k8s 学习笔记之数据存储——基础存储

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

基本存储

EmptyDir

EmptyDir 是最基础的 Volume 类型，一个 EmptyDir 就是 Host 上的一个空目录。

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。

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。

创建一个 volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-emptydir
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:  # 将 logs-volume 挂在到 nginx 容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
    volumeMounts:  # 将 logs-volume 挂在到 busybox 容器中，对应的目录为 /logs
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes: # 声明 volume， name 为 logs-volume，类型为 emptyDir
  - name: logs-volume
    emptyDir: {}

# 创建 Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
pod/volume-emptydir created

# 查看 pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wide
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE      IP       NODE   ...... 
volume-emptydir       2/2     Running   0          97s   10.42.2.9   node1  ......

# 通过 pod Ip 访问 nginx
[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.9
......

# 通过 kubectl logs 命令查看指定容器的标准输出
[root@k8s-master01 ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
10.42.1.0 - - [27/Jun/2021:15:08:54 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

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。

创建一个 volume-hostpath.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-hostpath
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    hostPath: 
      path: /root/logs
      type: 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

# 创建 Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
pod/volume-hostpath created

# 查看 Pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wide
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE   ......
pod-volume-hostpath   2/2     Running   0          16s   10.42.2.10     node1  ......

#访问 nginx
[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.10

# 接下来就可以去 host 的 /root/logs 目录下查看存储的文件了
###  注意: 下面的操作需要到 Pod 所在的节点运行（案例中是 node1）
[root@node1 ~]# ls /root/logs/
access.log  error.log

# 同样的道理，如果在此目录下创建一个文件，到容器中也是可以看到的

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。

1）首先要准备 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@nfs ~]# yum install nfs-utils -y

# 准备一个共享目录
[root@nfs ~]# 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@nfs ~]# vim /etc/exports
[root@nfs ~]# more /etc/exports
/root/data/nfs     192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)

# 启动 nfs 服务
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs

2）接下来，要在的每个 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

# 在 node 上安装 nfs 服务，注意不需要启动
[root@k8s-master01 ~]# yum install nfs-utils -y

3）接下来，就可以编写 pod 的配置文件了，创建 volume-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-nfs
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /var/log/nginx
  - name: busybox
    image: busybox:1.30
    command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] 
    volumeMounts:
    - name: logs-volume
      mountPath: /logs
  volumes:
  - name: logs-volume
    nfs:
      server: 192.168.5.6  #nfs 服务器地址
      path: /root/data/nfs #共享文件路径

4）最后，运行下 pod，观察结果

# 创建 pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
pod/volume-nfs created

# 查看 pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-nfs -n dev
NAME                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
volume-nfs        2/2     Running   0          2m9s

# 查看 nfs 服务器上的共享目录，发现已经有文件了
[root@k8s-master01 ~]# ls /root/data/
access.log  error.log