大白话说明白K8S的PV / PVC / StorageClass(理论+实践)

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本文主要通过大白话说明白PV、PVC的概念和原理,再说说StorageClass的作用,最后通过实践加深理解。

先来个 一句话总结 :PV、PVC是K8S用来做存储管理的资源对象,它们让存储资源的使用变得 可控 ,从而保障系统的稳定性、可靠性。StorageClass则是为了减少人工的工作量而去***自动化创建***PV的组件。所有Pod使用存储只有一个原则:先规划后申请再使用

一、理论

1、PV概念

PV是对K8S存储资源的抽象,PV一般由运维人员创建和配置,供容器申请使用。

没有PV之前,服务器的磁盘没有分区的概念,有了PV之后,相当于通过PV对服务器的磁盘进行分区。

2、PVC概念

PVC 是Pod对存储资源的一个申请,主要包括存储空间申请、访问模式等。创建PV后,Pod就可以通过PVC向PV申请磁盘空间了。类似于某个应用程序向操作系统的D盘申请1G的使用空间。

PVC 创建成功之后,Pod 就可以以存储卷(Volume)的方式使用 PVC 的存储资源了。Pod 在使用 PVC 时必须与PVC在同一个Namespace下。

3、PV / PVC的关系

PV相当于对磁盘的分区,PVC相当于APP(应用程序)向某个分区申请多少空间。比如说安装WPS程序时,一般会告知我们安装它需要多少存储空间,让你选择在某个磁盘下安装。如果将来某个分区磁盘满了,也不会影响别的分区磁盘的使用。

一旦 PV 与PVC绑定,Pod就可以使用这个 PVC 了。如果在系统中没有满足 PVC 要求的 PV,PVC则一直处于 Pending 状态,直到系统里产生了一个合适的 PV。

4、StorageClass概念

K8S有两种存储资源的供应模式:静态模式和动态模式,资源供应的最终目的就是将适合的PV与PVC绑定:

  • 静态模式:管理员预先创建许多各种各样的PV,等待PVC申请使用。
  • 动态模式:管理员无须预先创建PV,而是通过StorageClass自动完成PV的创建以及与PVC的绑定。

StorageClass就是动态模式,根据PVC的需求动态创建合适的PV资源,从而实现存储卷的按需创建。

一般某个商业性的应用程序,会用到大量的Pod,如果每个Pod都需要使用存储资源,那么就需要人工时不时的去创建PV,这也是个麻烦事儿。解决方法就是使用动态模式:当Pod通过PVC申请存储资源时,直接通过StorageClass去动态的创建对应大小的PV,然后与PVC绑定,所以基本上PV → PVC是一对一的关系。

5、Provisioner概念

在创建 PVC 时需要指定 StorageClass,PVC 选择到对应的StorageClass后,与其关联的 Provisioner 组件来动态创建 PV 资源。

那Provisioner是个啥呢?其实就一个存储驱动,类似操作系统里的磁盘驱动。

StorageClass 资源对象的定义主要包括:名称、Provisioner、存储的相关参数配置、回收策略。StorageClass一旦被创建,则无法修改,只能删除重新创建。

PV和PVC的生命周期,包括4个阶段:资源供应(Provisioning)、资源绑定(Binding)、资源使用(Using)、资源回收(Reclaiming)。首先旧的有资源供应,说白了就是得有存储驱动,然后才能创建、绑定和使用、回收。

6、使用PV / PVC前后对比

6.1、通过描述对比

在没有使用PV、PVC之前,各个Pod都可以任意的向存储资源里(比如NFS)写数据,随便一个Pod都可以往磁盘上插一杠子,长期下去磁盘的管理会越来越混乱,然后导致数据使用超限,磁盘爆掉,最后导致磁盘上的所有应用全部挂掉。

为了解决这个问题,引入了PV、PVC的概念,达到限制Pod写入存储数据大小的目的,从而更好地保障了系统的可用性、稳定性。

有了PVC、PV之后,所有Pod使用存储资源,保持一个原则:先规划 → 后申请 → 再使用。

那你肯定有一个 疑问 ,“StorageClass是自动化创建PV,跟原本的无序不可控是一样的效果啊,都可以随便占用存储资源啊”。

其实不然,使用StorageClass只是自动化了创建PV的流程,但依旧执行的是一个存储可控的流程。每个Pod使用多少存储空间是固定的,Pod没有办法超额使用存储空间,更不会影响到别的应用,要出故障也只是某个Pod自己出故障。

6.2、通过图片对比

没有使用PV、PVC之前的情况,如下面2张图:

有了PV、PVC之后的情况,如下图:

二、实践

在实践PV、PVC、StorageClass之前,需要读者朋友自行安装NFS服务器。文中演示的内容是通过yaml编排自动到NFS服务器起上创建PV。

1、Pod使用PV、PVC挂载存储卷

1.1、编排PV、PVC、Pod挂载PVC

文中演示的是:Pod的某个目录挂载到NFS的某个目录下。使用了nginx镜像,将html文件写在PV所在的NFS服务器上,最终可以看到利用PV / PVC 成功挂载上去了。

yaml文件如下:

# PV编排
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv1
  namespace: dev1
  labels:
    pv: nfs-pv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  # Recycle 删除PVC会同步删除PV | Retain 删除PVC不会同步删除PV
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  nfs:
    path: /data/nfstest/share/pv1
    server: 10.20.1.20
    readOnly: false
---
# PVC 编排,通过selector查找PV,K8S里的资源查找都是通过selector查找label标签
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc1
  namespace: dev1
  labels:
    pv: nfs-pvc1
spec:
  resources:
    requests:
      storage: 100Mi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  selector:
    matchLabels:
      pv: nfs-pv1
---
# Pod挂载PVC,这里为了测试,直接通过node节点的hostPort暴露服务
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: webapp
  namespace: dev1
  labels:
    app: webapp
spec:
  containers:
    - name: webapp
      image: nginx
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - containerPort: 80
          hostPort: 8081
      volumeMounts:
        - name: workdir
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: workdir
      persistentVolumeClaim:
        claimName: nfs-pvc1

执行kubectl命令,查看实践效果如下:

然后查看pod的情况,发现pod一直处于创建中,如下:

于是查看pod的情况kubectl describe pod webapp -n dev1,发现如下异常信息:

是因为没有在NFS上创建此文件夹。到NFS创建此文件夹之后,重启Pod,一切正常了,然后找到Pod所在Node节点。通过http://nodeip:port访问,可以看到成功的界面:

[root@k8s-master pv-pvc-storageclass]# kubectl get pods -n dev1 -owide  | grep webapp
webapp                                                 1/1     Running            0          4m17s   10.21.69.214   k8s-worker-3   <none>           <none>

此时因为nginx下还没有html页面,所以看不到内容。此时到NFS服务器对应的目录/data/nfstest/share/pv1下增加index.html页面,然后刷新页面即可,界面如下:

也可以通过进入到Pod内部,查看验证是够挂载成功。

执行进入Pod的命令kubectl exec -it webapp -n dev1 -- /bin/sh,可以看到如下页面:

2、Pod使用StorageClass自动挂载存储卷

2.1、安装 Provisioner

文中选择通过helm的方式安装nfs-subdir-external-provisioner,这种方式相对简单。安装文档、安装过程见下文:

  • 安装文档

https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/storage-classes/#nfs

https://github.com/kubernetes-sigs/nfs-subdir-external-provisioner

  • 安装过程

通过以下3个步骤完成nfs-subdir-external-provisioner的安装。

  1. 安装helm,本文以mac为例
brew install heml
  1. 安装nfs-subdir-external-provisioner,执行以下2个命令:
$ helm repo add nfs-subdir-external-provisioner https://kubernetes-sigs.github.io/nfs-subdir-external-provisioner/
$ helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner -n kube-system \
    --set image.repository=dyrnq/nfs-subdir-external-provisioner \
    --set nfs.server=10.20.1.20 \
    --set nfs.path=/data/nfstest/nfs-storage

这里注意几个参数:

image.repository:修改了镜像的地址,默认用的国外镜像很有可能拉不下来

nfs.server:你的NFS服务器地址

nfs.path:存储目录

  1. 查看helm安装的结果:

执行命令:helm list -A,查看helm安装结果:

查看是否创建了对应的pod,如果没有修改镜像地址会一直拉取失败,如下图:

修改镜像地址后成功启动Pod,如下图:

2.2、使用StorageClass

文中演示的是:Pod利用StorageClass自动创建PV,同时在对应的存储目录上创建了文件,写入了数据。

yaml文件如下:

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-storage-1
provisioner: cluster.local/nfs-subdir-external-provisioner
parameters:
  # 设置为"false"时删除PVC不会保留数据,"true"则保留数据
  archiveOnDelete: "false"
mountOptions:
  # 指定NFS版本,这个需要根据NFS Server版本号设置
  - nfsvers=4
---
# 创建PVC
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-storage-pvc-1
  namespace: dev1
spec:
  storageClassName: nfs-storage-1    #需要与上面创建的storageclass的名称一致
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Mi
---
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-storage-pod-1
  namespace: dev1
spec:
  containers:
    - name: nfs-storage-pod-1
      image: busybox
      command:
        - "/bin/sh"
      args:
        - "-c"
        - "touch /mnt/teststorage && echo 111 > /mnt/teststorage && exit 0 || exit 1"  ## 创建一个名称为"SUCCESS"的文件
      volumeMounts:
        - name: nfs-pvc
          mountPath: "/mnt"
  restartPolicy: "Never"
  volumes:
    - name: nfs-pvc
      persistentVolumeClaim:
        claimName: nfs-storage-pvc-1

执行kubectl命令后,可以看到如下效果:

可以看到如我们预料的那样,通过storageClass自动创建了PV,同时在NFS对应的存储目录上创建了文件,写入了数据。

至此,我们实践过程全部结束。

三、总结

本文主要讲解了PV、PVC、StorageClass的理论和实战。

一句话 总结 :PV、PVC是K8S用来做存储管理的资源对象,它们让存储资源的使用变得 可控 ,从而保障系统的稳定性、可靠性。StorageClass则是为了减少人工的工作量而去***自动化创建***PV的组件。所有Pod使用存储只有一个原则:先规划后申请再使用

参考文献:《Kubernetes权威指南》

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原文链接: http://www.mangod.top/articles/2023/09/12/1694516710285.htmlhttps://mp.weixin.qq.com/s/bxRdOavM2BZEovEnoZ6wZw


标题:大白话说明白K8S的PV / PVC / StorageClass(理论+实践)
作者:不焦躁程序员
地址:http://mangod.top/articles/2023/09/12/1694516710285.html