【K8s】【笔记】----第八章：Kubernetes 数据存储

【K8s】【笔记】----第一章Kubernetes 介绍【K8s】【笔记】----第二章Kubernetes 集群环境搭建【K8s】【笔记】----第三章Kubernetes 资源管理【K8s】【笔记】----第四章Kubernetes 实战入门【K8s】【笔记】----第五章Kubernetes Pod详解【K8s】【笔记】----第六章Kubernetes Pod控制器详解【K8s】【笔记】----第七章Kubernetes Service详解【K8s】【笔记】----第八章Kubernetes 数据存储【K8s】【笔记】----第九章Kubernetes 安全认证文章目录8. 数据存储8.1 基本存储8.1.1 EmptyDir8.1.2 HostPath8.1.3 NFS8.2 高级存储8.2.1 PV8.2.2 PVC8.2.3 生命周期8.3 配置存储8.3.1 ConfigMap8.3.2 Secret8. 数据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、Secret8.1 基本存储8.1.1 EmptyDirEmptyDir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.yamlapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:volume-emptydirnamespace:devspec:containers:-name:nginximage:nginx:1.17.1ports:-containerPort:80volumeMounts:# 将logs-volume挂在到nginx容器中对应的目录为 /var/log/nginx-name:logs-volumemountPath:/var/log/nginx-name:busyboximage:busybox:1.30command:[/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-volumemountPath:/logsvolumes:# 声明volume name为logs-volume类型为emptyDir-name:logs-volumeemptyDir:{}# 创建Pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yamlpod/volume-emptydir created# 查看pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wideNAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE......volume-emptydir2/2 Running097s10.42.2.9 node1......# 通过podIp访问nginx[rootk8s-master01 ~]# curl 10.42.2.9......# 通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出[rootk8s-master01 ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox10.42.1.0 - -[27/Jun/2021:15:08:54 0000]GET / HTTP/1.1200612-curl/7.29.0-8.1.2 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.yamlapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:volume-hostpathnamespace:devspec:containers:-name:nginximage:nginx:1.17.1ports:-containerPort:80volumeMounts:-name:logs-volumemountPath:/var/log/nginx-name:busyboximage:busybox:1.30command:[/bin/sh,-c,tail -f /logs/access.log]volumeMounts:-name:logs-volumemountPath:/logsvolumes:-name:logs-volumehostPath:path:/root/logstype: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[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yamlpod/volume-hostpath created# 查看Pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wideNAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE......pod-volume-hostpath2/2 Running016s10.42.2.10 node1......#访问nginx[rootk8s-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[rootnode1 ~]# 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8.1.3 NFSHostPath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[rootnfs ~]# yum install nfs-utils -y# 准备一个共享目录[rootnfs ~]# 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[rootnfs ~]# vim /etc/exports[rootnfs ~]# more /etc/exports/root/data/nfs192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)# 启动nfs服务[rootnfs ~]# systemctl restart nfs2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[rootk8s-master01 ~]# yum install nfs-utils -y3接下来就可以编写pod的配置文件了创建volume-nfs.yamlapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:volume-nfsnamespace:devspec:containers:-name:nginximage:nginx:1.17.1ports:-containerPort:80volumeMounts:-name:logs-volumemountPath:/var/log/nginx-name:busyboximage:busybox:1.30command:[/bin/sh,-c,tail -f /logs/access.log]volumeMounts:-name:logs-volumemountPath:/logsvolumes:-name:logs-volumenfs: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[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-nfs.yamlpod/volume-nfs created# 查看pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-nfs -n devNAME READY STATUS RESTARTS AGE volume-nfs2/2 Running02m9s# 查看nfs服务器上的共享目录发现已经有文件了[rootk8s-master01 ~]# ls /root/data/access.log error.log8.2 高级存储前面已经学习了使用NFS提供存储此时就要求用户会搭建NFS系统并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多要求客户全都掌握显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节方便用户使用 kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。PVPersistent Volume是持久化卷的意思是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置它与底层具体的共享存储技术有关并通过插件完成与共享存储的对接。PVCPersistent Volume Claim是持久卷声明的意思是用户对于存储需求的一种声明。换句话说PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。使用了PV和PVC之后工作可以得到进一步的细分存储存储工程师维护PV kubernetes管理员维护PVCkubernetes用户维护8.2.1 PVPV是存储资源的抽象下面是资源清单文件:apiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:pv2spec:nfs:# 存储类型与底层真正存储对应capacity:# 存储能力目前只支持存储空间的设置storage:2GiaccessModes:# 访问模式storageClassName:# 存储类别persistentVolumeReclaimPolicy:# 回收策略PV 的关键配置参数说明存储类型底层实际存储的类型kubernetes支持多种存储类型每种存储类型的配置都有所差异存储能力capacity目前只支持存储空间的设置( storage1Gi )不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置访问模式accessModes用于描述用户应用对存储资源的访问权限访问权限包括下面几种方式ReadWriteOnceRWO读写权限但是只能被单个节点挂载ReadOnlyManyROX 只读权限可以被多个节点挂载ReadWriteManyRWX读写权限可以被多个节点挂载需要注意的是底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同回收策略persistentVolumeReclaimPolicy当PV不再被使用了之后对其的处理方式。目前支持三种策略Retain 保留 保留数据需要管理员手工清理数据Recycle回收 清除 PV 中的数据效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*Delete 删除 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作当然这常见于云服务商的存储服务需要注意的是底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同存储类别PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定状态status一个 PV 的生命周期中可能会处于4中不同的阶段Available可用 表示可用状态还未被任何 PVC 绑定Bound已绑定 表示 PV 已经被 PVC 绑定Released已释放 表示 PVC 被删除但是资源还未被集群重新声明Failed失败 表示该 PV 的自动回收失败实验使用NFS作为存储来演示PV的使用创建3个PV对应NFS中的3个暴露的路径。准备NFS环境# 创建目录[rootnfs ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv# 暴露服务[rootnfs ~]# more /etc/exports/root/data/pv1192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)/root/data/pv2192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)/root/data/pv3192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)# 重启服务[rootnfs ~]# systemctl restart nfs创建pv.yamlapiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:pv1spec:capacity:storage:1GiaccessModes:-ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy:Retainnfs:path:/root/data/pv1server:192.168.5.6---apiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:pv2spec:capacity:storage:2GiaccessModes:-ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy:Retainnfs:path:/root/data/pv2server:192.168.5.6---apiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:pv3spec:capacity:storage:3GiaccessModes:-ReadWriteManypersistentVolumeReclaimPolicy:Retainnfs:path:/root/data/pv3server:192.168.5.6# 创建 pv[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f pv.yamlpersistentvolume/pv1 created persistentvolume/pv2 created persistentvolume/pv3 created# 查看pv[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pv -o wideNAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS AGE VOLUMEMODE pv1 1Gi RWX Retain Available 10s Filesystem pv2 2Gi RWX Retain Available 10s Filesystem pv3 3Gi RWX Retain Available 9s Filesystem8.2.2 PVCPVC是资源的申请用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件:apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:pvcnamespace:devspec:accessModes:# 访问模式selector:# 采用标签对PV选择storageClassName:# 存储类别resources:# 请求空间requests:storage:5GiPVC 的关键配置参数说明访问模式accessModes用于描述用户应用对存储资源的访问权限选择条件selector通过Label Selector的设置可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选存储类别storageClassNamePVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别只有设置了该class的pv才能被系统选出资源请求Resources 描述对存储资源的请求实验创建pvc.yaml申请pvapiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:pvc1namespace:devspec:accessModes:-ReadWriteManyresources:requests:storage:1Gi---apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:pvc2namespace:devspec:accessModes:-ReadWriteManyresources:requests:storage:1Gi---apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:pvc3namespace:devspec:accessModes:-ReadWriteManyresources:requests:storage:1Gi# 创建pvc[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f pvc.yamlpersistentvolumeclaim/pvc1 created persistentvolumeclaim/pvc2 created persistentvolumeclaim/pvc3 created# 查看pvc[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pvc -n dev -o wideNAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE VOLUMEMODE pvc1 Bound pv1 1Gi RWX 15s Filesystem pvc2 Bound pv2 2Gi RWX 15s Filesystem pvc3 Bound pv3 3Gi RWX 15s Filesystem# 查看pv[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pv -o wideNAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE VOLUMEMODE pv1 1Gi RWx Retain Bound dev/pvc1 3h37m Filesystem pv2 2Gi RWX Retain Bound dev/pvc2 3h37m Filesystem pv3 3Gi RWX Retain Bound dev/pvc3 3h37m Filesystem创建pods.yaml, 使用pvapiVersion:v1kind:Podmetadata:name:pod1namespace:devspec:containers:-name:busyboximage:busybox:1.30command:[/bin/sh,-c,while true;do echo pod1 /root/out.txt; sleep 10; done;]volumeMounts:-name:volumemountPath:/root/volumes:-name:volumepersistentVolumeClaim:claimName:pvc1readOnly:false---apiVersion:v1kind:Podmetadata:name:pod2namespace:devspec:containers:-name:busyboximage:busybox:1.30command:[/bin/sh,-c,while true;do echo pod2 /root/out.txt; sleep 10; done;]volumeMounts:-name:volumemountPath:/root/volumes:-name:volumepersistentVolumeClaim:claimName:pvc2readOnly:false# 创建pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f pods.yamlpod/pod1 created pod/pod2 created# 查看pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev -o wideNAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE pod11/1 Running014s10.244.1.69 node1 pod21/1 Running014s10.244.1.70 node1# 查看pvc[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pvc -n dev -o wideNAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES AGE VOLUMEMODE pvc1 Bound pv1 1Gi RWX 94m Filesystem pvc2 Bound pv2 2Gi RWX 94m Filesystem pvc3 Bound pv3 3Gi RWX 94m Filesystem# 查看pv[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pv -n dev -o wideNAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE VOLUMEMODE pv1 1Gi RWX Retain Bound dev/pvc1 5h11m Filesystem pv2 2Gi RWX Retain Bound dev/pvc2 5h11m Filesystem pv3 3Gi RWX Retain Bound dev/pvc3 5h11m Filesystem# 查看nfs中的文件存储[rootnfs ~]# more /root/data/pv1/out.txtnode1 node1[rootnfs ~]# more /root/data/pv2/out.txtnode2 node28.2.3 生命周期PVC和PV是一一对应的PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期资源供应管理员手动创建底层存储和PV资源绑定用户创建PVCkubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV并绑定在用户定义好PVC之后系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的一旦找到就将该PV与用户定义的PVC进行绑定用户的应用就可以使用这个PVC了如果找不到PVC则会无限期处于Pending状态直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PVPV一旦绑定到某个PVC上就会被这个PVC独占不能再与其他PVC进行绑定了资源使用用户可在pod中像volume一样使用pvcPod使用Volume的定义将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。资源释放用户删除pvc来释放pv当存储资源使用完毕后用户可以删除PVC与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上只有在清除之后该PV才能再次使用。资源回收kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收对于PV管理员可以设定回收策略用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收才能供新的PVC绑定和使用8.3 配置存储8.3.1 ConfigMapConfigMap是一种比较特殊的存储卷它的主要作用是用来存储配置信息的。创建configmap.yaml内容如下apiVersion:v1kind:ConfigMapmetadata:name:configmapnamespace:devdata:info:|username:admin password:123456接下来使用此配置文件创建configmap# 创建configmap[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f configmap.yamlconfigmap/configmap created# 查看configmap详情[rootk8s-master01 ~]# kubectl describe cm configmap -n devName: configmap Namespace: dev Labels:noneAnnotations:noneDatainfo: ---- username:admin password:123456 Events:none接下来创建一个pod-configmap.yaml将上面创建的configmap挂载进去apiVersion:v1kind:Podmetadata:name:pod-configmapnamespace:devspec:containers:-name:nginximage:nginx:1.17.1volumeMounts:# 将configmap挂载到目录-name:configmountPath:/configmap/configvolumes:# 引用configmap-name:configconfigMap:name:configmap# 创建pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-configmap.yamlpod/pod-configmap created# 查看pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pod pod-configmap -n devNAME READY STATUS RESTARTS AGE pod-configmap1/1 Running06s#进入容器[rootk8s-master01 ~]# kubectl exec -it pod-configmap -n dev /bin/sh# cd /configmap/config/# lsinfo# more infousername:admin password:123456# 可以看到映射已经成功每个configmap都映射成了一个目录# key---文件 value----文件中的内容# 此时如果更新configmap的内容, 容器中的值也会动态更新8.3.2 Secret在kubernetes中还存在一种和ConfigMap非常类似的对象称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息例如密码、秘钥、证书等等。首先使用base64对数据进行编码[rootk8s-master01 ~]# echo -n admin | base64 #准备usernameYWRtaW4[rootk8s-master01 ~]# echo -n 123456 | base64 #准备passwordMTIzNDU2接下来编写secret.yaml并创建SecretapiVersion:v1kind:Secretmetadata:name:secretnamespace:devtype:Opaquedata:username:YWRtaW4password:MTIzNDU2# 创建secret[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f secret.yamlsecret/secret created# 查看secret详情[rootk8s-master01 ~]# kubectl describe secret secret -n devName: secret Namespace: dev Labels:noneAnnotations:noneType: Opaque Datapassword:6bytes username:5bytes创建pod-secret.yaml将上面创建的secret挂载进去apiVersion:v1kind:Podmetadata:name:pod-secretnamespace:devspec:containers:-name:nginximage:nginx:1.17.1volumeMounts:# 将secret挂载到目录-name:configmountPath:/secret/configvolumes:-name:configsecret:secretName:secret# 创建pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-secret.yamlpod/pod-secret created# 查看pod[rootk8s-master01 ~]# kubectl get pod pod-secret -n devNAME READY STATUS RESTARTS AGE pod-secret1/1 Running02m28s# 进入容器查看secret信息发现已经自动解码了[rootk8s-master01 ~]# kubectl exec -it pod-secret /bin/sh -n dev/# ls /secret/config/password username /# more /secret/config/usernameadmin /# more /secret/config/password123456至此已经实现了利用secret实现了信息的编码。