kubernetes中持久化存储PV和PVC介绍

作者: 乔边故事 | 来源:发表于2020-01-31 13:47 被阅读0次

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持久化存储

Kubernetes为了能更好的支持有状态应用的数据存储问题，除了基本的HostPath和EmptyDir提供的数据持久化方案之外，还提供了PV，PVC和StorageClass资源对象来对存储进行管理。

PV的全称是Persistent Volume（持久化卷），是对底层数据存储的抽象，PV由管理员创建、维护以及配置，它和底层的数据存储实现方法有关，比如Ceph，NFS，ClusterFS等，都是通过插件机制完成和共享存储对接。

PVC的全称是Persistent Volume Claim（持久化卷声明），我们可以将PV比喻为接口，里面封装了我们底层的数据存储，PVC就是调用接口实现数据存储操作，PVC消耗的是PV的资源。

StorageClass是为了满足用于对存储设备的不同需求，比如快速存储，慢速存储等，通过对StorageClass的定义，管理员就可以将存储设备定义为某种资源类型，用户根据StorageClass的描述可以非常直观的知道各种存储资源的具体特性，这样就可以根据应用特性去申请合适的资源了。

PV

前面介绍了PV的基本概念，在介绍中我们知道PV可以用很多共享存储做底层存储设备，这里用NFS作为存储设备做测试。（首先安装好NFS，具体的安装方法自行百度。）

PV作为存储设备，主要包括存储能力，访问模式，存储类型，回收信息等关键信息。

下面我们定义一个PV的YAML文件：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv01
  labels:
    storage: pv
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 1Gi
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  nfs:
    path: /data/k8s
    server: 172.16.1.128

参数说明：
（1）、accessMode：访问模式，有ReadWriteOnce，ReadOnlyMany，ReadWriteMany。其中：

ReadWriteOnce：表示具有读写权限，但是只能被一个node挂载一次
ReadOnlyMany：表示具有只读权限，可以被多个node多次挂载
ReadWriteMany：表示具有读写权限，可以被多个node多次挂载

（2）、capacity：持久卷资源和容量的描述，存储大小是唯一可设置或请求的资源。
（3）、persistentVolumeReclaimPolicy：回收策略，也就是释放持久化卷时的策略，其有以下几种：

Retain：保留数据，如果要清理需要手动清理数据，默认的策略；
Delete：删除，将从Kubernetes中删除PV对象，以及外部基础设施中相关的存储资产，比如AWS EBS, GCE PD, Azure Disk, 或Cinder volume；
Recycle：回收，清楚PV中的所有数据，相当于执行rm -rf /pv-volume/*；

然后我们创建PV：

# kubectl create -f pv01-daemo.yaml

然后观察其PV：

[root@master volume]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Available                                               3s

PV的状态说明：

Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
Bound（已绑定）：表示 PVC 已经被 PVC 绑定
Released（已释放）：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

PVC

基于上节创建的PV，我们来创建PVC，创建PVC所用的类型是PersistentVolumeClaim，其apiVersion为v1，具体帮助文档可以通过kubectl explain PersistentVolumeClaim来查看。

首先我们确定PV是正常的：

[root@master volume]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Available                                               6s

我们可以看到STATUS的状态是Available，表示可用。

接下来，我们定义PVC的YAML文件，如下：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-test
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

spec参数说明：
（1）、accessModes：主要定义卷所应该拥有的访问模式
（2）、resources：主要定义卷应该拥有的最小资源
（3）、dataSource：定义如果提供者具有卷快照功能，就会创建卷，并将数据恢复到卷中，反之不创建
（4）、selector：定义绑定卷的标签查询
（5）、storageClassName：定义的storageClass的名字
（6）、volumeMode：定义卷的类型
（7）、volumeName：需要绑定的PV的名称链接

然后执行以下命令创建PVC：

[root@master volume]# kubectl apply -f pvc-test.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-test created

然后查看PVC和PV的状态：

[root@master volume]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/pvc-test                            19m                        18h
[root@master volume]# kubectl get pvc
NAME        STATUS   VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-test    Bound    my-pv01   1Gi        RWO                           34s

我们从上面可以看到pvc处于Bound状态，Bound的VOLUME是my-pv01，我们再看pv的状态有Available变为Bound，其CLAIM是default/pvc-test，其中default为namespace名称。

在上面我们创建了一个PVC，其绑定了我们创建的PV，如果此时我们再创建一个PVC，结果又会如何？
我们copy以下上面的PVC文件，将其名称改一下，如下：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-test2
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

然后创建这个YAML文件，并查看其状态，如下：

[root@master volume]# kubectl apply -f pvc-test2.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-test2 created
[root@master volume]# kubectl get pvc
NAME        STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-test    Bound     my-pv01   1Gi        RWO                           9m34s
pvc-test2   Pending                                                      4s

我们可以看到我们刚创建的pvc-test2的STATUS处于Pending状态，这是由于PVC没有找到达到其要求的PV，我们可以查看我们已有的PV，如下：

[root@master volume]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/pvc-test                            31m
pv01      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-0                           18h
pv02      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-1                           18h

我们发现PV都已经用完了，就无法绑定，这是因为一个PV只能允许一个PVC绑定，这时候如果我们再创建一个PV，我们就会发现PVC的状态会变为Bound状态，如下我们创建一个新的pv，然后观察其状态：

[root@master volume]# kubectl get pvc
NAME        STATUS   VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-test    Bound    my-pv01   1Gi        RWO                           16m
pvc-test2   Bound    my-pv02   1Gi        RWO                           7m21s
www-web-0   Bound    pv01      1Gi        RWO                           18h
www-web-1   Bound    pv02      1Gi        RWO                           18h
[root@master volume]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/pvc-test                            36m
my-pv02   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/pvc-test2                           23s
pv01      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-0                           18h
pv02      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-1                           18h

当然，如果我们把PV删除了会是什么效果呢？我们做如下操作：

[root@master volume]# kubectl delete -f pv02.yaml 
persistentvolume "my-pv02" deleted

删除PV，然后我们会发现其hold住了，然后我们另开一个终端查看PV和PVC的状态：

[root@master ~]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS        CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE                           42m
my-pv02   1Gi        RWO            Recycle          Terminating   default/pvc-test2                           6m37s                         18h
[root@master ~]# kubectl get pvc
NAME        STATUS   VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-test2   Bound    my-pv02   1Gi        RWO                           18m

我们发现PVC依然是Bound状态，而PV已经变为Terminating了，这时候如果我们把PVC删除了，其PV也不在了，如下：

[root@master volume]# kubectl delete pvc pvc-test2
persistentvolumeclaim "pvc-test2" deleted
[root@master ~]# kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv01   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/pvc-test                            50m
pv01      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-0                           18h
pv02      1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/www-web-1                           18h

如果我们的Pod没有挂载PVC，我们先删PVC，再删PV就会一下全部删除了。

注意：
（1）、如果我们的PVC需求的容量大于PV的可用容量，绑定是不会成功的；
（2）、如果我们的PVC需求的容量小于PV的可用容量，绑定的容量是PV的可用容量；

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