kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。

kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速 启动新的容器
弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的 容器数量进行调整
服务发现：服务可以通过自动发现的形式 找到它所依赖的服务
负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动 实现请求的负载均衡
版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即 回退到原来的版本
存储编排：可以根据容器自身的需求 自动创建存储卷

一、概述

在前面已经提到，容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：

简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
高级存储：PV、PVC
配置存储：ConfigMap、Secret

二、基本存储

2.1 EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。即容器目录只是挂载在Pod上

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。 EmptyDir用途如下：

临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。

使用案例

在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。

创建配置文件并使用配置文件创建Pod：volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: volume-emptydirnamespace: test
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1ports:- containerPort: 80volumeMounts:  # 将logs-volume挂在到nginx容器中，- name: logs-volumemountPath: /var/log/nginx   # 对应的容器中的目录- name: busyboximage: busybox:1.30command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令volumeMounts:  # 将logs-volume 挂在到busybox容器中- name: logs-volumemountPath: /logs    # 对应的容器中的目录volumes: # 声明Pod的存储卷， name为logs-volume，类型为emptyDir- name: logs-volumeemptyDir: {}

查看Pod详细信息
验证：访问nginx，查看busybox的是否有nginx的日志输出

通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出
```
[root@master ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n test -c busybox
```

2.2 HostPath

上节课提到，EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。即容器目录挂载在node节点上

但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了

使用案例

创建配置文件并使用配置文件创建Pod，查看Pod所在节点：volume-hostpath.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: volume-hostpathnamespace: test
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1ports:- containerPort: 80volumeMounts:- name: logs-volumemountPath: /var/log/nginx- name: busyboximage: busybox:1.30command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]volumeMounts:- name: logs-volumemountPath: /logsvolumes:- name: logs-volumehostPath: path: /root/logstype: DirectoryOrCreate  # 目录存在就使用，不存在就先创建后使用

关于type的值的一点说明：DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用Directory   目录必须存在FileOrCreate  文件存在就使用，不存在就先创建后使用File 文件必须存在 Socket  unix套接字必须存在CharDevice  字符设备必须存在BlockDevice 块设备必须存在

验证：查看Pod对应节点上是否存在相应的存储卷，且是否存储了nginx的日志信息

由第1步可只PodIP为：10.244.2.122，存储节点为：node1
```
[root@node1 ~]# ll /root/logs
[root@node1 ~]# tail -f /root/logs/access.log
[root@master ~]# curl 10.244.2.122:80
```
删除Pod

验证：判断节点上的存储卷是否会随Pod的删除而删除

[root@node1 ~]# ll /root/logs
[root@node1 ~]# more /root/logs/access.log

2.3 NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了，此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。即容器目录挂载到NFS服务器上

使用案例

准备nfs的服务器，这里为了简单，直接是master节点做nfs服务器

# 在nfs上安装nfs服务
[root@master ~]# yum install nfs-utils -y
# 准备一个共享目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/nfs -pv
# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.5.0/24网段中的所有主机
[root@master ~]# vim /etc/exports
# 启动nfs服务
[root@master ~]# systemctl restart nfs

在的每个node节点上都安装下nfs，这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备

注意：不需要启动
```
[root@node1 ~]# yum install nfs-utils -y
```

创建配置文件，使用配置文件创建Pod：volume-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: volume-nfsnamespace: test
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1ports:- containerPort: 80volumeMounts:- name: logs-volumemountPath: /var/log/nginx- name: busyboximage: busybox:1.30command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] volumeMounts:- name: logs-volumemountPath: /logsvolumes:- name: logs-volumenfs:server: 192.168.100.100  #nfs服务器地址path: /root/data/nfs #共享文件路径

验证：查看NFS服务器是否存在相应的存储卷，且是否存储了nginx的日志信息

由第3步可知：podIP为10.244.1.130，创建在node2上
```
[root@master ~]# ll /root/data/nfs/
[root@master ~]# tail -f /root/data/nfs/access.log
[root@node2 ~]# curl 10.244.1.130
```

三、高级存储

3.1 引言

前面已经学习了使用NFS提供存储，此时就要求用户会搭建NFS系统，并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多，要求客户全都掌握，显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节，方便用户使用， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。

PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。
PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：

存储：存储工程师维护
PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护

3.2 PV 配置文件

PV是存储资源的抽象，用来声明可获得的存储资源

配置文件

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv2
spec:nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应capacity:  # 存储能力，目前只支持存储空间的设置storage: 2GiaccessModes:  # 访问模式storageClassName: # 存储类别persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

存储类型

底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异
存储能力（capacity）

目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置

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
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）保留数据，需要管理员手工清理数据
- Recycle（回收）清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
- 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回收策略不同
存储类别

PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
- 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
- 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
状态（status）

一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：
- Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
- Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定
- Released（已释放）：表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
- Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

3.3 PVC 配置文件

PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。

配置文件

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvcnamespace: test
spec:accessModes:           # 访问模式selector:             # 采用标签对PV选择storageClassName:    # 存储类别resources:            # 请求空间requests:storage: 5Gi

PVC 的关键配置参数说明：

访问模式（accessModes）

用于描述用户应用对存储资源的访问权限

选择条件（selector）

通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选
存储类别（storageClassName）

PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出
资源请求（Resources ）

描述对存储资源的请求

3.4 实验案例

第一步：使用NFS作为存储，来演示PV的使用，创建3个PV，对应NFS中的3个暴露的路径。

第二步：创建3个PVC，匹配对应的PV：2个PVC可获得、1个PVC等待匹配合适的PV

第三步：创建2个POD，使用可获得的2个PVC

第一步

准备NFS环境

# 创建目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv
# 暴露目录
[root@master ~]# vim /etc/exports
/root/data/pv1     192.168.100.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv2     192.168.100.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv3     192.168.100.0/24(rw,no_root_squash)
# 重启服务
[root@master ~]# systemctl restart nfs

创建PV配置文件，使用配置文件创建PV，查看PV：pv.yaml

[root@master ~]# kubectl get pv -o wide

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name:  pv1
spec:capacity:                                  # 存储能力storage: 1GiaccessModes:                              # 访问模式- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Retain      # 回收策略nfs:                                      # 存储类型path: /root/data/pv1                      # NFS目录server: 192.168.100.100                      # NFS服务器地址---apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name:  pv2
spec:capacity: storage: 2GiaccessModes:- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Retainnfs:path: /root/data/pv2server: 192.168.100.100---apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name:  pv3
spec:capacity: storage: 3GiaccessModes:- ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy: Retainnfs:path: /root/data/pv3server: 192.168.100.100

第二步

创建 PVC 配置文件，使用配置文件创建 PVC 并申请PV：pvc.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvc1namespace: test
spec:accessModes:       # 访问模式- ReadWriteManyresources:     # 想要获得的存储资源需求requests:storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvc2namespace: test
spec:accessModes: - ReadWriteManyresources:requests:storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvc3namespace: test
spec:accessModes: - ReadWriteManyresources:requests:storage: 5Gi

查看 pv、pvc 状态

#查看pv状态
[root@master ~]# kubectl get pv
#查看pvc状态
[root@master ~]# kubectl get pvc -n test

第三步

创建pod配置文件，使用配置文件创建创建pod：pods.yaml

让Pod使用相应的pvc

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod1namespace: test
spec:containers:- name: busyboximage: busybox:1.30command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]volumeMounts:- name: volumemountPath: /root/volumes:- name: volumepersistentVolumeClaim: # 使用pvc1claimName: pvc1readOnly: false
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod2namespace: test
spec:containers:- name: busyboximage: busybox:1.30command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod2 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]volumeMounts:- name: volumemountPath: /root/volumes:- name: volumepersistentVolumeClaim: # 使用pvc2claimName: pvc2readOnly: false

验证：pod挂载的相应路径上的输出是否存在nfs文件系统对应的目录上
```
[root@master ~]# ll /root/data/pv1/
[root@master ~]# tail -f /root/data/pv1/out.txt
```

3.5 生命周期

PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：

资源供应：管理员手动创建底层存储和PV
资源绑定：用户创建PVC，kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV，并绑定

在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的
- 一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，用户的应用就可以使用这个PVC了
- 如果找不到，PVC则会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV
PV一旦绑定到某个PVC上，就会被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了
资源使用：用户可在pod中像volume一样使用pvc

Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。
资源释放：用户删除pvc来释放pv

当存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上，只有在清除之后该PV才能再次使用。
资源回收：kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收

对于PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用

四、配置存储

4.1 ConfigMap

ConfigMap是一种比较特殊的存储卷，它的主要作用是用来存储配置信息的。

创建 ConfigMap 配置文件，使用配置文件创建 ConfigMap：configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: configmapnamespace: test
data:info: |username:adminpassword:123456

查看 configmap详情

[root@master ~]# kubectl describe cm configmap -n test

创建一个Pod配置文件，将上面创建的configmap挂载进去：pod-configmap.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-configmapnamespace: test
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1volumeMounts: # 将configmap挂载到目录- name: configmountPath: /configmap/configvolumes: # 引用configmap- name: configconfigMap:name: configmap

验证：进入容器查看挂载情况

更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新

[root@master ~]# kubectl exec -it pod-configmap -n test /bin/sh
# cd /configmap/config
# ls
# more info

4.2 Secret

在kubernetes中，还存在一种和ConfigMap非常类似的对象，称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息，例如密码、秘钥、证书等等。

使用base64对数据进行编码

[root@master ~]# echo -n 'admin' | base64
YWRtaW4=
[root@master ~]# echo -n '123' | base64
MTIz

创建 secret 配置文件，创建并查看 secret：secret.yaml

[root@master ~]# kubectl describe secret -n test

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: secretnamespace: test
type: Opaque
data:username: YWRtaW4=password: MTIz

创建pod配置文件，创建Pod并将上面创建的secret挂载进去：pod-secret.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-secretnamespace: test
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1volumeMounts: # 将secret挂载到目录- name: configmountPath: /secret/configvolumes:- name: configsecret:secretName: secret

验证：进入容器查看挂载情况

[root@master ~]# kubectl exec -it pod-secret /bin/sh -n test
# ls /secret/config/
password  username
# more /secret/config/username
admin
# more /secret/config/password
123
#

至此，已经实现了利用secret实现了信息的编码。

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【Kubernetes】Pod数据存储

一、概述

二、基本存储

2.1 EmptyDir

2.2 HostPath

2.3 NFS

三、高级存储

3.1 引言

3.2 PV 配置文件

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3.4 实验案例

3.5 生命周期

四、配置存储

4.1 ConfigMap

4.2 Secret

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