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k8s pv(PersistentVolume) 状态含义

news 来源：原创 2024/9/28 10:05:43

一、PV 状态含义

在Kubernetes中，PersistentVolume（PV）有几种不同的状态，这些状态反映了PV的生命周期和可用性。以下是主要的PV状态及其含义：

Available: 表示该PV尚未被任何PersistentVolumeClaim (PVC)绑定，且可供使用。Kubernetes的存储类机制可能会自动将具有此状态的PV绑定到合适的PVC上，尤其是当PVC请求与PV的存储类相匹配时。
Bound: 当PV被成功绑定到一个PVC上时，其状态变为Bound。这意味着PV现在专属于那个PVC，直到PVC被删除或释放。绑定后，Pod可以通过PVC访问PV提供的存储。
Released: 当与PV绑定的PVC被删除，但PV的回收策略（Reclaim Policy）设置为Retain时，PV会进入Released状态。此时，PV虽然不再被任何PVC引用，但其上的数据会被保留，等待手动回收或重新绑定。
Failed: 如果在PV的生命周期中发生了某些错误，如自动绑定失败等，PV可能会进入Failed状态。
Pending: 在某些情况下，如PV正等待与其他系统资源（如存储插件）的交互完成，或者等待满足特定条件（如标签选择器匹配），PV可能会处于Pending状态。这表明PV当前还不能被使用。
Terminating: 当PV的回收策略设置为Delete，并且开始执行删除流程时，PV会进入Terminating状态。这表示PV正在被Kubernetes系统清理，但尚未完全删除。

二、存储类 StorageClass(sc)

在Kubernetes中，存储类（StorageClass）是一个核心概念，用于描述存储的类型、特性和动态供应策略。它是Kubernetes存储资源模型的一个重要组成部分，旨在提供存储资源的自动化和灵活管理，特别是在有状态应用的部署中。

2.1、存储类种类

通用型（General Purpose）: 这是最基础的存储类型，适用于大部分工作负载，平衡了成本和性能。例如，EBS（Amazon Web Services的 Elastic Block Store）中的gp2就常被用作通用存储类。

高性能（High Performance）: 专为需要快速读写速度和低延迟的应用设计，通常基于SSD等高性能介质。AWS EBS的io1或者GCP的pd-ssd就是高性能存储类的例子。

低成本（Low Cost）: 侧重于成本效益，可能牺牲一定的性能，适合对I/O要求不高的应用场景。例如，使用旋转硬盘（HDD）的存储类，如AWS EBS的sc1或GCP的pd-standard。

本地存储（Local Storage）: 利用节点上的直接附加存储（如NVMe SSD或HDD），提供高性能和低延迟，但不提供跨节点的持久性。Kubernetes中有如local-storage这样的存储类示例。

只读（ReadOnly）: 特殊用途的存储类，用于挂载只读数据，如镜像或者不可更改的参考数据。这可能涉及到特定的存储后端配置，以确保数据不可写。

加密存储（Encrypted）: 提供加密功能的存储类，确保数据在静止状态下也是安全的。大多数云提供商支持配置加密的存储类。

2.2、动态卷供应器

Kubernetes的动态卷供应器(Dynamic Volume Provisioner)是一个核心功能，它允许**自动创建和管理PersistentVolumes(PV)**以响应PersistentVolumeClaims(PVC)的需求。这简化了存储资源的管理和配置，特别是在有状态应用的部署场景下，无需手动创建和管理PV。动态供应器根据存储类(StorageClass)的定义，与云提供商或其他存储后端集成，按需供应存储资源。

动态卷供应器的工作原理

用户请求: 用户通过创建PVC来请求存储资源，PVC中可以指定所需存储类的名称。
存储类匹配: Kubernetes检查PVC中指定的存储类，寻找与之匹配的存储类配置。
动态供应: 一旦找到匹配的存储类，且该类配置为动态供应，Kubernetes就会调用相应的动态供应器插件。
资源创建: 动态供应器插件根据存储类的参数和限制，向底层存储系统（如云存储服务、本地磁盘阵列等）发出请求，创建相应的存储资源。
PV注册: 创建完成后，动态供应器会在Kubernetes集群中注册一个新的PV，并将其绑定到原始的PVC上，完成存储资源的供应过程。

常见动态卷供应器
AWS EBS: 为Amazon Web Services的Elastic Block Store(EBS)提供动态供应支持，可以按需创建GP2、IO1、ST1、SC1等不同类型的EBS卷。

Google Persistent Disk (GPD): 与Google Cloud Platform的Persistent Disk集成，支持多种磁盘类型，如SSD（pd-ssd）、标准硬盘（pd-standard）等。

Azure Disk: 针对Microsoft Azure的托管磁盘服务，允许动态创建Premium SSD、Standard SSD和Standard HDD等磁盘。

OpenStack Cinder: 为OpenStack环境中的Cinder块存储提供动态供应能力。

Local Volume Provisioner: 支持在Kubernetes节点上的本地磁盘上动态供应存储，适用于需要高性能或成本效益的场景，但不提供跨节点的高可用性。

Rook: Rook是一个开源存储编排平台，特别为Ceph分布式存储系统设计了动态供应器，允许在Kubernetes中无缝集成和管理Ceph存储。

Longhorn: 一个轻量级、云原生的分布式块存储解决方案，提供了Kubernetes的动态卷供应能力。

配置示例：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: nfs-storage
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
parameters:archiveOnDelete: "false"

三、pv 回收策略

在Kubernetes（k8s）中，PersistentVolume (PV) 的回收策略定义了当与之关联的 PersistentVolumeClaim (PVC) 被删除时，PV 应该如何处理。回收策略是存储类（StorageClass）定义中的一个关键属性，影响着存储资源的生命周期管理。Kubernetes支持三种基本的PV回收策略：

1. Retain（保留）

描述：当PVC被删除时，PV的回收策略为Retain，则PV不会被Kubernetes自动回收或删除。其状态会变为Released，意味着PV不再被任何PVC绑定，但仍然存在于集群中，并且保留其上的数据。
使用场景：适合于那些希望手动管理PV生命周期和数据的场景，或者计划将来重新使用相同PV的情况。

2. Recycle（回收）【已废弃】

描述：该策略曾经用于清理PV上的数据以便重用，但在Kubernetes v1.7之后已被废弃，不再推荐使用，因为它不安全且功能有限，无法处理非空目录或特定于卷插件的数据。
注意：尽管仍可能在一些较旧的文档或遗留集群中见到，但现代实践中不应使用Recycle策略。

3. Delete（删除）

描述：当PVC被删除，且PV的回收策略设置为Delete时，Kubernetes会自动删除对应的PV。如果PV是动态供应的（即通过动态卷供应器创建的），这通常意味着底层的存储资源也会被云提供商或存储系统清理。
使用场景：适用于大多数动态供应的存储场景，特别是当不需要保留数据，或数据有其他备份方案时。这是最常用的回收策略，因为它简化了资源管理，避免了资源泄漏。

配置回收策略

回收策略通常在创建StorageClass时指定，并通过.spec.reclaimPolicy字段设置。例如，创建一个回收策略为Delete的StorageClass的YAML片段如下：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: fast
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:type: gp2
reclaimPolicy: Delete

四、直接附加存储(Direct Attached Storage, DAS)

Linux下的直接附加存储(Direct Attached Storage, DAS)是一种传统的存储架构，其中存储设备（如硬盘驱动器、固态硬盘）直接连接到单一的计算机或服务器上，而不是通过网络共享。这种存储方式在Linux系统中广泛应用于各种场景，从个人电脑到企业级服务器均有应用。DAS的特点和组件包括：

特点

性能：由于数据直接在服务器内部或通过高速接口（如SATA、SAS、PCIe NVMe）传输，DAS往往能提供较低的延迟和较高的吞吐量，适合I/O密集型应用。
成本：相较于网络存储解决方案（如NAS或SAN），DAS的初始成本可能更低，因为不需要复杂的网络存储硬件和软件。
简易性：配置和管理相对简单，通常只需要操作系统层面的设置，无需复杂的网络存储配置。
扩展性限制：DAS直接与单个主机相连，因此扩展存储容量或共享存储资源较为困难，限制了其在大规模或高可用性环境中的应用。

组件

硬盘驱动器：传统机械硬盘(HDD)或固态硬盘(SSD)是最基本的存储媒介。
控制器：如SATA、SAS控制器或主板集成的控制器，管理硬盘与系统的通信。
接口：如SATA、SAS、USB、Thunderbolt、PCIe等，用于物理连接存储设备。
RAID控制器（可选）：用于配置硬盘为RAID阵列，提高数据冗余或性能。
Linux内核存储子系统：管理存储设备的识别、配置和访问，如使用/dev/sd*、/dev/nvme*等设备文件。

应用场景

个人电脑和工作站：直接使用内置硬盘或通过USB、Thunderbolt外接硬盘。
小型服务器：作为操作系统或应用程序的存储，特别是在不需要共享存储的场景。
数据库服务器：对于一些对I/O性能要求极高的应用，直接附加高性能SSD可以提供最优性能。
备份和归档：作为离线备份或长期数据存储的解决方案。

参考文档

1、https://blog.csdn.net/Tiger_lin1/article/details/132545249
2、https://www.cnblogs.com/rdchenxi/p/17113820.html
3、https://www.cnblogs.com/bitepeng/p/4142676.html
4、https://cloud.tencent.com/developer/techpedia/1594
4、https://developer.aliyun.com/article/1556480