视频教程连接：kubernetes快速入门
写在前面
上一篇文章中kubernetes系列教程（九）初识Pod存储管理介绍了kubernetes中存储Volume的使用，volume支持多种不同的内置驱动，使用volumes需要知道后端驱动的细节，使用起来不方便，因此社区提出了PV概念，即通过管理员定义好PV，通过PVC使用PV；随着PV数量的不断增加，管理员需要频繁定义PV，因此提出了动态存储StorageClass，通过PVC中调用StorageClass动态创建PV，接下来介绍kubernetes系列教程高级进阶PV/PVC。
1. PV与PVC存储
1.1 PV概念介绍
- PV即PersistentVolume持久化存储，是管理员定义的一块存储空间，能抽象化底层存储细节，和node类似，PV是集群级别的资源，生命周期独立于Pod，支持静态创建和动态创建，动态创建需通过StorageClass。
- PVC即PersistentVolumeClaim持久化存储申明，作为PV资源的使用方，可以指定请求存储容量大小和访问模式
- StorageClass，存储类型支持创建PV，通过在PVC中指定StorageClass可动态创建PV，且支持指定不同的存储
PV/PVC概念介绍
PV支持设置字段介绍：
- Capacity 存储的特性，当前只支持通过capacity指定存储大小，未来会支持IOPS，吞吐量等指标
- VolumeMode 存储卷的类型，默认为filesystem，如果是块设备指定为block
- Class 通过storageClassName指定静态StorageClass的名称
- Reclaim Policy 回收策略，支持Retain保留，Recycle回收，DELETE删除
- Volume驱动类型，和上一篇文章介绍的类似，支持不同的plugin驱动如RBD，NFS
- Mount Options 挂载模式，支持管理员定义不同的挂载选项
- AccessMode 访问模式，指定node的挂载方式，支持ReadWriteOnce读写挂载一次，ReadOnlyMany多个节点挂载只读模式，ReadWriteMany多个节点挂载读写模式，不同的volume驱动类型支持的模式有所不同，如下
PV支持的不同AccessMode
1.2 定义PV存储
接下来我们开始学习PV的使用，使用阶段分为：1. 预先创建好PV，2. 用户通过PVC调用PV，3. Pod中应用PVC，创建流程参考下图：
PV和PVC使用过程
- 定义一个PV，指定大小为10G，读写模式为单个node读写，回收模式为Retain，后端驱动plugin为NFS
[root@node-1 happylau]# cat pv-nfs-storage.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv-nfs-storage
labels:
storage: nfs
annotations:
kubernetes.io.description: pv-storage
spec:
storageClassName: nfs #静态指定存储类StorageClass名称
capacity: #capacity指定存储容量大小
storage: 10Gi
accessModes: #访问模式为单个节点读写模式
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain #回收模式为保留
nfs: #后端plugin驱动类型为NFS，指定server和path路径
server: 10.254.100.101
path: /mnt/data
- 创建PersistentVolumes
[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f pv-nfs-storage.yaml
persistentvolume/pv-nfs-storage unchanged
- 查看PersistentVolumes列表
[root@node-1 happylau]# kubectl get persistentvolumes
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
pv-nfs-storage 10Gi RWO Retain Available nfs 43m
关于PV输出解释说明：
ACCESS MODES 指定的是读写模式，RWO代表ReadWriteOnce，ROM代表ReadOnlyMany，RWX代表ReadWriteMany
STATUS代表PV状态，Available刚创建未绑定状态，Bound为与PVC绑定，Released为PVC删除PV未释放，Failed状态异常。
查看PV详细信息,呈现的信息会更详细
[root@node-1 ~]# kubectl describe persistentvolumes pv-nfs-storage
Name: pv-nfs-storage
Labels: storage=nfs
Annotations: kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
{"apiVersion":"v1","kind":"PersistentVolume","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io.description":"pv-storage"},"labels":{"storage":"nfs...
kubernetes.io.description: pv-storage
Finalizers: [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass: nfs
Status: Available
Claim:
Reclaim Policy: Retain
Access Modes: RWO
VolumeMode: Filesystem
Capacity: 10Gi
Node Affinity: <none>
Message:
Source:
Type: NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
Server: 10.254.100.101
Path: /mnt/data
ReadOnly: false
Events: <none>
1.3. PVC引用PV
- 通过定义PVC，通过selector和PV实现关联，指定到相同的StorageClass
[root@node-1 happylau]# cat pvc-nfs-storage.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc-nfs-storage
labels:
storage: pvc
annotations:
kubernetes.io/description: "PersistentVolumeClaim for PV"
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
volumeMode: Filesystem
storageClassName: nfs
resources:
requests:
storage: 1Gi
limits:
storage: 10Gi
selector:
matchLabels:
storage: nfs
- 生成PersistentVolumeClaim
[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f pvc-nfs-storage.yaml
persistentvolumeclaim/pvc-nfs-storage created
- 查看PersistentVolumeClaim列表,通过STATUS可以知道，当前PVC和PV已经Bond关联
[root@node-1 happylau]# kubectl get persistentvolumeclaims
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
pvc-nfs-storage Bound pv-nfs-storage 10Gi RWO nfs
查看PVC详情：
[root@node-1 happylau]# kubectl describe persistentvolumeclaims pvc-nfs-storage
Name: pvc-nfs-storage
Namespace: default
StorageClass: nfs
Status: Bound
Volume: pv-nfs-storage
Labels: storage=pvc
Annotations: kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
{"apiVersion":"v1","kind":"PersistentVolumeClaim","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io/description":"PersistentVolumeClaim for PV"},"...
kubernetes.io/description: PersistentVolumeClaim for PV
pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers: [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity: 10Gi
Access Modes: RWO
VolumeMode: Filesystem
Mounted By: <none>
Events: <none>
- 再次查看PV的状态，此时状态为Bond，和default命名空间下的PVC pvc-nfs-storage关联,此时PVC已经定义好
PV和PVC绑定状态详情
1.4 Pod引用PVC
PV和PVC定义好后，需要在Pod中引用定义的存储，引用方式和之前定义的类似，spec.containers.volumeMounts在Pod中引用定义的存储，前面的文章中我们直接通过Pod调用，本文案例通过将Pod以Template的形式定义封装在Deployment的控制器中，下篇文章我们再深入介绍Deployment，ReplicaSet，StatefulSet等副本控制器。
- 定义一个Deployments，通过deployment.spec.template.spec应用Pod,在volumes中调用PVC存储，volumeMounts将存储挂载到指定目录。
[root@node-1 happylau]# cat pvc-nfs-deployments.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata: #deployment的元数据
name: pvc-nfs-deployment
labels:
app: pvc-nfs-deployment
spec: #deployment的属性信息
replicas: 1 #副本控制数
selector:
matchLabels:
app: pvc-nfs-deployment
template: #通过定义模板引用Pod，template中的信息和Pod定义的信息一致，包含metadata,spec信息
metadata: #定义Pod的labels
labels:
app: pvc-nfs-deployment
spec:
containers:
- name: nginx-web
image: nginx:latest
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- name: nginx-http-80
protocol: TCP
containerPort: 80
volumeMounts: #将PVC存储挂载到目录
- name: pvc-nfs-storage
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumes: #通过volumes引用persistentVolumeClaim存储
- name: pvc-nfs-storage
persistentVolumeClaim:
claimName: pvc-nfs-storage
- 创建Deployments并查看创建情况和Pod情况
创建Deployments
[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f pvc-nfs-deployments.yaml
deployment.apps/pvc-nfs-deployment created
查看Deployments列表
[root@node-1 happylau]# kubectl get deployments
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
pvc-nfs-deployment 1/1 1 1 16s
查看Deployments中的Pod
[root@node-1 happylau]# kubectl get pods -l app=pvc-nfs-deployment -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr 1/1 Running 0 106s 10.244.1.29 node-2 <none> <none>
- Pod中查看存储挂载信息，并做数据读写。
[root@node-1 happylau]# kubectl exec -it pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr /bin/bash
root@pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr:/# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
overlay 50G 4.3G 43G 10% /
tmpfs 64M 0 64M 0% /dev
tmpfs 920M 0 920M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda1 50G 4.3G 43G 10% /etc/hosts
shm 64M 0 64M 0% /dev/shm
10.254.100.101:/mnt/data 50G 9.9G 37G 22% /usr/share/nginx/html #挂载成功
tmpfs 920M 12K 920M 1% /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
tmpfs 920M 0 920M 0% /proc/acpi
tmpfs 920M 0 920M 0% /proc/scsi
tmpfs 920M 0 920M 0% /sys/firmware
写入站点数据内容
root@pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr:~# echo "pvc index by happylau" >/usr/share/nginx/html/index.html
root@pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr:~# ls -l /usr/share/nginx/html/
total 4
-rw-r--r-- 1 nobody nogroup 22 Oct 12 02:00 index.html
- 测试访问，直接访问Pod的IP，一般通过service来调用，后续再介绍service
[root@node-1 ~]# kubectl get pods -l app=pvc-nfs-deployment -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pvc-nfs-deployment-7467b9fbfc-xwdpr 1/1 Running 0 14m 10.244.1.29 node-2 <none> <none>
[root@node-1 ~]# curl http://10.244.1.29
pvc index by happylau
写在最后
本文通过介绍了持久化存储PV和持久化存储声明PVC的使用场景和相关概念，并通过实例演示PV和PVC的使用，由于PV需要管理员预先定义，对于大规模环境下使用不便利，因此有了动态PV，即通过StorageClass实现，下章节我们将介绍StorageClass的使用。
参考文献
PV和PVC介绍：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
有状态化应用：https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/run-single-instance-stateful-application/
当你的才华撑不起你的野心时，你就应该静下心来学习
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关于作者 刘海平（HappyLau ）云计算高级顾问 目前在腾讯云从事公有云相关工作，曾就职于酷狗，EasyStack，拥有多年公有云+私有云计算架构设计，运维，交付相关经验，参与了酷狗，南方电网，国泰君安等大型私有云平台建设，精通Linux，Kubernetes，OpenStack，Ceph等开源技术，在云计算领域具有丰富实战经验，拥有RHCA/OpenStack/Linux授课经验。
