09 初识Pod存储管理

· suofeiya's blog

Table of Contents

写在前面 #

上一篇文章中kubernetes系列教程（八）Pod健康检查机制介绍了kubernetes中Pod健康检查机制，通过实战介绍了kubernetes中两种健康检查探针：livenessProbe存活检查，readinessProbe就绪检查，存活检查用于检查应用的可用性，就绪检查用于检查容器是否准备接受流量，健康检查包含三种探测的方法：exec命令行探测，tcpSocket端口检测，httpGet请求检测，分别适用于不同场景下的健康检查。接下来介绍kubernetes系列教程pod的存储管理。

kubernetes存储管理按照发展的历程，涉及到有Volume，PV(Persistent Volume)和PVC(PersistentVolumeClaims),和StorageClass，Volume是最早提出的存储卷，主要解决容器和数据存储的依赖关系，抽象底层驱动以支持不同的存储类型；使用Volume需要了解底层存储细节，因此提出了PV，Persistent Volume是由k8s管理员定义的存储单元，应用端使用PersistentVolumeClaims声明去调用PV存储，进一步抽象了底层存储；随着PV数量的增加，管理员需要不停的定义PV的数量，衍生了通过StorageClass动态生成PV，StorageClass通过PVC中声明存储的容量，会调用底层的提供商生成PV。本文介绍Volume的使用，下篇文章介绍PV，PVC和StorageClass。

1. kubernetes存储管理 #

1.1 存储概述 #

kubernetes容器中的数据是临时的，即当重启重启或crash后容器的数据将会丢失，此外容器之间有共享存储的需求，所以kubernetes中提供了volume存储的抽象，volume后端能够支持多种不同的plugin驱动，通过.spec.volumes中定义一个存储，然后在容器中.spec.containers.volumeMounts调用，最终在容器内部以目录的形式呈现。

kubernetes内置能支持多种不同的驱动类型，大体上可以分为四种类型：1. 公/私有云驱动接口，如awsElasticBlockStore实现与aws EBS集成，2. 开源存储驱动接口，如ceph rbd，实现与ceph rb块存储对接，3. 本地临时存储，如hostPath，4. kubernetes对象API驱动接口，实现其他对象调用，如configmap，每种存储支持不同的驱动，如下介绍：

  1. 公/私有云驱动接口
  1. 开源存储驱动接口
  1. 本地临时存储
  1. kubernetes对象API驱动接口

1.2 emptyDir临时存储 #

emptyDir是一种临时存储，pod创建的时候会在node节点上为容器申请一个临时的目录，跟随容器的生命周期，如容器删除，emptyDir定义的临时存储空间也会随之删除，容器发生意外crash则不受影响，同时如果容器发生了迁移，其上的数据也会丢失，emptyDir一般用于测试，或者缓存场景。

  1. 定义一个emptyDir存储大小为1G，将其挂载到redis的/data目录中
 1[root@node-1 happylau]# cat emptydir-redis.yaml
 2apiVersion: v1
 3kind: Pod
 4metadata:
 5  name: emptydir-redis
 6  labels:
 7    volume: emptydir
 8  annotations:
 9    kubernetes.io/storage: emptyDir
10spec:
11  containers:
12  - name: emptydir-redis
13    image: redis:latest
14    imagePullPolicy: IfNotPresent
15    ports:
16    - name: redis-6379-port
17      protocol: TCP
18      containerPort: 6379
19    volumeMounts: #将定义的驱动emptydir-redis挂载到容器的/data目录，通过名字方式关联
20    - name: emptydir-redis
21      mountPath: /data
22  volumes:        #定义一个存储，驱动类型为emptyDir，大小1G
23  - name: emptydir-redis
24    emptyDir: 
25      sizeLimit: 1Gi
  1. 生成redis pod,并查看describe pod的详情信息
 1[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f emptydir-redis.yaml 
 2pod/emptydir-redis created
 3
 4执行kubectl describe pods emptydir-redis查看容器的存储挂载信息
 5Containers:
 6  emptydir-redis:
 7    Container ID:   docker://dddd9f3d0e395d784c08b712631d2b0c259bfdb30b0c655a0fc8021492f1ecf9
 8    Image:          redis:latest
 9    Image ID:       docker-pullable://redis@sha256:cb379e1a076fcd3d3f09e10d7b47ca631fb98fb33149ab559fa02c1b11436345
10    Port:           6379/TCP
11    Host Port:      0/TCP
12    State:          Running
13      Started:      Tue, 01 Oct 2019 11:04:30 +0800
14    Ready:          True
15    Restart Count:  0
16    Environment:    <none>
17    Mounts:   #挂载信息，将emptydir-redis挂载到/data目录，且是rw读写状态
18      /data from emptydir-redis (rw)
19      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-5qwmc (ro)
20Conditions:
21  Type              Status
22  Initialized       True 
23  Ready             True 
24  ContainersReady   True 
25  PodScheduled      True 
26Volumes:       #定义了一个EmptyDir类型的存储，大小为1Gi
27  emptydir-redis:
28    Type:       EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)
29    Medium:     
30    SizeLimit:  1Gi
31  default-token-5qwmc:
32    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
33    SecretName:  default-token-5qwmc
34    Optional:    false
  1. 向redis中写入数据
 1获取pod的ip地址
 2[root@node-1 happylau]# kubectl get pods emptydir-redis -o wide 
 3NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
 4emptydir-redis   1/1     Running   1          17m   10.244.1.27   node-2   <none>           <none>
 5
 6
 7安装客户端redis-cli
 8[root@node-1 ~]# yum install redis
 9
10向redis中写入两个key
1110.244.1.27:6379> set volume emptydir
12OK
1310.244.1.27:6379> set username happylauliu
14OK
1510.244.1.27:6379> get volume
16"emptydir"
1710.244.1.27:6379> get username
18"happylauliu"
  1. 登陆到pod中安装一个查看进程的工具procps，进程一般为1，如下图redis-server进程，可以直接kill，进程被kill后kubelet会自动将进程重启
1登陆容器
2[root@node-1 ~]# kubectl exec -it emptydir-redis /bin/bash
3
4安装软件
5root@emptydir-redis:/data# apt-get update ; apt-get install procps
6
7可以通过top查看进程，进程号一般为1
8root@emptydir-redis:/data# kill 1

redis-server进程

  1. pod异常重启后，再次登录redis并查看redis中的数据内容，发现数据没有丢失。
1[root@node-1 ~]# redis-cli -h 10.244.1.27
210.244.1.27:6379> get volume
3"emptydir"
410.244.1.27:6379> get username
5"happylauliu"
  1. emptyDir实际是宿主机上创建的一个目录，将目录以bind mount的形势挂载到容器中，跟随容器的生命周期
1[root@node-2 ~]# docker container  list |grep redis
2e0e9a6b0ed77        01a52b3b5cd1            "docker-entrypoint.s…"   20 minutes ago      Up 20 minutes                           k8s_emptydir-redis_emptydir-redis_default_4baadb25-1e62-4cf5-9724-821d04dcdd44_2
3dfef32905fe5        k8s.gcr.io/pause:3.1    "/pause"                 45 minutes ago      Up 45 minutes                           k8s_POD_emptydir-redis_default_4baadb25-1e62-4cf5-9724-821d04dcdd44_0

docker container inspect e0e9a6b0ed77查看存储内容如下图：

empty存储mount信息

查看目录的信息：

1[root@node-2 ~]# ls -l /var/lib/kubelet/pods/4baadb25-1e62-4cf5-9724-821d04dcdd44/volumes/kubernetes.io~empty-dir/emptydir-redis
2总用量 4
3-rw-r--r-- 1 polkitd input 156 10月  8 14:55 dump.rdb
  1. Pod删除后，volume的信息也随之删除
1[root@node-1 ~]# kubectl delete pods emptydir-redis 
2pod "emptydir-redis" deleted
3[root@node-1 ~]# ssh node-2
4Last login: Tue Oct  8 15:15:41 2019 from 10.254.100.101
5[root@node-2 ~]# ls -l /var/lib/kubelet/pods/4baadb25-1e62-4cf5-9724-821d04dcdd44/volumes/kubernetes.io~empty-dir/emptydir-redis
6ls: 无法访问/var/lib/kubelet/pods/4baadb25-1e62-4cf5-9724-821d04dcdd44/volumes/kubernetes.io~empty-dir/emptydir-redis: 没有那个文件或目录

小结：emptyDir是host上定义的一块临时存储，通过bind mount的形式挂载到容器中使用，容器重启数据会保留，容器删除则volume会随之删除。

1.3 hostPath主机存储 #

与emptyDir类似，hostpath支持将node节点的目录或文件挂载到容器中使用，用于单机测试场景，此外适用于一些容器业务需要访问宿主机目录，如监控系统访问/proc和/sys目录，日志系统访问/var/lib/docker目录的一些场景。支持设置不同的type类型

  1. 挂载本地/mnt目录到容器中
 1[root@node-1 happylau]# cat hostpath-demo.yaml
 2apiVersion: v1
 3kind: Pod
 4metadata:
 5  name: hostpath-demo
 6  labels:
 7    storage: hostpath
 8  annotations:
 9    kubernetes.io/storage: hostpath
10spec:
11  containers:
12  - name: nginx
13    image: nginx:latest
14    imagePullPolicy: IfNotPresent
15    ports:
16    - name: nginx-http-port
17      protocol: TCP
18      containerPort: 80
19    volumeMounts: #挂载到nginx的web站点目录下
20    - name: hostpath-demo
21      mountPath: /usr/share/nginx/html
22  volumes:  #定一个hostPath本地的存储
23  - name: hostpath-demo
24    hostPath:
25      type: DirectoryOrCreate
26      path: /mnt/data
  1. 生成nginx容器和web站点数据
 1[root@node-1 happylau]# kubectl apply -f hostpath-demo.yaml 
 2pod/hostpath-demo created
 3
 4获取pod所在的node节点
 5[root@node-1 happylau]# kubectl get pods hostpath-demo -o wide 
 6NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
 7hostpath-demo   1/1     Running   0          31s   10.244.2.24   node-3   <none>           <none>
 8
 9生成web站点的数据
10[root@node-1 happylau]# ssh node-3
11Last login: Tue Oct  8 22:49:14 2019 from 10.254.100.101
12[root@node-3 ~]# echo "hostPath test page" >/mnt/data/index.html
13[root@node-3 ~]# curl http://10.244.2.24
14hostPath test page
  1. 查看容器挂载存储的情况，以bind mount的形式挂载到容器中

hostPath的容器挂载信息

  1. 模拟容器重启的的故障，容器重启后volume中的数据依保留
 1#docker层面kill掉进程
 2[root@node-3 ~]# docker container  list |grep hostpath
 339a7e21afebb        f949e7d76d63           "nginx -g 'daemon of…"   11 minutes ago      Up 11 minutes                                k8s_nginx_hostpath-demo_default_6da41e3d-8585-4997-bf90-255ca0948030_0
 4490f50108e41        k8s.gcr.io/pause:3.1   "/pause"                 11 minutes ago      Up 11 minutes                                k8s_POD_hostpath-demo_default_6da41e3d-8585-4997-bf90-255ca0948030_0
 5[root@node-3 ~]# docker container kill 39a7e21afebb
 639a7e21afebb
 7[root@node-3 ~]# exit
 8登出
 9
10
11#获取pod的地址，通过RESTART可知，容器重启过一次，测试数据依旧保留
12[root@node-1 happylau]# kubectl get pods -o wide  hostpath-demo 
13NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
14hostpath-demo                          1/1     Running   1          12m   10.244.2.24   node-3   <none>           <none>
15[root@node-1 happylau]# curl http://10.244.2.24
16hostPath test page

小结：hostPath与emptyDir类似提供临时的存储，hostPath适用于一些容器需要访问宿主机目录或文件的场景，对于数据持久化而言都不是很好的实现方案。

1.4 NFS存储对接 #

NFS是实现Network File System网络文件共享的NAS存储，kubernetes与NFS对接实现存储的共享，当容器删除不影响存储且可以实现跨机存储共享，本文以搭建一个NFS存储实现kubernetes对接。

  1. 准备一个nfs server共享，将node-1的/mnt/data目录共享
 1安装nfs服务
 2[root@node-1 ~]# yum install nfs-utils -y
 3
 4配置nfs共享,提前创建好目录
 5[root@node-1 ~]# cat /etc/exports
 6/mnt/data	10.254.100.0/24(rw)
 7
 8重启并验证
 9[root@node-1 ~]# systemctl restart nfs
10[root@node-1 ~]# showmount -e node-1
11Export list for node-1:
12/mnt/data 10.254.100.0/24
  1. kubernets使用nfs的驱动对接
 1[root@node-1 happylau]# cat nfs-demo.yaml 
 2apiVersion: v1
 3kind: Pod
 4metadata:
 5  name: nfs-demo 
 6  labels:
 7    storage: nfs 
 8  annotations:
 9    kubernetes.io/storage: nfs
10spec:
11  containers:
12  - name: nginx
13    image: nginx:latest
14    imagePullPolicy: IfNotPresent
15    ports:
16    - name: nginx-http-port
17      protocol: TCP
18      containerPort: 80
19    volumeMounts: #挂载到nfs的目录下
20    - name: nfs-demo 
21      mountPath: /usr/share/nginx/html
22  volumes: #定义一个nfs驱动的存储
23  - name: nfs-demo
24    nfs:
25      server: 10.254.100.101
26      path: /mnt/data
  1. 生成pod，使用kubectl get pods的时候提示events中报错信息，挂载失败
 1Events:
 2  Type     Reason       Age   From               Message
 3  ----     ------       ----  ----               -------
 4  Normal   Scheduled    40s   default-scheduler  Successfully assigned default/nfs-demo to node-2
 5  Warning  FailedMount  39s   kubelet, node-2    MountVolume.SetUp failed for volume "nfs-demo" : mount failed: exit status 32
 6Mounting command: systemd-run
 7Mounting arguments: --description=Kubernetes transient mount for /var/lib/kubelet/pods/78bf6a81-082d-4d6c-a163-75241bf21cde/volumes/kubernetes.io~nfs/nfs-demo --scope -- mount -t nfs 10.254.100.101:/mnt/data /var/lib/kubelet/pods/78bf6a81-082d-4d6c-a163-75241bf21cde/volumes/kubernetes.io~nfs/nfs-demo
 8Output: Running scope as unit run-29843.scope.
 9mount: wrong fs type, bad option, bad superblock on 10.254.100.101:/mnt/data,
10       missing codepage or helper program, or other error
11       (for several filesystems (e.g. nfs, cifs) you might
12       need a /sbin/mount.<type> helper program)
  1. 从上面的步骤中得知，宿主机挂载nfs的时候提示没有mount.nfs的命令，因此需要在所有的node节点上安装上nfs的客户端软件nfs-utils,以node-2为例，其他节点类似
1[root@node-1 happylau]# ssh node-2
2Last login: Tue Oct  8 15:22:04 2019 from 10.254.100.101
3[root@node-2 ~]# yum install nfs-utils -y
  1. 测试站点数据
1[root@node-1 happylau]# kubectl get pods nfs-demo -o wide 
2NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
3nfs-demo   1/1     Running   0          4m41s   10.244.1.28   node-2   <none>           <none>
4[root@node-1 happylau]# echo "nfs test age" >/mnt/data/index.html
5[root@node-1 happylau]# curl http://10.244.1.28
6nfs test age
  1. 删除pod后查看nfs共享的数据情况,原有数据依旧保留
1[root@node-1 happylau]# kubectl delete pods nfs-demo 
2pod "nfs-demo" deleted
3
4[root@node-1 happylau]# mount.nfs node-1:/mnt/data/ /media/
5[root@node-1 happylau]# ls -l /media/
6总用量 4
7-rw-r--r-- 1 root root 13 10月  8 23:26 index.html

1.5 TKE使用volume存储 #

TKE支持在创建Workload时如Deployments，DaemonSets，StatefulSets等指定存储卷，支持临时目录emptyDir，主机路径hostPath，nfs盘，pvc，云硬盘，configmap，secrets，此处以腾讯云CFS为例（提前在CFS中创建好存储，确保CFS和容器宿主机在同一个VPC网络内）。

  1. 创建存储卷，使用NFS挂载腾讯云CFS存储

TKE创建nfs的volume

  1. Pod中使用存储，通过volume-nfs-demo名字调用存储卷

TKE中pod使用volume存储

  1. 对应生成的yaml文件内容如下
 1apiVersion: apps/v1beta2
 2kind: Deployment
 3metadata:
 4  annotations:
 5    deployment.kubernetes.io/revision: "1"
 6    description: demo
 7  creationTimestamp: "2019-10-08T15:45:18Z"
 8  generation: 1
 9  labels:
10    k8s-app: the-volume-demo
11    qcloud-app: the-volume-demo
12  name: the-volume-demo
13  namespace: default
14  resourceVersion: "618380753"
15  selfLink: /apis/apps/v1beta2/namespaces/default/deployments/the-volume-demo
16  uid: a0fc4600-e9e2-11e9-b3f4-decf0ef369cf
17spec:
18  minReadySeconds: 10
19  progressDeadlineSeconds: 600
20  replicas: 1
21  revisionHistoryLimit: 10
22  selector:
23    matchLabels:
24      k8s-app: the-volume-demo
25      qcloud-app: the-volume-demo
26  strategy:
27    rollingUpdate:
28      maxSurge: 1
29      maxUnavailable: 0
30    type: RollingUpdate
31  template:
32    metadata:
33      creationTimestamp: null
34      labels:
35        k8s-app: the-volume-demo
36        qcloud-app: the-volume-demo
37    spec:
38      containers:
39      - image: nginx:latest
40        imagePullPolicy: Always
41        name: nginx-demo
42        resources:
43          limits:
44            cpu: 500m
45            memory: 1Gi
46          requests:
47            cpu: 250m
48            memory: 256Mi
49        securityContext:
50          privileged: false
51        terminationMessagePath: /dev/termination-log
52        terminationMessagePolicy: File
53        volumeMounts: #挂载到pod中
54        - mountPath: /usr/share/nginx/html
55          name: volume-nfs-demo
56      dnsPolicy: ClusterFirst
57      imagePullSecrets:
58      - name: qcloudregistrykey
59      - name: tencenthubkey
60      restartPolicy: Always
61      schedulerName: default-scheduler
62      securityContext: {}
63      terminationGracePeriodSeconds: 30
64      volumes: #CFS存储
65      - name: volume-nfs-demo
66        nfs:
67          path: /
68          server: 10.66.200.7

写在最后 #

本文介绍了kubernetes存储中最基本volume的使用，介绍了volume支持多种不同驱动，以实际案例介绍emptyDir，hostPath，nfs驱动的对接，并介绍了TKE下volume功能的使用。由于volume需要知道底层存储的细节，不便于广泛使用，后来衍生为PV，管理员定义PV实现和底层存储对接，用户通过PVC使用PV，下节我们将介绍PV/PVC和StorageClass的使用。

参考文献 #

volume管理：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/

pod中使用volume：https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-volume-storage/

『 转载 』该文章来源于网络，侵删。

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