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kubernetes-PV与PVC

news 来源：原创 2024/7/7 22:28:41

一、PV和PVC详解

        当前，存储的方式和种类有很多，并且各种存储的参数也需要非常专业的技术人员才能够了解。在Kubernetes集群中，放了方便我们的使用和管理，Kubernetes提出了PV和PVC的概念，这样Kubernetes集群的管理人员就可以将注意力集中到Kubernetes集群中来，而无需操心后端的存储设备。

pv : 相当于磁盘分区
 
pvc: 相当于磁盘请求

PersistentVolumeClaim（PVC）是用户存储的请求

PVC的使用逻辑：在pod中定义一个存储卷（该存储卷类型为PVC），
定义的时候直接指定大小，pvc必须与对应的pv建立关系，
pvc会根据定义去pv申请，而pv是由存储空间创建出来的。
pv和pvc是kubernetes抽象出来的一种存储资源。

  • PV : 持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象
  • PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷请求于存储需求的一种声明(PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。)

        从上图可以看出，底层的存储可以使各种类型，包括NFS、Ceph、CIFS等等，而Kubernetes会把这些存储统一抽象为PV。PV，即Persistent Volume，是集群中配置的存储资源。PVC，即Persistent Volume Claim，是用户存储的请求，通常我们在一个Pod中定义一个存储卷，定义的时候会指定该存储卷的相关信息，比如空间大小、可读可写等属性。但是PVC并不是真正的存储空间，Pod的PVC和PV之间必须建立某种联系，这样才能使得Pod可以调用实际存储空间。

apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应
  capacity:  # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
    storage: 2Gi
  accessModes:  # 访问模式
  storageClassName: # 存储类别
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：

存储：存储工程师维护
PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护

二、PV和PVC生命周期

实际上，不管是PV，还是PVC，都遵循以下生命周期：

Provisioning（配置）---> Binding（绑定）---> Using（使用）---> Releasing（释放） ---> Recycling（回收）

2.1 Provisioning  配置

        Provisioning，即配置阶段。一般而言，PV的提供方式有两种——静态和动态。
        所谓静态提供，就是Kubernetes管理员创建多个PV，这些PV的存储空间等属性已经确定，并且已经和真实的存储设备进行了关联。Pod中的PVC可以根据需要请求这些PV。
        所谓动态提供，需要依托与StorageClass的支持，这时Kubernetes会尝试为PVC来动态的创建PV。这样做的好处是避免出现这种情况：部分PVC被分配给了远远超出其资源需求的PV、或者说系统存在很多资源较少的PV，但是一个资源需求很高的PVC缺无法被满足的情况。

2.2 Binding 结合

        在动态配置的情况下，用户创建或者已经创建了具有特定数量的PVC后，PVC与PV绑定的过程。
        如果没有满足PVC请求需求的PV，那么PVC将无法被创建，因此造成的结果就是相应的Pod也不会被创建。

2.3 Using 使用

        即PVC与PC绑定后，Pod对存储空间的使用过程。

2.4 Releasing 释放

        当Pod被删除或者对该PV的资源使用结束后，Kubernetes就会删除该PVC对象，相应的也会回收PV资源，这时的PV就会处于这种状态。但是此时的PV还需要处理完毕之前的Pod在该存储卷上存储信息后才能够被使用。

2.5 Reclaiming 处理中

        PV的回收策略对被释放的PV的处理过程。

2.6 Recycling 循环

        根据配置，有时PV会被执行擦除操作，删除掉该存储空间上的所有信息，并且该存储资源也可以被再次使用。

三、访问模式

3.1 PV的访问模式（accessmodes）

模式翻译

ReadWriteOnce

（RWO）

可读可写，但只支持被单个节点挂载。

ReadOnlyMany

(ROX)

只读，可以被多个节点挂载。

ReadWriteMany

(RWX)

多路可读可写。这种存储可以以读写的方式被多个节点共享。不是每一种存储都支持这三种方式，像共享方式，目前支持的还比较少，比较常用的是 NFS。在PVC绑定PV时通常根据两个条件来绑定，一个是存储的大小，另一个就是访问模式。

3.2 PV的回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

策略解释
retain不清理,保留Volume (需要手动清理)
Recycle删除数据，即rm -rf /thevolumel*(只有NFS和HostPath支持)
Delete删除存储资源，比如删除AWS EBS卷(只有AWS EBS,GCE PD,Azure Disk和Cinder支持)

3.3 pv的状态

状态解释
Available可用
Bound已经分配给PVC
ReleasedPVC解绑但还未执行回收策略
Failed发生错误

四、实验验证

4.1 安装nfs

# 1、创建目录
[root@k8s ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv
 chmod 777 /data/volumes


# 2、暴露服务
[root@k8s ~]# vim /etc/exports
/root/data/pv1  192.168.223.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/root/data/pv2  192.168.223.0/24(rw,sync,no_root_squash)
/root/data/pv3  192.168.223.0/24(rw,sync,no_root_squash)
 
# 3、重启服务
[root@k8s ~]#  systemctl restart nfs

//master节点操作

vim pod-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      nfs:
        path: /data/volumes
        server: stor01（主机名）

4.2 验证nfs持久化存储

//在nfs服务器上创建index.html
cd /data/volumes
vim index.html
<h1> nfs stor01</h1>

//master节点操作
curl 10.244.2.38
<h1> nfs stor01</h1>

kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml   #删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml


nas gfs  ceph san
 

可以实现持久化存储，使用nfs将存储设别空间挂载到容器中，pod可以跨node节点共享数据

4.3 NFS使用PV和PVC 

PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件

4.3.1、配置nfs存储
 

//NFS使用PV和PVC  
1、配置nfs存储
mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)

exportfs -arv

showmount -e
 

4.3.2 定义PV

//这里定义5个PV，并且定义挂载的路径以及访问模式，还有PV划分的大小。
vim pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv001
  labels:
    name: pv001
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v1  

    server: stor01                                                                                                                                                                                        
    
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv002
  labels:
    name: pv002
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v2
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv003
  labels:
    name: pv003
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v3
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv004
  labels:
    name: pv004
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v4
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv005
  labels:
    name: pv005
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v5
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 5Gi

kubectl apply -f pv-demo.yaml

kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM     STORAGECLASS   REASON    AGE
pv001     1Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                      7s
pv002     2Gi        RWO            Retain           Available                                      7s
pv003     2Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                      7s
pv004     4Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                      7s
pv005     5Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                       7s
 

4.3.3 定义PVC

//这里定义了pvc的访问模式为多路读写，该访问模式必须在前面pv定义的访问模式之中。定义PVC申请的大小为2Gi，此时PVC会自动去匹配多路读写且大小为2Gi的PV，匹配成功获取PVC的状态即为Bound
vim pod-vol-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
  namespace: default
spec:
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-pvc
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: soscscs/myapp:v1   
  volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: html
      persistentVolumeClaim:
        claimName: mypvc


kubectl apply -f pod-vol-pvc.yaml

kubectl get pv
NAME      CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           STORAGECLASS   REASON    AGE
pv001     1Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                            19m
pv002     2Gi        RWO            Retain           Available                                            19m
pv003     2Gi        RWO,RWX        Retain           Bound       default/mypvc                            19m
pv004     4Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                            19m
pv005     5Gi        RWO,RWX        Retain           Available                                            19m

kubectl get pvc
NAME      STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
mypvc     Bound     pv003     2Gi        RWO,RWX                       22s

4.3.4 测试访问

//在存储服务器上创建index.html，并写入数据，通过访问Pod进行查看，可以获取到相应的页面。
cd /data/volumes/v3/
echo "welcome to use pv3" > index.html

kubectl get pods -o wide
pod-vol-pvc             1/1       Running   0          3m        10.244.2.39   k8s-node02

curl  10.244.2.39
welcome to use pv3

4.4 

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