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Kubernetes持久化存储 PV 和 PVC

在 Kubernetes (K8s) 中，持久化存储是一个重要的概念，它允许应用程序在容器重新启动或迁移到其他节点时保留数据。持久卷（Persistent Volume, PV）和持久卷声明（Persistent Volume Claim, PVC）是 Kubernetes 中实现持久化存储的两个核心组件。本文将深入探讨 PV 和 PVC 的概念及其工作原理。

什么是 Persistent Volume (PV)?

Persistent Volume 是由集群管理员配置的一块存储。PV 是集群的一部分，具有独立于使用 PV 的 Pod 的生命周期。PV 可以由多种存储后端提供，包括 NFS、iSCSI、云提供商的磁盘存储（如 AWS EBS、GCE Persistent Disk）、甚至本地存储。

PV 的特性包括：

  • 容量大小：定义存储的大小。
  • 访问模式：定义如何访问卷，常见的访问模式包括：
    • ReadWriteOnce：卷可以被单个节点以读写模式挂载。
    • ReadOnlyMany：卷可以被多个节点以只读模式挂载。
    • ReadWriteMany：卷可以被多个节点以读写模式挂载。
  • 回收策略：当 PVC 被删除后，如何处理 PV。常见策略包括：
    • Retain：保留数据，管理员手动回收。
    • Delete：删除 PV 和其数据。
    • Recycle：简单清空卷（已被弃用）。

什么是 Persistent Volume Claim (PVC)?

Persistent Volume Claim 是用户对存储的请求。PVC 可以请求特定大小和访问模式的存储。PVC 是与 Pod 绑定的，当 Pod 需要持久化存储时，它会通过 PVC 访问 PV。

PVC 的工作流程包括：

  1. 请求存储：用户创建 PVC，指定所需的存储大小和访问模式。
  2. 绑定 PV：Kubernetes 会根据 PVC 的需求寻找合适的 PV，并进行绑定。
  3. 使用存储：绑定后，PV 被挂载到 Pod 上，Pod 可以读写数据。

PV 和 PVC 的关系

PV 和 PVC 通过绑定过程连接在一起。PVC 是对存储资源的请求，而 PV 是实际的存储资源。当 PVC 创建时，Kubernetes 会查找与其请求匹配的 PV，并进行绑定。一旦绑定，PVC 就可以通过其引用的 PV 提供的存储卷进行读写操作。

持久化服务器上操作

  • 找一台新的服务器nfs服务端，安装nfs
  • 设置挂载路径

使用命令安装nfs

yum install -y nfs-utils

首先创建存放数据的目录

mkdir -p /data/nfs

设置挂载路径

# 打开文件
vim /etc/exports
# 添加如下内容
/data/nfs *(rw,no_root_squash)

执行完成后，即部署完我们的持久化服务器

Node节点上操作

然后需要在k8s集群node节点上安装nfs，这里需要在 node1 和 node2节点上安装

yum install -y nfs-utils

执行完成后，会自动帮我们挂载上

启动nfs服务端

下面我们回到nfs服务端，启动我们的nfs服务

# 启动服务
systemctl start nfs
# 或者使用以下命令进行启动
service nfs-server start

K8s集群部署应用

最后我们在k8s集群上部署应用，使用nfs持久化存储

# 创建一个pv文件
mkdir pv
# 进入
cd pv

然后创建一个yaml文件 nfs-nginx.yaml

通过这个方式，就挂载到了刚刚我们的nfs数据节点下的 /data/nfs 目录

最后就变成了： /usr/share/nginx/html -> 192.168.44.134/data/nfs 内容是对应的

我们通过这个 yaml文件，创建一个pod

kubectl apply -f nfs-nginx.yaml

创建完成后，我们也可以查看日志

kubectl describe pod nginx-dep1

可以看到，我们的pod已经成功创建出来了，同时下图也是出于Running状态

下面我们就可以进行测试了，比如现在nfs服务节点上添加数据，然后在看数据是否存在 pod中

# 进入pod中查看
kubectl exec -it nginx-dep1 bash

PV和PVC

对于上述的方式，我们都知道，我们的ip 和端口是直接放在我们的容器上的，这样管理起来可能不方便

所以这里就需要用到 pv 和 pvc的概念了，方便我们配置和管理我们的 ip 地址等元信息

PV：持久化存储，对存储的资源进行抽象，对外提供可以调用的地方【生产者】

PVC：用于调用，不需要关心内部实现细节【消费者】

PV 和 PVC 使得 K8S 集群具备了存储的逻辑抽象能力。使得在配置Pod的逻辑里可以忽略对实际后台存储 技术的配置，而把这项配置的工作交给PV的配置者，即集群的管理者。存储的PV和PVC的这种关系，跟 计算的Node和Pod的关系是非常类似的；PV和Node是资源的提供者，根据集群的基础设施变化而变 化，由K8s集群管理员配置；而PVC和Pod是资源的使用者，根据业务服务的需求变化而变化，由K8s集 群的使用者即服务的管理员来配置。

实现流程

  • PVC绑定PV
  • 定义PVC
  • 定义PV【数据卷定义，指定数据存储服务器的ip、路径、容量和匹配模式】

举例

创建一个 pvc.yaml

第一部分是定义一个 deployment，做一个部署

  • 副本数：3
  • 挂载路径
  • 调用：是通过pvc的模式

然后定义pvc

然后在创建一个 pv.yaml

然后就可以创建pod了

kubectl apply -f pv.yaml

然后我们就可以通过下面命令，查看我们的 pv 和 pvc之间的绑定关系

kubectl get pv, pvc

到这里为止，我们就完成了我们 pv 和 pvc的绑定操作，通过之前的方式，进入pod中查看内容

kubect exec -it nginx-dep1 bash

然后查看 /usr/share/nginx.html

也同样能看到刚刚的内容，其实这种操作和之前我们的nfs是一样的，只是多了一层pvc绑定pv的操作

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