Volume-谢先斌的博客

Kubernetes 中 Volume 用来储存数据，它被定义在 Pod 上，可以被 Pod 里的多个容器挂载。

介绍

一般存储分分以下几类：

SAN: iSCSI, …
NAS: NFS, CIFS, …
分布式存储：GlusterFS, Ceph RBD, CephFS, …
云存储：EBS, Cinder Volume, …

Volume 类型

Kubernetes 存储类型包括：

emptyDir
hostPath
persistentVolumeClaim
awsElasticBlockStore
azureDisk
azureFile
cephfs
cinder
configMap
csi(Container Storage Interface)
ephemeral
fc
flexVolume
flocker
gcePersistentDisk
gitRepo
glusterfs
hostPath
iscsi
nfs
photonPersistentDisk
portworxVolume
quobyte
rbd
scaleIO
secret
storageos
vsphereVolume

查看帮助：kubectl explain pod.spec.volumes

Volume 架构

说明：

Storage 有 Storage Admin 管理
PV 有 Cluster Admin 管理
PVC 由 Users and Developers 管理

Access Modes

ReadWriteOnce
ReadOnlyMany
ReadWriteMany
ReadWriteOncePod

Volume 生命周期

Volume 与 Pod 的生命周期相同，与 Pod 中容器的生命周期不相关，即容器终止或重启时，Volume 中的数据也不会丢失
当 Pod 被删除时，Volume 的数据可能被清理，这与 Volume 的类型相关，其中
- emptyDir 类型的 Volume 数据会丢失
- PV 类型的数据则不会丢失

Volume 资源使用

spec:
  volumes:
    ...
  containers:
    volumeMounts:
      ...

emptyDir

emptyDir 是一个空目录，它的生命周期和所属的 Pod 是完全一致的。emptyDir 类型的 Volume 在 Pod 分配到 Node 上时会被创建，Kubernetes 会在 Node 上自动分配一个目录或内存。这个目录的初始内容为空，当 Pod 从 Node 上移除（Pod 被删除或者 Pod 发生迁移）时，emptyDir 中的数据会被永久删除。

pod-emptyDir-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-ed-pod
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: cache-v1
      mountPath: /cache
  volumes:
  - name: cache-v1
    emptyDir: {}
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查看

$ kubectl exec -it volume-ed-pod -- sh
# cat /proc/mounts | grep cache
/dev/sda2 /cache xfs rw,relatime,attr2,inode64,logbufs=8,logbsize=32k,noquota 0 0
$ kubectl describe pod volume-ed-pod
...
Volumes:
  cache-v1:
    Type:       EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)
    Medium:
    SizeLimit:  <unset>
...

说明：

容器崩溃并不会导致 Pod 被从节点上移除，因此容器崩溃时 emptyDir 卷中的数据是安全的。

hostPath

hostPath 类型的 Volume 允许用户挂载 Node 宿主机上的文件或目录到 Pod 中

由于每个节点上的文件都不同，具有相同配置（例如：从 podTemplate 创建的）的 Pod 在不同节点上的行为可能会有所不同。
在底层主机上创建的文件或目录只能由 root 写入。您需要在特权容器中以 root 身份运行进程，或修改主机上的文件权限才可以写入 hostPath 卷。

场景中：

运行中的容器需要访问 Docker 内部的容器，使用 /var/lib/docker 来做为 hostPath 让容器内应用可以直接访问 Docker 的文件系统。
在容器中运行 cAdvisor，使用 /dev/cgroups 来做为 hostPath。
和 DaemonSet 搭配使用，用来操作主机文件。例如：日志采集方案 FLK 中的 FluentD 就采用这种方式来加载主机的容器日志目录，达到收集本主机所有日志的目的。

下面演示示例：

pod-hostpath-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hp-pod
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: cache-hp
      mountPath: /cache
  volumes:
  - name: cache-hp
    hostPath:
      path: /data/pod/volume
      type: DirectoryOrCreate
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NFS

搭建 NFS 服务器，参考：NFS 环境搭建，并创建共享目录 /data/nfs/volume，域名为：nfs.kb.cx
pod-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-nfs-pod
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: cache-nfs
      mountPath: /cache
  volumes:
  - name: cache-nfs
    nfs:
      path: /data/nfs/volume
      server: nfs.kb.cx
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查看

$ kubectl describe pod volume-nfs-pod
...
Volumes:
  cache-nfs:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    nfs.kb.cx
    Path:      /data/nfs/volume
    ReadOnly:  false
...

# 对应的 node 节点
root@k8s-node-1:~# docker inspect id
...
        "Mounts": [
            {
                "Type": "bind",
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/95e8a281-79ea-4383-ac1c-6e8914dc468d/volumes/kubernetes.io~nfs/cache-nfs",
                "Destination": "/cache",
                "Mode": "",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            }
...
root@k8s-node-1:~# ls /var/lib/kubelet/pods/95e8a281-79ea-4383-ac1c-6e8914dc468d/volumes/kubernetes.io~nfs/cache-nfs
root@k8s-node-1:~# cat /proc/mounts | grep nfs.kb.cx
nfs.kb.cx:/data/nfs/volume /var/lib/kubelet/pods/95e8a281-79ea-4383-ac1c-6e8914dc468d/volumes/kubernetes.io~nfs/cache-nfs nfs4 rw,relatime,vers=4.2,rsize=524288,wsize=524288,namlen=255,hard,proto=tcp,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=172.20.0.82,local_lock=none,addr=172.20.0.132 0 0

说明：

使用 NFS 时，kubelet 先将 NFS 共享盘挂载到宿主机，然后 mount 到对用的容器上
path 也可以是子目录，且必须在 NFS 中存在的子目录，如在 yaml 中配置 path: /data/nfs/volume/abc 时，挂载情况为：

root@k8s-node-1:~# nfs.kb.cx:/data/nfs/volume/abc /var/lib/kubelet/pods/1d3867a9-7401-4c9f-a0b7-38a3cc67d477/volumes/kubernetes.io~nfs/cache-nfs nfs4 rw,relatime,vers=4.2,rsize=524288,wsize=524288,namlen=255,hard,proto=tcp,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=172.20.0.82,local_lock=none,addr=172.20.0.132 0 0

Local Persistent Volume

Local Persistent Volume(本地持久化存储) 指的就是利用机器上的磁盘来存放业务需要持久化的数据

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: local-test
spec:
  serviceName: "local-service"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: local-test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: local-test
    spec:
      containers:
      - name: test-container
        image: k8s.gcr.io/busybox
        command:
        - "/bin/sh"
        args:
        - "-c"
        - "sleep 100000"
        volumeMounts:
        - name: local-vol
          mountPath: /usr/test-pod
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: local-vol
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "local-storage"
      resources:
        requests:
          storage: 368Gi

$ kubectl get pvc
NAMESPACE   NAME             STATUS    VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS    AGE
default    csi-cephfs-pvc   Bound     pvc-878a667c-8e34-11ec-b8d5-fa163e06eeca   2Gi        RWX            csi-cephfs-sc   1h

持久化存储

持久化存储的 3 中方式：

StorageClass
PersistentVolume
PersistentVolumeClaim

存储资源的访问方式：

直接访问
静态 PV
动态 PV

架构

持久化存储 <---> PV <--1:1--> PVC <--1:n--> Pod(mount Volume)

PV

PV（PersistentVolume，持久化卷） 是 Volume 的一种类型，是对底层的共享存储的一种抽象。PV 由集群管理员进行创建和配置，就像 节点 (Node) 是集群中的资源一样，PV 也是集群资源的一种：

PV 包含存储类型、存储大小和访问模式(accessModes，参考)
PV 的生命周期独立于 Pod
PV 是 集群级别 的资源，并不属于某个 命名空间
帮助命令：kubectl explain pv.spec

下面演示示例：

pv-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pvnfs1
  labels:
    backend: nfs
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
    - ReadWriteMany
  capacity:
    storage: 5Gi
  nfs:
    path: /data/nfs/volume/abc
    server: nfs.kb.cx
source repo / download raw

查看

root@k8s-master:~/manifests/volume# kubectl apply -f pv-nfs.yaml
persistentvolume/pvnfs1 created
root@k8s-master:~/manifests/volume# kubectl get pv
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
pvnfs1   5Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                   3s

PVC

帮助命令：kubectl explain pvc.spec

PVC（PersistentVolumeClaim，持久化卷声明） 是用户对存储资源的一种请求，PVC 和 Pod 比较类似：

Pod 消耗的是节点资源，PVC 消耗的是 PV 资源
Pod 可以请求 CPU 和内存，PVC 可以请求特定的存储空间和访问模式
对于真正使用存储的用户不需要关心底层的存储实现细节，只需要直接使用 PVC 即可
PVC 是 命名空间 级别的资源，PV 可以与任何命名空间的 PVC 资源绑定

下面演示示例：

pod-pvc-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvcnfs1
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-pvc-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - name: cache-v1
      mountPath: /cache
  volumes:
  - name: cache-v1
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvcnfs1
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$ kubectl apply -f pod-pvc-nfs-vol.yaml
persistentvolumeclaim/pvcnfs1 created
pod/pod-pvc-nfs configured
$ kubectl get pv
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE
pvnfs1   5Gi        RWO,RWX        Retain           Bound    default/pvcnfs1                           19m
$ kubectl get pvc
NAME      STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvcnfs1   Bound    pvnfs1   5Gi        RWO,RWX                       9s

# 对应的 node 节点
root@k8s-node-1:~# cat /proc/mounts |grep nfs.kb.cx
nfs.kb.cx:/data/nfs/volume/abc /var/lib/kubelet/pods/136d3cf5-285c-4b38-8e96-1192878a5f43/volumes/kubernetes.io~nfs/pvnfs1 nfs4 rw,relatime,vers=4.2,rsize=524288,wsize=524288,namlen=255,hard,proto=tcp,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=172.20.0.82,local_lock=none,addr=172.20.0.132 0 0

说明：

volume 也是通过先挂载在 node 节点，在映射到容器内部

StorageClass

SC（StorageClass，储存类别） 由于不同的应用程序对于存储性能的要求也不尽相同，比如：读写速度、并发性能、存储大小等。如果只能通过 PVC 对 PV 进行静态申请，显然这并不能满足各种应用对于存储的需求。为了解决这一问题，Kubernetes 引入了一个新的资源对象：StorageClass，通过 StorageClass 的定义，集群管理员可以先将存储资源定义为不同类型的资源，比如快速存储、慢速存储等

当用户通过 PVC 对存储资源进行申请时，StorageClass 会使用 Provisioner（不同 Volume 对应不同的 Provisioner）来自动创建用户所需 PV。这样应用就可以随时申请到合适的存储资源，而不用担心集群管理员没有事先分配好需要的 PV

自动创建的 PV 以 ${namespace}-${pvcName}-${pvName} 这样的命名格式创建在后端存储服务器上的共享数据目录中
自动创建的 PV 被回收后会以 archieved-${namespace}-${pvcName}-${pvName} 这样的命名格式存在后端存储服务器上

其他

TopoLVM 是一个用于本地存储的新 CSI 插件，可使用 LVM 动态配置卷

Volume

介绍

Volume 类型

Volume 架构

Access Modes

Volume 生命周期

Volume 资源使用

emptyDir

hostPath

NFS

Local Persistent Volume

持久化存储

架构

PV

PVC

StorageClass

其他

参考

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