc刪除以后，對應pv的數據也隨之被刪除；第三種是Retain表示當pvc被刪除以后，pv原封動，即pv也在，對應數據也在；mountOptions字段用來指定掛載選項；nfs表示后端存儲為nfs，對於不同類型的存儲，對應的要傳遞的參數各不相同，對於nfs這種類型的存儲，我們只需要指定其nfs服務器地址以及對應共享出來的文件路徑；以上配置就表示把nfs上的/data/v1目錄映射到k8s上的pv，對應pv的名稱為nfs-pv-v1；這里需要注意一點，在創建pv時，對應后端存儲應該提前准備好；

　　應用配置清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f pv-v1-demo.yaml
persistentvolume/nfs-pv-v1 created
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Available                                   4s
[root@master01 ~]# kubectl describe pv nfs-pv-v1
Name:            nfs-pv-v1
Labels:          rel=stable
                 storsystem=nfs-v1
Annotations:     <none>
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    
Status:          Available
Claim:           
Reclaim Policy:  Retain
Access Modes:    RWO,ROX,RWX
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   <none>
Message:         
Source:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    192.168.0.99
    Path:      /data/v1
    ReadOnly:  false
Events:        <none>
[root@master01 ~]# 

　　提示：在pv的詳細信息中能夠看到，當前pv的狀態為available，pv對應后端的存儲是nfs，對應存儲的ip地址為192.168.0.99，當前pv對應后端存儲的邏輯單元就是/data/v1；

　　示例：創建pvc

[root@master01 ~]# cat pvc-v1-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-nfs-pv-v1
  namespace: default
  labels:
    storsystem: nfs-v1
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 500Mi
  selector:
    matchLabels:
      storsystem: nfs-v1
      rel: stable
[root@master01 ~]# 

　　提示：pvc也是k8s上的標准資源，對應的群組版本為v1,類型為PersistentVolumeClaim；其中spec.accessModes字段是用來指定其pvc的訪問模式，一般這個模式是被pv的accessModes包含，也就說pvc的訪問模式必須是pv的子集，即等於小於pv的訪問模式；resources用來描述對應pvc的存儲空間限制，requests用來描述對應pvc最小容量限制，limits用來描述最大容量限制；selector用來定義標簽選擇器，主要作用過濾符合對應標簽的pv；如果不定義標簽選擇器，它會在所有available狀態的pv中，通過其容量大小限制以及訪問模式去匹配一個最佳的pv進行關聯；

　　應用配置清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f pvc-v1-demo.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-nfs-pv-v1 created
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS   VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Bound    nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   8s
[root@master01 ~]# kubectl describe pvc pvc-nfs-pv-v1
Name:          pvc-nfs-pv-v1
Namespace:     default
StorageClass:  
Status:        Bound
Volume:        nfs-pv-v1
Labels:        storsystem=nfs-v1
Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      1Gi
Access Modes:  RWO,ROX,RWX
VolumeMode:    Filesystem
Used By:       <none>
Events:        <none>
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-nfs-pv-v1                           19m
[root@master01 ~]# 

　　提示：這里顯示pvc的大小是pvc最大容量顯示，默認不限制最大容量就是其pv的最大容量；從上面的顯示可以看到對應pv被pvc綁定以后，其狀態就變成了bound；

　　示例：創建pod關聯pvc，並在其pod容器里掛載pvc

[root@master01 ~]# cat redis-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis-demo
  labels:
    app: redis
spec:
  containers:
  - name: redis
    image: redis:alpine
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: redis-data
  volumes:
  - name: redis-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-nfs-pv-v1
[root@master01 ~]# 

　　提示：在pod里關聯pvc，只需要指定后端存儲類型為persistentVolumeClaim，然后指定對應的pvc名稱；

　　應用資源清單

[root@master01 ~]# kubectl apply -f redis-demo.yaml
pod/redis-demo created
[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS              RESTARTS   AGE
redis-demo   0/1     ContainerCreating   0          7s
[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          27s
[root@master01 ~]# kubectl describe pod redis-demo
Name:         redis-demo
Namespace:    default
Priority:     0
Node:         node03.k8s.org/192.168.0.46
Start Time:   Fri, 25 Dec 2020 21:55:41 +0800
Labels:       app=redis
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.3.105
IPs:
  IP:  10.244.3.105
Containers:
  redis:
    Container ID:   docker://8e8965f52fd0144f8d6ce68185209114163a42f8437d7d845d431614f3d6dd05
    Image:          redis:alpine
    Image ID:       docker-pullable://redis@sha256:68d4030e07912c418332ba6fdab4ac69f0293d9b1daaed4f1f77bdeb0a5eb048
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Fri, 25 Dec 2020 21:55:48 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /data from redis-data (rw)
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-xvd4c (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  redis-data:
    Type:       PersistentVolumeClaim (a reference to a PersistentVolumeClaim in the same namespace)
    ClaimName:  pvc-nfs-pv-v1
    ReadOnly:   false
  default-token-xvd4c:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-xvd4c
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute op=Exists for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute op=Exists for 300s
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  37s   default-scheduler  Successfully assigned default/redis-demo to node03.k8s.org
  Normal  Pulling    36s   kubelet            Pulling image "redis:alpine"
  Normal  Pulled     30s   kubelet            Successfully pulled image "redis:alpine" in 5.284107704s
  Normal  Created    30s   kubelet            Created container redis
  Normal  Started    30s   kubelet            Started container redis
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到對應pod已經正常運行起來；從詳細信息中可以看到對應pod使用的volumes類型為PersistentVolumeClaim，對應名稱為pvc-nfs-pv-v1；對應容器以讀寫方式掛載了對應存儲卷；

　　測試：在redis-demo上產生數據，看看是否能夠正常保存到nfs服務器上？

[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          5m28s
[root@master01 ~]# kubectl exec -it redis-demo -- /bin/sh
/data # redis-cli 
127.0.0.1:6379> set mykey "this is test key "
OK
127.0.0.1:6379> get mykey
"this is test key "
127.0.0.1:6379> BGSAVE
Background saving started
127.0.0.1:6379> exit
/data # ls
dump.rdb
/data # 

　　在nfs服務器上查看對應目錄下是否有dump.rdb文件產生？

[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:02 dump.rdb
[root@docker_registry ~]# 

　　提示：可以看到，redis上產生的快照文件在nfs服務器上有對應的文件存在；

　　測試：刪除pod，看看對應文件是否還在？

[root@master01 ~]# kubectl delete -f redis-demo.yaml 
pod "redis-demo" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pods
No resources found in default namespace.
[root@master01 ~]# ssh 192.168.0.99
The authenticity of host '192.168.0.99 (192.168.0.99)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:hQoossQnTJMXB0+DxJdTt6DMHuPFLDd5084tHyJ7920.
ECDSA key fingerprint is MD5:ef:61:b6:ee:76:46:9d:0e:38:b6:b5:dd:11:66:23:26.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '192.168.0.99' (ECDSA) to the list of known hosts.
root@192.168.0.99's password: 
Last login: Fri Dec 25 20:13:05 2020 from 192.168.0.232
[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:05 dump.rdb
[root@docker_registry ~]# exit
logout
Connection to 192.168.0.99 closed.
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到刪除了pod對應快照文件在nfs服務器還是存在；

　　綁定節點，重新新建pod，看看對應是否能夠自動應用快照中的數據？

[root@master01 ~]# cat redis-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis-demo
  labels:
    app: redis
spec:
  nodeName: node01.k8s.org
  containers:
  - name: redis
    image: redis:alpine
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: redis-data
  volumes:
  - name: redis-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-nfs-pv-v1
[root@master01 ~]# kubectl apply -f redis-demo.yaml
pod/redis-demo created
[root@master01 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME         READY   STATUS              RESTARTS   AGE   IP       NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
redis-demo   0/1     ContainerCreating   0          8s    <none>   node01.k8s.org   <none>           <none>
[root@master01 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
redis-demo   1/1     Running   0          21s   10.244.1.88   node01.k8s.org   <none>           <none>
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到新建的pod被調度到node01上了；

　　進入對應pod，看看是否應用了其快照文件中的數據？對應key是否能夠被應用到內存？

[root@master01 ~]# kubectl get pods
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          2m39s
[root@master01 ~]# kubectl exec -it redis-demo -- /bin/sh
/data # redis-cli 
127.0.0.1:6379> get mykey
"this is test key "
127.0.0.1:6379> exit
/data # ls 
dump.rdb
/data # exit
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到新建的pod能夠正常讀取到nfs上的快照文件並應用到內存中；

　　刪除pvc，看看對應pv是否被刪除？

　　提示：可以看到在沒有刪除pod的情況下，對應刪除操作被阻塞了；

　　查看pvc狀態

[root@master01 ~]# kubectl delete pvc pvc-nfs-pv-v1
persistentvolumeclaim "pvc-nfs-pv-v1" deleted
^C
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
NAME            STATUS        VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-nfs-pv-v1   Terminating   nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   34m
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-nfs-pv-v1                           52m
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到現在pvc的狀態變成了terminating，但對應pvc還在並沒有被刪除；對應pv還處於綁定狀態；

　　刪除pod，看看對應pvc是否會被刪除呢？

[root@master01 ~]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
redis-demo   1/1     Running   0          14m
[root@master01 ~]# kubectl delete pod redis-demo
pod "redis-demo" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pvc
No resources found in default namespace.
[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Released   default/pvc-nfs-pv-v1                           54m
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到刪除對應pod以后，pvc就立即刪除了；對應pvc被刪除以后，對應pv的狀態就從bound狀態轉變為Released狀態，表示等待回收；我們在資源清單中使用的是Retain回收策略，pv和pvc都是我們人工手動回收；

　　刪除pv，看看對應數據是否會被刪除？

[root@master01 ~]# kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Released   default/pvc-nfs-pv-v1                           57m
[root@master01 ~]# kubectl delete pv nfs-pv-v1
persistentvolume "nfs-pv-v1" deleted
[root@master01 ~]# kubectl get pv
No resources found
[root@master01 ~]# ssh 192.168.0.99
root@192.168.0.99's password: 
Last login: Fri Dec 25 22:05:53 2020 from 192.168.0.41
[root@docker_registry ~]# ll /data/v1
total 4
-rw-r--r-- 1 polkitd qiuhom 122 Dec 25 22:24 dump.rdb
[root@docker_registry ~]# exit
logout
Connection to 192.168.0.99 closed.
[root@master01 ~]# 

　　提示：可以看到刪除了pv，對應快照文件並沒有清除；

　　以上就是pv和pvc資源的用法，下面我們再來說一下sc資源

　　SC是StorageClass的縮寫，表示存儲類；這種資源主要用來對pv資源的自動供給提供接口；所謂自動供給是指用戶無需手動創建pv，而是在創建pvc時對應pv會由persistentVolume-controller自動創建並完成pv和pvc的綁定；使用sc資源的前提是對應后端存儲必須支持restfull類型接口的管理接口，並且pvc必須指定對應存儲類名稱來引用SC；簡單講SC資源就是用來為后端存儲提供自動創建pv並關聯對應pvc的接口；如下圖

　　提示：使用sc動態創建pv，對應pvc必須也是屬於對應的sc；上圖主要描述了用戶在創建pvc時，引用對應的sc以后，對應sc會調用底層存儲系統的管理接口，創建對應的pv並關聯至對應pvc；

　　示例：創建sc資源

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
  resturl: "http://127.0.0.1:8081"
  clusterid: "630372ccdc720a92c681fb928f27b53f"
  restauthenabled: "true"
  restuser: "admin"
  secretNamespace: "default"
  secretName: "heketi-secret"
  gidMin: "40000"
  gidMax: "50000"
  volumetype: "replicate:3"

　　提示：上述是官方文檔中的一個示例，在創建sc資源時，對應群組是storage.k8s.io/v1，類型為StorageClass；provisioner字段用於描述對應供給接口名稱；parameters用來定義向對應存儲管理接口要傳遞的參數；

　　在pvc資源中引用SC資源對象

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: foo-pvc
  namespace: foo
spec:
  storageClassName: "slow"
  volumeName: foo-pv
  ...

　　提示：在創建pvc時用storageClassName字段來指定對應的SC名稱即可；