k8sday13数据存储(1.5/2)

目录

二、高级核心存储

1、PV

1.1配置文件

①、访问模式（accessModes）

②、回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

③、存储类别

④、状态（Status）

1.2创建测试

①、准备NFS环境

②、创建PV

③、验证

2、PVC

1.1配置文件

1.2绑定引用测试

①、创建PVC

②、测试绑定

③、创建Pod准备测试

④、测试链路打通

3、注意事项

PV和PVC未绑定检查步骤

1、容量（Capacity）

2、访问模式（AccessModes）

3、可用状态（Status）

4、StorageClassName 必须完全一致

4、生命周期

①、资源供应

②、资源绑定

③、资源使用

④、资源释放

⑤、资源回收

5、补充动态供给

二、高级核心存储

​ 之前学过NFS提供存储配置，我们知道要进行存储数据要求用户会自己搭建NFS服务器，会在YAML文件中配置NFS，这显然对于用户来说，要求过高，而且k8s支持的存储系统类型多，要求用户熟知每个存储系统那是不现实的，所以k8s提出高级核心存储的概念（主要包含PV和PVC），二者通过连接绑定，最终实现用户只需要提出Pod的存储要求，而其底层实现由对应的管理员实现。如图：

1、PV

集群级资源，独立于 Pod 生命周期。可由管理员静态提前创建，也可通过 StorageClass 让系统自动动态供给。

1.1配置文件

以下给出一个NFS 类型的 PV 示例，供集群管理员提前“静态”创建，

  # persistent-volume-nfs.yaml# 应用侧只需在 PVC 中声明相同 storageClassName 即可绑定。apiVersion: v1kind: PersistentVolume        # 声明资源类型是 PVmetadata:name: pv-nfs-share          # PV 对象在集群中的名称，可自定义# 由于 PV 是集群级资源，所以没有 namespace 的概念labels:app: nfs-pv-demo          # 可按需添加 label，方便选择器匹配spec:capacity:storage: 2Gi              # 声明的容量，PVC 申请量需 ≤ 该值accessModes:                # 访问模式- ReadWriteMany           # 允许多节点同时读写persistentVolumeReclaimPolicy: Retain     # 回收策略storageClassName: nfs-slow  # 必须与下方对应 PVC 的 storageClassName 一致mountOptions:- nfsvers=4.1             # 挂载参数，按需调整- noatimenfs:                        # 存储类型server: 192.168.10.5      # NFS 服务器 IP 或域名path: /data/nfs/share     # NFS 导出的共享目录
①、访问模式（accessModes）

用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：

  • ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载

  • ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可以被多个节点挂载

  • ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载

需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同

②、回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

当 PV 不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：

  • Retain（保留）：PVC 删除后仅解除绑定，数据仍在，需要管理员手工清理数据

  • Recycle（回收）：清除 PV 中的数据，已废弃，不推荐使用

  • Delete（删除）：与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务

需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同

③、存储类别

PV可通过storageClassName参数指定一个存储类别

  • 具有了特定类别的PV只能与请求了改特定类别的PVC绑定

  • 没有指定类别的PV只能与不请求任何类别的PVC绑定

④、状态（Status）

一个PV的生命周期内，可能会有4个状态阶段：

  • Available（可用）：未被任何PVC绑定

  • Bound（已绑定）：PV已经和PVC绑定

  • Released（已释放）：PV和PVC已解绑，PVC被删除，但是资源未被集群重新声明

  • Failed（失败）：PV自动回收失败

1.2创建测试
①、准备NFS环境
  # 获取已有节点，找到control-plane容器记下输出容器内 IP（ INTERNAL-IP ）例如 172.18.0.4 kubectl get node -o wide​# 进入控制面（control-plane）容器docker exec -it my-multi-node-cluster1-control-plane bash​# ---- 容器内执行 ------# 更新并安装NFS服务（如果你已经安装过了就不用这一步了）apt update && apt install -y nfs-kernel-server​# 创建共享目录mkdir /tmp/logs/{pv1,pv2,pv3} -pv# 把共享目录权限改成 “任何人可读可写可执行”chmod 777 /tmp/logs# 向 /etc/exports 追加一行 导出规则# 当然也可以手动进入 /etc/exports 然后编辑添加规则# 建议使用精准的网络白名单# 如172.18.0.0/24 只允许这一网段访问；写成 * 就是全网放通，风险高echo "/tmp/logs 172.18.0.0/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" > /etc/exports# 重新加载 /etc/exports 并立即生效exportfs -rav # 重启 NFS 服务进程systemctl restart nfs-kernel-server# 如果不可用systemctl，可改为：service nfs-kernel-server restart​# 退出控制面容器exit
②、创建PV
  # pv-nfs.yamlapiVersion: v1kind: PersistentVolume        # 声明资源类型是 PVmetadata:name: pv1-nfs               # PV 对象在集群中的名称，可自定义# 由于 PV 是集群级资源，所以没有 namespace 的概念labels:app: pv1          # 可按需添加 label，方便选择器匹配spec:capacity:storage: 1Gi              # 声明的容量，PVC 申请量需 ≤ 该值accessModes:                # 访问模式- ReadWriteMany           # 允许多节点同时读写persistentVolumeReclaimPolicy: Retain     # 回收策略nfs:                        # 存储类型server: 172.18.0.4        # NFS 服务器 IP 或域名path: /tmp/logs/pv1       # NFS 导出的共享目录storageClassName: nfs-static         # 存储类别---​apiVersion: v1kind: PersistentVolume        # 声明资源类型是 PVmetadata:name: pv2-nfs               # PV 对象在集群中的名称，可自定义# 由于 PV 是集群级资源，所以没有 namespace 的概念labels:app: pv2          # 可按需添加 label，方便选择器匹配spec:capacity:storage: 2Gi              # 声明的容量，PVC 申请量需 ≤ 该值accessModes:                # 访问模式- ReadWriteMany           # 允许多节点同时读写persistentVolumeReclaimPolicy: Retain     # 回收策略nfs:                        # 存储类型server: 172.18.0.4        # NFS 服务器 IP 或域名path: /tmp/logs/pv2       # NFS 导出的共享目录storageClassName: nfs-static         # 存储类别---​apiVersion: v1kind: PersistentVolume        # 声明资源类型是 PVmetadata:name: pv3-nfs               # PV 对象在集群中的名称，可自定义# 由于 PV 是集群级资源，所以没有 namespace 的概念labels:app: pv3         # 可按需添加 label，方便选择器匹配spec:capacity:storage: 3Gi              # 声明的容量，PVC 申请量需 ≤ 该值accessModes:                # 访问模式- ReadWriteMany           # 允许多节点同时读写persistentVolumeReclaimPolicy: Retain     # 回收策略nfs:                        # 存储类型server: 172.18.0.4        # NFS 服务器 IP 或域名path: /tmp/logs/pv3       # NFS 导出的共享目录storageClassName: nfs-static         # 存储类别
③、验证
  # 创建PVkubectl create -f pv-nfs.yaml​# 查看PVkubectl get pv -o wide

2、PVC

命名空间级资源，由用户/应用开发者创建。Kubernetes 的调度器负责把合适的 PV 绑定到这个 PVC 上。Pod 通过挂载 PVC，从而间接使用 PV。

1.1配置文件
  # PVC 示例# 功能：向集群申请一块 3 GiB 的 NFS 存储，用于 Pod 挂载apiVersion: v1kind: PersistentVolumeClaim # 声明资源类型是 PVCmetadata:name: pvc-logs            # PVC 在集群里的名字，Pod 通过这个名字引用namespace: default        # PVC 是命名空间级资源，按需改成自己的 nsspec:accessModes:- ReadWriteMany         # 必须与目标 PV 的 accessModes 完全一致resources:                # 请求空间requests:storage: 3Gi          # 申请的容量。只要 ≤ PV 的 capacity.storage 即可storageClassName: nfs-rwo # 存储类别# 1. 如果集群里给 NFS 手动创建的 PV 写了 storageClassName: nfs-rwo，#    这里就要写同样的值，才能匹配到该 PV（静态绑定）。# 2. 如果想走动态供给（StorageClass + NFS provisioner），#    则 storageClassName 指向对应的 StorageClass 名称即可；#    留空或写 "" 会落到集群的「默认 StorageClass」。# volumeName: pv-nfs-001  # 可选字段，强制绑定到某一台特定 PV# 写死后即使其他 PV 更匹配也不会变，一般不建议用# selector:               # 可选，用 label 做更灵活的选择#   matchLabels:#     app: nfs-pv-demo

PVC的存储类别、访问模式、回收策略都与PV相同

1.2绑定引用测试
①、创建PVC
 # pvc-nfs.yamlapiVersion: v1kind: PersistentVolumeClaim # 声明资源类型是 PVCmetadata:name: pvc1-nfs            # PVC 在集群里的名字，Pod 通过这个名字引用namespace: default        # PVC 是命名空间级资源，按需改成自己的 nsspec:accessModes:- ReadWriteMany         # 必须与目标 PV 的 accessModes 完全一致resources:                # 请求空间requests:storage: 1Gi          # 申请的容量。只要 ≤ PV 的 capacity.storage 即可storageClassName: nfs-static         # 存储类别---​apiVersion: v1kind: PersistentVolumeClaim # 声明资源类型是 PVCmetadata:name: pvc2-nfs            # PVC 在集群里的名字，Pod 通过这个名字引用namespace: default        # PVC 是命名空间级资源，按需改成自己的 nsspec:accessModes:- ReadWriteMany         # 必须与目标 PV 的 accessModes 完全一致resources:                # 请求空间requests:storage: 1Gi          # 申请的容量。只要 ≤ PV 的 capacity.storage 即可storageClassName: nfs-static         # 存储类别---​apiVersion: v1kind: PersistentVolumeClaim # 声明资源类型是 PVCmetadata:name: pvc3-nfs            # PVC 在集群里的名字，Pod 通过这个名字引用namespace: default        # PVC 是命名空间级资源，按需改成自己的 nsspec:accessModes:- ReadWriteMany         # 必须与目标 PV 的 accessModes 完全一致resources:                # 请求空间requests:storage: 4Gi          # 申请的容量。只要 ≤ PV 的 capacity.storage 即可# 当前第三个pvc的申请容量，超过所有pv的容量，所以无法绑定storageClassName: nfs-static         # 存储类别
②、测试绑定
  # 创建PVCkubectl create -f pvc-nfs.yaml​# 查看PVCkubectl get pvc -o wide# 查看PV绑定情况kubectl get pv -o wide

如图：

③、创建Pod准备测试
  # 提供一个 Pod 准备进行 PVC → PV → NFS 链路打通测试apiVersion: v1kind: Podmetadata:name: test-pvc-mount        # Pod 名称，可随意改spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.24.0ports:- containerPort: 80volumeMounts:- name: html              # 与 volumes.name 对应mountPath: /usr/share/nginx/html   # 容器内挂载点volumes:- name: htmlpersistentVolumeClaim:claimName: pvc1-nfs     # 必须和已存在的 PVC 名字一致restartPolicy: Never        # 测试用，跑完即停；生产可用 Always
④、测试链路打通
  # 1. 应用文件，部署 Podkubectl apply -f pod-test-pvc.yaml​# 2. 验证部署成功kubectl get pod test-pvc-mount -w​# 3. 进入 Pod 写文件kubectl exec -it test-pvc-mount -- sh -c 'echo "hello from pod" > /usr/share/nginx/html/index.html'​# 4. 在 NFS 服务器或任何节点验证# 注意 my-multi-node-cluster1-control-plane 是我的 NFS 服务器名称，记得改为你自己的docker exec -it my-multi-node-cluster1-control-plane bashcat /tmp/logs/pv1/index.html# 应输出：hello from pod​# 5. 清理kubectl delete -f pod-test-pvc.yaml

测试结果如下：

说明PVC → PV → NFS 链路打通，用户对于 Pod 的数据操作，实际存储在了与 Pod 连接的 PV，与 PV 绑定的 PVC 的存储系统之中，即 ：用户→Pod→ PVC → PV → NFS（底层存储系统）

3、注意事项

PV和PVC未绑定检查步骤
1、容量（Capacity）

PVC 申请的 storage 必须 ≤ PV 声明的 capacity.storage，否则不会绑定。

  kubectl get pv,pvc -o wide
2、访问模式（AccessModes）

PVC 的 accessModes 必须是 PV 声明的访问模式的子集。例：PV 只有 RWO，PVC 却要求 RWX，就会一直 Pending。

  kubectl describe pvc <pvc-name>
3、可用状态（Status）

PV 必须是 Available；如果已被别的 PVC 绑走，就会是 Bound。• 若 PV 是 Released（前一个 PVC 被删但 reclaimPolicy=Retain），需要手动把它重新设为 Available：

4、StorageClassName 必须完全一致

• 如果 PV 写了 storageClassName: nfs-rwo，PVC 必须也写 storageClassName: nfs-rwo。• 如果 PV 的 storageClassName: ""（空串），PVC 也必须写 storageClassName: ""，不能省略。

  kubectl get pv <pv-name> -o jsonpath='{.spec.storageClassName}'kubectl get pvc <pvc-name> -o jsonpath='{.spec.storageClassName}'
资源YAML 里 不写 storageClassName 字段时，实际值说明
PV""（空字符串）明确等于空串，不会被当成任何 StorageClass，只能与同样为 "" 的 PVC 匹配。
PVC集群中 标记为 default 的 StorageClass（通常是 standard）如果集群设置了 default StorageClass，PVC 会自动填上它的名字；如果没有 default，则也为 ""。

  • PVC 没写 ⇒ 自动落到 standard

  • PV 也没写 ⇒ 等于 ""（空串）

    可能会导致二者无法匹配绑定

4、生命周期

PV和PVC遵循类似的生命周期：

①、资源供应

  • PV已创建，未绑定待使用

②、资源绑定

  • PV和对应的PVC绑定，如果找不到应绑定的PV，PVC会一直处于Pending状态，一旦绑定，PVC独占PV

③、资源使用

  • Pod使用PVC

④、资源释放

  • PVC使用完PV后，释放PV，PV处于Released状态

⑤、资源回收

  • 通过提前设定的回收策略回收PV，只有PV存储空间回收完成，才能提供给新的PVC绑定

5、补充动态供给

上方所讲的是静态供给策略，用户将需要的资源要求发送给PVC来进行PV的匹配，如果有符合的就绑定，没有就不绑定，如用户要2.88GI，现在有的PV只有3GI且没有和其他的PVC绑定，这个3GI的PV就会和2.88GI的PVC绑定，但是如果这时候又有用户要0.18GI,当前没有和他匹配的PV，就不会进行绑定。

​ 现在所讲的动态供给策略就是对静态供给的一种优化，因为静态补给是我们管理员已经提前创建好了PV，但不一定是用户所需要的，所以可能导致PV和PVC不绑定，即使满足绑定要求，也不一定是最好的，如3GI的PV和2.88GI的PVC绑定。而动态供给是用户提出需求给PVC，PVC和云供应商在集群内的抽象（存储类）沟通，这时候按照请求来“定制”一个PV，使之绑定。

精简总结：静态PV是管理员提前创建好的，动态PV是等提出需求后按照需求创建的

StorageClass 是 Kubernetes 用来 “抽象并自动化持久存储供给（Provisioning）” 的一组对象。一句话：告诉集群“我需要什么类型、什么性能、多少副本的存储”，集群就按这个模板自动给你创建 PV。

存储类核心功能说明
动态供给PVC（PersistentVolumeClaim）一旦声明 StorageClass，集群会自动创建匹配的 PV，无需管理员手工建 PV。
参数模板存储类型、IOPS、副本数、加密、磁盘格式等全部写在 StorageClass 里，PVC 只需引用名字。
回收策略可指定 PV 释放后 Delete / Retain / Recycle 的行为。

提供一个简单StorageClass的示例：

  apiVersion: storage.k8s.io/v1kind: StorageClassmetadata:name: sc-test                      # PVC 通过这个名字引用（可自定义）provisioner: kubernetes.io/aws-ebs   # 底层存储驱动parameters:type: gp3                          # AWS EBS 的 gp3 SSDiops: "3000"encrypted: "true"reclaimPolicy: Delete                # PVC 删除后自动回收 EBS

常见命令：

  # 查看集群有哪些 StorageClasskubectl get sc​# 查看详情kubectl describe sc <你的存储类名称>​# 设置默认 StorageClasskubectl patch sc fast-ssd -p '{"metadata":{"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"true"}}}'
常见云厂商provisioner 示例
AWSkubernetes.io/aws-ebs
GCPkubernetes.io/gce-pd
Azurekubernetes.io/azure-disk / azurefile
阿里云diskplugin.csi.alibabacloud.com
腾讯云com.tencent.cloud.csi.cbs
本地rancher.io/local-path, openebs.io/local, rook-ceph.rbd.csi.ceph.com …

想使用动态供给还需要我们完成k8s集群安全机制的学习，进行授权管理等等，所以现在就不演示

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