kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)

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所属分类:容器

前言
kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)
在K8S运行的服务,从简单到复杂可以分成三类:无状态服务、普通有状态服务和有状态集群服务。下面分别来看K8S是如何运行这三类服务的。

无状态服务
K8S使用RC(或更新的Replica Set)来保证一个服务的实例数量,如果说某个Pod实例由于某种原因Crash了,RC会立刻用这个Pod的模版新启一个Pod来替代它,由于是无状态的服务,新启的Pod与原来健康状态下的Pod一模一样。在Pod被重建后它的IP地址可能发生变化,为了对外提供一个稳定的访问接口,K8S引入了Service的概念重点内容。一个Service后面可以挂多个Pod,实现服务的高可用。

普通有状态服务
和无状态服务相比,它多了状态保存的需求。Kubernetes提供了以Volume和Persistent Volume为基础的存储系统,可以实现服务的状态保存。

有状态集群服务
与普通有状态服务相比,它多了集群管理的需求。K8S为此开发了一套以Pet Set为核心的全新特性,方便了有状态集群服务在K8S上的部署和管理。具体来说是通过Init Container来做集群的初始化工作,用 Headless Service 来维持集群成员的稳定关系,用动态存储供给来方便集群扩容,最后用Pet Set来综合管理整个集群。
要运行有状态集群服务要解决的问题有两个,一个是状态保存,另一个是集群管理。 我们先来看如何解决第一个问题:状态保存。Kubernetes 有一套以Volume插件为基础的存储系统,通过这套存储系统可以实现应用和服务的状态保存。

K8S存储系统
K8S的存储系统从基础到高级又大致分为三个层次:普通Volume,Persistent Volume 和动态存储供应(dynamic provisioning)。

普通Volume
单节点Volume
单节点Volume是最简单的普通Volume,它和Docker的存储卷类似,使用的是Pod所在K8S节点的本地目录。具体有两种,一种是 emptyDir,是一个匿名的空目录,由Kubernetes在创建Pod时创建,删除Pod时删除。另外一种是 hostPath,与emptyDir的区别是,它在Pod之外独立存在,由用户指定路径名。这类和节点绑定的存储卷在Pod迁移到其它节点后数据就会丢失,所以只能用于存储临时数据或用于在同一个Pod里的容器之间共享数据。

跨节点存储卷
这种存储卷不和某个具体的K8S节点绑定,而是独立于K8S节点存在的,整个存储集群和K8S集群是两个集群,相互独立。

跨节点的存储卷在Kubernetes上用的比较多,如果已有的存储不能满足要求,还可以开发自己的Volume插件,只需要实现Volume.go 里定义的接口。如果你是一个存储厂商,想要自己的存储支持Kubernetes 上运行的容器,就可以去开发一个自己的Volume插件。普通volume目前支持的各种存储插件及情况如下:

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)

persistent volume
和普通Volume的区别
普通Volume和使用它的Pod之间是一种静态绑定关系,在定义Pod的文件里,同时定义了它使用的Volume。Volume 是Pod的附属品,我们无法单独创建一个Volume,因为它不是一个独立的K8S资源对象。

而Persistent Volume 简称PV是一个K8S资源对象,所以我们可以单独创建一个PV。它不和Pod直接发生关系,而是通过Persistent Volume Claim,简称PVC来实现动态绑定。Pod定义里指定的是PVC,然后PVC会根据Pod的要求去自动绑定合适的PV给Pod使用。

绑定的概念
用户根据所需存储空间大小和访问模式创建(或在动态部署中已创建)一个 PersistentVolumeClaim。Kubernetes的Master节点循环监控新产生的PVC,找到与之匹配的PV(如果有的话),并把他们绑定在一起。动态配置时,循环会一直将PV与这个PVC绑定,直到PV完全匹配PVC。避免PVC请求和得到的PV不一致。绑定一旦形成,PersistentVolumeClaim绑定就是独有的,不管是使用何种模式绑定的。

如果找不到匹配的volume,用户请求会一直保持未绑定状态。在匹配的volume可用之后,用户请求将会被绑定。比如,一个配置了许多50Gi PV的集群不会匹配到一个要求100Gi的PVC。 只有在100Gi PV被加到集群之后,这个PVC才可以被绑定。

PV的访问模式
ReadWriteOnce:是最基本的方式,可读可写,但只支持被单个Pod挂载。
ReadOnlyMany:可以以只读的方式被多个Pod挂载。
ReadWriteMany:这种存储可以以读写的方式被多个Pod共享。不是每一种存储都支持这三种方式,像共享方式,目前支持的还比较少,比较常用的是NFS。在PVC绑定PV时通常根据两个条件来绑定,一个是存储的大小,另一个就是访问模式。
在CLI下,访问方式被简写为:

RWO – ReadWriteOnce
ROX – ReadOnlyMany
RWX – ReadWriteMany
Important! A volume can only be mounted using one access mode at a time, even if it supports many. For example, a GCEPersistentDisk can be mounted as ReadWriteOnce by a single node or ReadOnlyMany by many nodes, but not at the same time.

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)

PV的使用过程
刚才提到说PV与普通Volume的区别是动态绑定,我们来看一下这个过程是怎样的。

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)

这是PV的生命周期,首先是Provision,即创建PV,这里创建PV有两种方式,静态和动态。

静态,是管理员手动创建一堆PV,组成一个PV池,供PVC来绑定。

动态,是指在现有PV不满足PVC的请求时,可以使用存储分类(StorageClass),描述具体过程为:PV先创建分类,PVC请求已创建的某个类(StorageClass)的资源,这样就达到动态配置的效果。即通过一个叫 Storage Class的对象由存储系统根据PVC的要求自动创建。

一个PV创建完后状态会变成Available,等待被PVC绑定。一旦被PVC邦定,PV的状态会变成Bound,就可以被定义了相应PVC的Pod使用。Pod使用完后会释放PV,PV的状态变成Released。变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略,Retain、Delete 和 Recycle。Retain就是保留现场,K8S什么也不做,等待用户手动去处理PV里的数据,处理完后,再手动删除PV。Delete 策略,K8S会自动删除该PV及里面的数据。Recycle方式,K8S会将PV里的数据删除,然后把PV的状态变成Available,又可以被新的PVC绑定使用。

在实际使用场景里,PV的创建和使用通常不是同一个人。这里有一个典型的应用场景:管理员创建一个PV池,开发人员创建Pod和PVC,PVC里定义了Pod所需存储的大小和访问模式,然后PVC会到PV池里自动匹配最合适的PV给Pod使用。

回收策略
现有回收策略有:

Retain – 手动重新使用
Recycle – 基本的删除操作 (“rm -rf /thevolume/*”)
Delete – 关联的后端存储卷一起删除,后端存储例如AWS EBS, GCE PD或OpenStack Cinder
目前只有NFS和HostPath支持回收,AWS EBS, GCE PD和Cinder volumes只支持删除。

卷的状态
卷有四种状态,一个卷必属于其中之一:

Available –闲置状态,没有被绑定到PVC
Bound – 绑定到PVC
Released – PVC被删掉,资源没有被在利用
Failed – 自动回收失败
动态存储供应(dynamic provisioning)
前面在介绍PV的生命周期时,提到PV的供给有两种方式,静态和动态。动态卷供给是一个 Kubernetes 独有的功能,这一功能允许按需创建存储卷。在没有这种能力之前,集群管理员需要打电话给他们的云或者存储提供者来创建新的存储卷,成功以后再创建 PersistentVolume对象,才能够在 Kubernetes 中使用。动态卷供给能力让管理员不必进行预先创建存储卷,而是随用户需求进行创建。这一特性在 1.2 版本中处于 α 阶段,在版本 1.4 中提升为 β。这一版本提高了动态卷的弹性和可用性。
其中动态方式是通过StorageClass来完成的,这是一种新的存储供应方式。

使用StorageClass有什么好处呢?除了由存储系统动态创建,节省了管理员的时间,还有一个好处是可以封装不同类型的存储供PVC选用。在StorageClass出现以前,PVC绑定一个PV只能根据两个条件,一个是存储的大小,另一个是访问模式。在StorageClass出现后,等于增加了一个绑定维度。

比如这里就有两个StorageClass,它们都是用谷歌的存储系统,但是一个使用的是普通磁盘,我们把这个StorageClass命名为slow。另一个使用的是SSD,我们把它命名为fast。

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)
在PVC里除了常规的大小、访问模式的要求外,还通过annotation指定了Storage Class的名字为fast,这样这个PVC就会绑定一个SSD,而不会绑定一个普通的磁盘。

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)
例:用户在 PersistentVolumeClaim 中可以包含一个 StorageClass 申请动态提供存储。这一任务需要使用 volume.beta.kubernetes.io/storage-class 注解来完成。这一注解的值必须符合管理员配置的 StorageClass 名称。

要选择 “fast” 存储类,用户需要创建如下的 PVC:

kubernetes存储系统介绍(Volume、PV、dynamic provisioning)

上述报文会提供一个等效于 SSD 的持久盘,当这个 PVC 被删除,这个卷也随之销毁。

缺省行为

所有的 PVC 都可以在不使用 StorageClass 注解的情况下,直接使用某个动态存储。把一个StorageClass 对象标记为 “default” 就可以了。StorageClass 用注解storageclass.beta.kubernetes.io/is-default-class 就可以成为缺省存储。

有了缺省的 StorageClass,用户创建 PVC 就不用 storage-class 的注解了,1.4 中新加入的DefaultStorageClass 准入控制器会自动把这个标注指向缺省存储类。

到这里Kubernetes的整个存储系统就都介绍完了。总结一下,两种存储卷:普通Volume 和Persistent Volume。普通Volume在定义Pod的时候直接定义,Persistent Volume通过Persistent Volume Claim来动态绑定。PV可以手动创建,也可以通过StorageClass来动态创建。

References
http://blog.tenxcloud.com/?p=1816&utm_source=tuicool&utm_medium=referral

http://blog.csdn.net/qq_26923057/article/details/52713463

http://dockone.io/article/2016?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

https://www.kubernetes.org.cn/1146.html

具体用法请参考官方文档:https://kubernetes.io/docs/user-guide/persistent-volumes/
或http://blog.csdn.net/qq_26923057/article/details/52713463
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作者:liukuan73
来源:CSDN
原文:https://blog.csdn.net/liukuan73/article/details/60089305
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