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Kubernetes Volume之Persistent Volume持久卷

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本文字数： 3.7k 阅读时长 ≈ 7 分钟

这里介绍Kubernetes卷中的持久卷（PersistentVolume，PV）

abstract.png

基本概念

1. PV 持久卷：PersistentVolume，其是K8s中对实际物理存储系统的抽象。作为K8s中集群层面的资源，与节点资源类似。PV不属于任何命名空间
2. PVC 持久卷申领：PersistentVolumeClaim，其是K8s中用户对存储请求的抽象。类似地，Pod会消耗节点资源，而PVC则会消耗PV资源

具体地，通过PV实现了对底层真实存储系统的抽象，使得开发者只需通过创建PVC资源即可。而开发者可以直接将PVC的名称作为卷在工作负载资源中进行引用。当集群中存在满足PVC要求的PV时，则会将该PV与PVC进行双向绑定

静态制备

此场景下K8s集群的管理员需要先创建相应的PV资源，然后才能供开发者使用该资源。下面即是通过hostPath卷创建PV资源的示例。此时不难理解，PV实际上是对物理存储资源的抽象

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# 1. 创建持久卷PV

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  # PV卷名称
  name: mongodb-pv
spec:
  # 容量
  capacity: 
    # 存储大小: 100MB
    storage: 100Mi
  # 该卷支持的访问模式
  accessModes:
    - ReadWriteOnce # RWO, 该卷可以被一个节点以读写方式挂载
    - ReadOnlyMany  # ROX, 该卷可以被多个节点以只读方式挂载
  # 回收策略: 保留
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  # 该持久卷的实际存储类型: 此处使用HostPath类型卷
  hostPath:
    path: /tmp/MongodbData

这里对卷的访问模式进行说明，其支持下述选项。值得一提的是，卷虽然可以能够支持多种访问模式，但其在同一时刻只能以一种访问模式进行挂载。例如，某卷可以被节点A以RWO模式挂载，也可以被B节点以ROX模式挂载。但不能同时使用两种模式挂载

1. ReadWriteOnce (RWO)：卷可以被一个节点以读写方式挂载。ReadWriteOnce访问模式允许运行在同一节点上的多个Pod访问卷
2. ReadOnlyMany (ROX)：卷可以被多个节点以只读方式挂载
3. ReadWriteMany (RWX)：卷可以被多个节点以读写方式挂载
4. ReadWriteOncePod (RWOP)：在Kubernetes 1.22以上版本时，卷可以被单个Pod以读写方式挂载

这里对卷的回收策略进行补充说明

1. Retain 保留

当PVC资源被删除时，其所绑定的PV不会被删除，但该PV的状态会变为Released已释放。由于此时PV所关联的物理存储系统上仍然存在历史数据，故该PV此时不能直接被申领。 需要集群管理员手动进行处置。具体地：

  • 一方面，对于PV资源而言，需要删除并重新创建。删除PV资源并不会删除物理存储系统中的数据，仅仅只是删除PV资源而已
  • 另一方面，对于PV所关联的物理存储系统上的数据，需要根据实际需求判断是否需要从物理存储系统中进行删除。如果选择不删除物理存储系统上的数据，则下次创建该PV资源时（依旧挂载到此前的物理存储系统相应路径），就可以继续复用之前的物理存储系统上的数据；反之，就可以选择从物理存储系统中删除数据

2. Delete 删除

其不需要管理员人工进行介入操作。当PVC资源被删除时，系统不仅会将PV资源删除，同时还会将该PV资源所关联的物理存储系统上的数据一并删除掉

K8s集群的管理员创建PV资源，效果如下所示

figure 1.jpeg

当K8s集群中的PV资源准备好后，开发者就可以通过创建PVC资源来获取PV了。这里我们将storageClassName字段设置为空字符串,意为不使用存储类进行动态制备，而是使用集群管理员提前创建好的PV。即所谓的静态制备；然后在部署应用的配置文件中，直接引用PVC的名称进行卷的定义即可。需要注意 PVC所属的命名空间 与 使用该PVC的Pod 需在同一个命名空间下

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# 1. 创建持久卷申领PVC

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mongodb-pvc
spec:
  resources:
    # 申请30MB的存储空间
    requests:
      storage: 30Mi
  # 访问模式
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  # 禁止使用动态制备的卷, 即使用静态制备
  storageClassName: ""

---

# 2. 创建数据库应用

apiVersion: apps/v1
# 资源类型
kind: ReplicaSet
metadata:
  # RS名称
  name: my-mongodb-app
spec:
  # 副本数量
  replicas: 1
  # 标签选择器
  selector:
    matchLabels:
      app: db
  # Pod 模板
  template:
    metadata:
      # 标签信息
      labels:
        app: db
    spec:
      # 容器信息
      containers:
      - name: my-mongodb-app
        image: mongo
        volumeMounts:
        # 将名为mongodb-data的卷挂载到容器内的指定路径
        - name: mongodb-data
          # MongoDB默认的数据存储路径
          mountPath: /data/db
      # 卷信息
      volumes:       
      - name: mongodb-data
        # 引用PVC的名称即可
        persistentVolumeClaim:
          claimName: mongodb-pvc

当PVC创建完成后，一旦集群中存在满足PVC指定的容量要求、访问模式的PV资源后。该PVC即会与相应的PV进行双向绑定。如下所示，同时会发现应用所在Pod也部署成功

figure 2.jpeg

动态制备

对于静态制备而言，无论采用何种回收策略。事实上都需要系统管理员再次创建PV资源。为此动态制备应运而生，K8s集群在收到用户创建的PVC后，会通过PVC中所指定的StorageClass存储类自动地制备出相应的PV资源以供使用。在动态制备场景下，系统管理员只需提前创建相应的若干个StorageClass存储类资源即可。具体地，在StorageClass存储类中会关联真实的物理存储系统和相应的provisioner制备器。其中动态制备的PV会继承相应的StorageClass中定义的回收策略。由于这里我们是通过Kind搭建K8s集群环境的，其已经内置了一个StorageClass存储类。如下所示

figure 3.jpeg

此时，开发者只需在创建PVC的过程通过storageClassName字段指定相应的存储类名称即可。类似地在部署应用时直接引用PVC名称定义卷

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# 1. 创建持久卷申领PVC

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mongodb-pvc-2
spec:
  resources:
    # 申请20MB的存储空间
    requests:
      storage: 30Mi
  # 访问模式
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  # 使用名为standard的存储类进行动态制备
  storageClassName: "standard"

---

# 2. 创建数据库应用

apiVersion: apps/v1
# 资源类型
kind: ReplicaSet
metadata:
  # RS名称
  name: my-mongodb-app-2
spec:
  # 副本数量
  replicas: 1
  # 标签选择器
  selector:
    matchLabels:
      app: db2
  # Pod 模板
  template:
    metadata:
      # 标签信息
      labels:
        app: db2
    spec:
      # 容器信息
      containers:
      - name: my-mongodb-app-2
        image: mongo
        volumeMounts:
        # 将名为mongodb-data-2的卷挂载到容器内的指定路径
        - name: mongodb-data-2
          # MongoDB默认的数据存储路径
          mountPath: /data/db
      # 卷信息
      volumes:       
      - name: mongodb-data-2
        # 引用PVC的名称即可
        persistentVolumeClaim:
          claimName: mongodb-pvc-2

效果如下所示，动态制备的PV成功与PVC进行了绑定，应用也处于运行状态

figure 4.jpeg

参考文献

  1. Kubernetes in Action中文版 Marko Luksa著
  2. 深入剖析Kubernetes 张磊著
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