基本概念
Volumn
由于容器本身是非持久化的，因此需要解决在容器中运行应用程序遇到的一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet将重新启动容器，但是写入容器的文件将会丢失，容器将会以镜像的初始状态重新开始；第二，在通过一个Pod中一起运行的容器，通常需要共享容器之间一些文件。Kubernetes通过卷解决上述的两个问题。
在Docker有卷的概念卷，但Docker中存储卷只是磁盘的或另一个容器中的目录，并没有对其生命周期进行管理。Kubernetes的存储卷有自己的生命周期，它的生命周期与使用的它Pod生命周期一致。因此，相比于在Pod中运行的容器来说，存储卷的存在时间会比的其中的任何容器都长，并且在容器重新启动时会保留数据。当然，当Pod停止存在时，存储卷也将不再存在。在Kubernetes支持多种类型的卷，而Pod可以同时使用各种类型和任意数量的存储卷。在Pod中通过指定下面的字段来使用存储卷：
- spec.volumes：通过此字段提供指定的存储卷
- spec.containers.volumeMounts：通过此字段将存储卷挂接到容器中
Persistent Volumn(PV)
PV是系统管理员设置的存储，它是群集的一部分，是一种资源，所以它有独立于Pod的生命周期。
PVC是用户存储的请求。它与Pod相似，Pod消耗节点的CPU和内存资源，PVC则消耗PV资源，可以生命特定的容量大小和访问模式。
PV和PVC遵循如下的生命周期管理
配置
PV有两种配置方式：静态或动态
- 静态
管理员创建静态一些PV，它们带有可供集群用户使用的实际存储的细节，它们存在于Kubernetes API中，可用于消费； - 动态
当管理员创建的静态 PV 都不匹配用户的PersistentVolumeClaim时，集群可能会尝试动态地为 PVC 创建卷。此配置基于StorageClasses：PVC 必须请求存储类，并且管理员必须创建并配置该类才能进行动态创建。声明该类为""可以有效地禁用其动态配置。
要启用基于存储级别的动态存储配置，集群管理员需要启用 API server 上的 DefaultStorageClass 准入控制器。例如，通过确保 DefaultStorageClass 位于 API server 组件的 --admission-control 标志，使用逗号分隔的有序值列表中，可以完成此操作。有关 API server 命令行标志的更多信息，请检查 kube-apiserver 文档。
绑定
一旦用户创建或已经创建了具有特定存储量的 PersistentVolumeClaim 以及某些访问模式。Kubernetes控制器会监视到新的 PVC，并寻找匹配的 PV，并将它们绑定在一起。如果为新的 PVC 动态调配 PV，则控制器会始终将该 PV 绑定到 PVC。总之，用户总会得到他们所请求的存储，但是容量可能超出请求的数量。一旦 PV 和 PVC 绑定后，PersistentVolumeClaim 绑定是排他性的，不管它们是如何绑定的。 PVC 跟 PV 绑定是一对一的映射。
如果没有匹配的PV，PVC将无限期地保持未绑定状态。随着匹配PV的可用，PVC将被绑定。例如，配置了许多 50Gi PV的集群将不会匹配请求 100Gi 的PVC。将100Gi PV 添加到群集时，则可以绑定到该 PVC。
使用
Pod 使用PVC作为卷。集群检查PVC以查找绑定的卷并为集群挂载该卷。对于支持多种访问模式的卷，用户指定在使用声明作为容器中的卷时所需的模式（读写、只读）。
用户生命了PVC，并且该PVC是绑定的，则只要用户需要，绑定的 PV 就属于该用户。用户通过在 Pod 的 volume 配置中包含persistentVolumeClaim来调度 Pod 并访问用户声明的 PV。
我们项目中常用的挂载模式
K8S支持的卷类型很多，主要分为分布式文件系统、ConfigMap和本地文件系统这几种，其中本地文件系统支持：hostPath和local（从1.11开始出了Beta版本，编写本文时目前K8S最新版本是1.13了）。
在我们目前项目的实际开发中，我们常用两种卷挂载模式：
-
hostPath
一般hostPath的使用，多半用于规范的一些文件和目录的挂载，譬如监控用到的相关的文件、时区文件的挂载，一般都直接从宿主机直接挂载到容器中，这种情况下，我们会用到hostPath。 -
ConfigMap
另外对于配置的挂载，一般会用到ConfigMap。
但是对于使用到本地磁盘来存储数据时，hostPath往往不太适合我们了，虽然它能够让Pod使用本地存储，将Node文件系统中的文件或者目录挂载到容器内，但是在这种应用场景，hostPath并不适合生产环境使用，主要原因如下：
- 在集群中为了使用hostPath，我们需要通过NodeSelector来进行精确到节点的调度，这样非常不利于系统的开发，与K8S的调度灵活性背道而驰；
- hostPath卷的大小不在调度器的考虑范围，它也不能申明存储空间大小，这样调度时需要额外做磁盘大小的检查；
当然hostPath还有其他的缺点，由于以上这两个关键的缺陷，在真正需要持久化数据存储的场景，我们不得不考虑local存储卷了。
local存储卷的工作原理
Local PV是从kuberntes 1.10开始引入，本质目的是为了解决hostPath的缺陷。通过PV控制器与Scheduler的结合，会对local PV做针对性的逻辑处理，从而，让Pod在多次调度时，能够调度到同一个Node上。
local存储卷的使用
首先，我们要准备好K8S环境，检查一下K8S中的节点。
# kubectl get nodes
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
wuxi-inner-c2-4-10-25-69-15 Ready <none> 10d v1.13.0
wuxi-inner-c2-4-10-25-69-17 Ready <none> 10d v1.13.0
wuxi-inner-c3-4.1-10-25-68-239 Ready <none> 22d v1.13.0
wuxi-inner-c3-4.1-10-25-68-240 Ready <none> 22d v1.13.0
wuxi-inner-c3-4.1-10-25-68-241 Ready <none> 22d v1.13.0
现在登录到节点10.25.68.239上，然后手工创建一个目录，我们将后在后面创建的local PV绑定到这个目录中。
root@ubuntu:/home/yuxianbing# mkdir -p /data/pv
root@ubuntu:/home/yuxianbing#
创建local的Storage Class
cat > storage-class.yml <<EOF
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
EOF
kubectl create -f storage-class.yml
查看一下创建的storage class
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get sc
NAME PROVISIONER AGE
local-storage kubernetes.io/no-provisioner 2d
创建PV：
cat > pv-sdc.yml <<EOF
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: local-pv-sdc
spec:
capacity:
storage: 440Gi
accessModes:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
storageClassName: local-storage
local:
path: /data/pv
nodeAffinity:
required:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In
values:
- cka
EOF
kubectl create -f pv-sdc.yml
查看一下pv情况
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get pv
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
local-pv-sdc 440Gi RWO Retain Available local-storage 15s
创建PVC
cat > pvc1.yml <<EOF
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
name: pvc1
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: local-storage
resources:
requests:
storage: 100Gi
EOF
kubectl create -f pvc1.yml
PVC将会一直处于Pending状态直到我们创建一个Pod使用它。
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
pvc1 Pending local-storage 5s
创建一个deployment使用这个pvc。
cat > deploy-nginx.yml <<EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.7.9
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- mountPath: "/usr/share/nginx/html"
name: storage
volumes:
- name: storage
persistentVolumeClaim:
claimName: pvc1
EOF
kubectl create -f deploy-nginx.yml
pvc现在绑定到对应的pv上面了。
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
pvc1 Bound local-pv-sdc 440Gi RWO local-storage 59s
查看pod被调度的节点，可以看到这个pod是会被调度到PV所在的Node：
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
nginx-deployment-5bd8c777fd-v2xn9 1/1 Running 0 11m 10.221.56.63 wuxi-inner-c3-4.1-10-25-68-239
我们再次登录到10.25.68.239，在/data/pv下生成index.html文件
echo "Hello World!" > /data/pv/index.html
检查一下index.html文件的服务
yuxianbing@ubuntu:~$ curl http://10.221.56.63
Hello World!
yuxianbing@ubuntu:~$ kubectl exec nginx-deployment-5bd8c777fd-v2xn9 cat /usr/share/nginx/html/index.html
Hello World!
总结
Local持久卷基本具备了hostPath的绑定本地文件系统目录的能力和方便性，同时自动具备调度到指定节点的能力，并且可以对持久卷进行管理。
唯一的问题在于，我们还需要手工去对应的节点创建对应的目录和删除对应的目录，这需要结合我们的应用系统来进行统一的设计和管理。
总得来说，对于状态应用程序的部署来说，Local持久卷能够提供分布式存储无法提供的高性能，同时具备了一定的调度的灵活性，是一个不错的选择。
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