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Pod 动态分配存储空间实现持久化存储

配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储

​ 关于持久卷的介绍,可以看官方文档 https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/storage/persistent-volumes/

​ 持久卷根据存储位置,可以使用本地存储和云存储,如果有云服务平台,可以动态使用配置云资源(如Google Cloud Platform (GCP) 、 AWS、Azure);使用的云提供商,需要使用相应的 provisioner 和参数,

provisioner: 指定存储插件(Provisioner),根据你实际环境调整。例如:

  • NFS 使用 nfs.csi.k8s.io
  • Ceph 使用 cephfs.csi.ceph.com
  • AWS 使用 kubernetes.io/aws-ebs

​ 云存储服务需要集群运行在云服务商提供的平台;如在 GCP 上运行 Kubernetes kubernetes.io/gce-pd;kubernetes.io/aws-ebs(适用于 AWS)或者 kubernetes.io/azure-disk(适用于 Azure),云存储服务有自带的 provisioner

​ 如果使用的是本地环境,可以使用以下几种方式来配置存储:

  1. 本地存储(Local Storage)
  2. NFS 存储
  3. 网络存储(如 iSCSI)

hostPath 类型

hostPath: 定义主机节点文件系统上的路径,作为存储位置。这里指定路径为 /mnt/repository;hostPath 类型的 PersistentVolume 使用节点上的文件或目

录来模拟网络附加存储

hostPath 卷 通常用于本地测试或单节点集群,在生产环境中并不推荐使用,因为它依赖于特定节点上的路径。在生产集群中,你不会使用 hostPath。 集群管理员会提供网络存储资源,比如 Google Compute Engine 持久盘卷、NFS 共享卷或 Amazon Elastic Block Store 卷。 集群管理员还可以使用 StorageClass 来设置动态制备存储

​ 确保在主机节点上存在 /mnt/repository 目录,并且 Kubernetes 进程对该目录有访问权限。

创建 PersistentVolume

hostPath PersistentVolume 的配置文件:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv-volumelabels:type: local
spec:storageClassName: manualcapacity:storage: 20GiaccessModes:- ReadWriteOncehostPath:path: "/mnt/repository"

​ 这里是不使用动态分配的,因此是没有存储分配器来动态分配存储资源,即 kubernetes.io/no-provisioner, 配置文件指定卷位于集群节点上的 /mnt/repository 路径;其配置还指定了卷的容量大小为 20 GB,访问模式为 ReadWriteOnce, 这意味着该卷可以被单个节点以读写方式安装。 此配置文件还在 PersistentVolume 中定义了 StorageClass 的名称为 manual。 它将用于将 PersistentVolumeClaim 的请求绑定到此 PersistentVolume

​ 创建 PersistentVolume,查看 PersistentVolume 信息

image-20241123111956630

​ 输出结果显示该 PersistentVolume 的状态(STATUS)Available。 这意味着它还没有被绑定给 PersistentVolumeClaim

创建 PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pv-claim
spec:storageClassName: manualaccessModes:- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 20Gi

​ 创建 PersistentVolumeClaim 之后,Kubernetes 控制平面将查找满足申领要求的 PersistentVolume。 如果控制平面找到具有相同 StorageClass 的适当的 PersistentVolume, 则将 PersistentVolumeClaim 绑定到该 PersistentVolume 上。

再次查看 PersistentVolume 信息:

image-20241123112203428

创建 Pod

创建一个使用 PersistentVolumeClaim 作为存储卷的 Pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: httpd-deployment
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: httpdtemplate:metadata:labels:app: httpdspec:containers:- name: httpdimage: m.daocloud.io/docker.io/httpd:latestports:- containerPort: 80volumeMounts:- name: httpd-pvcmountPath: "/usr/local/apache2/htdocs"  # 挂载路径volumes:- name: httpd-pvcpersistentVolumeClaim:claimName: pv-claim  # PVC 名称

​ 创建好之后可以看到,容器内部的文件夹与宿主机的文件夹的文件是同步的

image-20241124192726210

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NFS 存储

​ 在官方文档中并不建议使用 hostPath 卷,或者通常用于本地测试或单节点集群,在生产环境中并不推荐使用;因为我们显然可以发现一些问题,Pod 想要挂载本地磁盘,只能指定当前节点的文件路径作为存储,非常不灵活,且路径必须由管理员手动指定,无法动态分配存储资源

​ 解决动态分配可以使用存储资源自动调配器,想要灵活选择存储位置可以使用 NFS 不局限于本地存储路径

NFS Subdir External Provisioner

nfs-subdir-external-provisioner ,是一个存储资源自动调配器,它可将现有的 NFS 服务器通过持久卷声明来支持 Kubernetes 持久卷的动态分配。该组件是对 Kubernetes NFS-Client Provisioner 的扩展

安装 NFS Client

​ 所有的集群节点都需要安装客户端

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nfs-common

Helm 安装

# 添加 Helm 源
helm repo add nfs-subdir-external-provisioner https://kubernetes-sigs.github.io/nfs-subdir-external-provisioner
  • 命令行安装 NFS Subdir External Provisioner
helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner --set storageClass.name=nfs-sc --set nfs.server=172.100.0.109 --set nfs.path=/mnt/nfs-repository -n nfs-system

说明:

–set storageClass.name=nfs-sc:指定 storageClass 的名字(没有的话会自己创建)

–set nfs.server=192.168.9.81:指定 NFS 服务器的地址

–set nfs.path=/data/k8s:指定 NFS 导出的共享数据目录

–set storageClass.defaultClass=true:指定为默认的 sc,本示例没使用

-n nfs-system:指定命名空间

​ 这里是会默认下载一个镜像 registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2

  • 自定义 values 安装 NFS Subdir External Provisioner

​ 有更多定制化需求时可以选择自定义 values.yaml 的方式进行安装,实际使用中与命令行安装 NFS Subdir External Provisioner 并无区别,(如果网络限制无法下载镜像建议使用)

helm pull nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisionertar xvf nfs-subdir-external-provisioner-4.0.18.tgz
  • 查看 values.yaml 文件
cat nfs-subdir-external-provisioner/values.yaml | egrep -v '#|^$'
replicaCount: 1
strategyType: Recreate
image:repository: registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisionertag: v4.0.2pullPolicy: IfNotPresent
imagePullSecrets: []
nfs:server:path: /nfs-storagemountOptions:volumeName: nfs-subdir-external-provisioner-rootreclaimPolicy: Retain
storageClass:create: truedefaultClass: falsename: nfs-clientallowVolumeExpansion: truereclaimPolicy: DeletearchiveOnDelete: trueonDelete:pathPattern:accessModes: ReadWriteOncevolumeBindingMode: Immediateannotations: {}
leaderElection:enabled: true
rbac:create: true
podSecurityPolicy:enabled: false
podAnnotations: {}
podSecurityContext: {}
securityContext: {}
serviceAccount:create: trueannotations: {}name:
resources: {}
nodeSelector: {}
tolerations: []
affinity: {}
labels: {}
podDisruptionBudget:enabled: falsemaxUnavailable: 1
  • 根据自己集群实际配置更改
# 主要修改内容如下
image:repository: registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner  #镜像拉取地址,默认可能拉取不下来,建议替换成本地或是其他可正常访问的仓库,也可以使用我DockerHub上的的 unopsman/nfs-subdir-external-provisionertag: v4.0.2             #镜像 tag 默认为 v4.0.2,可根据实际情况替换
nfs:server: 172.100.0.109    #指定 NFS 服务器的地址path: /mnt/nfs-repository         #指定 NFS 导出的共享数据目录
storageClass:defaultClass: false     #是否设置为默认的 StorageClass,本示例没设置,有需要的可以设置为 truename: nfs-sc            #指定 storageClass 的名字

​ 这里的挂载路径需要提前共享导出

/mnt/nfs-repository  *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)
  • 应用更改后的 values.yaml 安装下载
helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner -f nfs-subdir-external-provisioner/values.yaml -n nfs-system

image-20241124205800010

​ 正常情况下,查看 pod 的状态应该是 Running

image-20241123195020680

​ 如果出现一直为容器创建中的情况,查看日志报错为如下情况,需要在集群每一个节点不只是 master 上安装 nfs 客户端

image-20241124101119932

image-20241124101145706

# 安装 客户端
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nfs-common

验证测试

​ 因为我们现在有了 NFS Subdir External Provisioner 分配器,我们就需要向上面一样先申请 pv 再定义 pvc 绑定,然后 Pod 再挂载 PVC 了;我们可以直接创建 pvc ,分配器可以动态分配相应的 pv ,来绑定我们的 pvc;分配规则是由 storageClass 配置决定的

创建测试 PVC
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: test-nfs-pvc
spec:storageClassName: nfs-scaccessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 1Gi

​ 正常情况下,查看 pvc 应该是绑定的状态,如果不是,有几种常见的错误

image-20241124103346052

image-20241123200000074

​ 如果是这两种情况,检查配置的路径是否共享导出了;编辑 /etc/exports 文件,并且重新导出

image-20241124101418191

image-20241124103450219

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/mnt/nfs-repository  *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

​ 如果是这种情况,只要把存储目录的权限放开就好

image-20241123195946618

image-20241124103807259

​ 这是情况下的状态

image-20241124104627134

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创建测试 Pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-nfs-pod
spec:volumes:- name: test-nfs-pvcpersistentVolumeClaim:claimName: test-nfs-pvccontainers:- name: test-nfs-containerimage: nginx:latestports:- containerPort: 80name: "http-server"volumeMounts:- mountPath: "/usr/share/nginx/html"name: test-nfs-pvc

​ 如果 pod 运行正常,在指定的目录下会自动创建目录文件并挂载到容器的指定目录下面

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image-20241124105122822

测试

image-20241124105502999

image-20241123210721772

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参考官网:

​ 配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储

​ 持久存储设计文档

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