【云原生Kubernetes】05-Pod的存储卷（Volume)

简介

• Volume 是Pod 中能够被多个容器访问的共享目录。 Kubernetes 中的Volume 概念、用 途和目的与 Docke 中的 Vo lume 比较类似，但二者不能等价, 首先 Kubernetes 中的Volume 被定义在 Pod上 ，被一个 Pod 里的多个容器挂载到具体的文件目录 ；其次， Kubernete 中的 Volume与 Pod 的生命周期相同，但与容器的生命周期不相关， 当容器终止或者重启，volume 中的数据也不会丢失；最后， Kubemetes 支持多种类型的 Volume ，例如 GlusterFS Ceph 等分布式文件系.

Volume类型解析

kubernetes提供了非常丰富的Volume类型供容器使用，例如emptyDir（临时目录）；宿主机目录（hostpath），共享存储（NFS,glusterfs等），下面将对常见的类型进行说明：

emptyDir

• emptyDir是在Pod分配到node时创建的，从它的名称就可以看出，它的初始内容为空，并且必须指定宿主机上对应的目录文件，因为这是Kubernetes自动分配的一个目录，当Pod从Node上移除时，emptyDir中的数据也将被永久删除。emptyDir的一些用途如下：

  • 临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无需永久保留；

  • 长时间任务执行过程中使用的临时目录；

  • 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）

• 在默认情况下，emptyDir使用的是节点存储介质，例如磁盘或者网络存储，还可以使用emptyDir.medium属性，把这个属性设置为“Memory”，就可以使用更快的基于内存的后端存储了。需要注意的是，这种情况下的emptyDir使用的内存会被计入容器的内存消耗，将受到资源限制和配额的管理。

示例

1. 在pod中创建两个容器：tomcat和busybox，在pod级别设置名为‘app-logs’的volume，用于tomcat容器向其中写日志文件，busybox容器从中读取日志文件。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-pod

spec:
  containers:
    - name: tomcat-container
      image:  tomcat
      ports:
        - containerPort: 8080
      volumeMounts:
        - name: app-logs
          mountPath:  /usr/loacl/tomcat/logs


    - name: busybox-container
      image:  busybox
      command: ["sh", "-c", "tail -f /logs/catalins*.log"]
      volumeMounts:
        - name: app-logs
          mountPath: /logs

  volumes:
    - name: app-logs
      emptyDir: {}

• 查看pod的详细信息

 kubectl describe pods volume-pod

HostPath

• hostpath为在Pod上挂载宿主机的文件或目录，通常可以用于以下几个方面：
  • 在容器应用程序生成的日志文件需要永久保存时，可以使用宿主机的高速文件系统对其存储；
  • 需要访问宿主机上的Docker引擎内部数据结构的容器应用时，可以通过定义hostPath为宿主机/var/lib/docker目录，使容器内部的应用可以直接访问docker的文件系统。
• 在使用这种类型的Volume时，需要注意以下几点：
  • 在不同的Node上具有相同配置的Pod，可能会因为宿主机上的 目录和文件不同而导致对Volume上目录和文件的访问结果不一致。
    • 目录和文件路径不同：不同节点上的宿主机可能具有不同的目录和文件路径，这意味着在不同节点上运行的 Pod 访问 HostPath 卷上的目录和文件时，可能会得到不同的结果。例如，在一个节点上，HostPath 卷可能映射到 /mnt/data 目录，而在另一个节点上，它可能映射到 /data 目录。
    • 目录和文件权限不同：不同节点上的宿主机可能具有不同的文件权限，这意味着在不同节点上运行的 Pod 访问 HostPath 卷上的目录和文件时可能需要不同的权限。
  • 如果使用了资源配额管理，则Kubernetes无法将hostPath在宿主 机上使用的资源纳入管理。

示例

1. 在pod中创建一个容器：tomcat，在pod级别设置名为‘app-logs1’的volume，将本地/var/log目录挂载到pod的/data/log1下

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-pod1

spec:
  containers:
    - name: tomcat-container1
      image:  tomcat
      ports:
        - containerPort: 8080
      volumeMounts:
        - name: app-logs1
          mountPath:  /data/log1

  volumes:
    - name: app-logs1
      hostPath:
        path: /var/log
        type: Directory

gcePersistentDisk

• gcePersistentDisk是Google Cloud Platform（GCP）提供的一种持久性磁盘存储。它是一种网络附加的块存储解决方案，为在Google Compute Engine上运行的虚拟机实例提供耐用且高性能的存储。

  gcePersistentDisk具有多种优点，包括：

  • 耐久性：存储在gcePersistentDisk上的数据在多个物理磁盘和计算机上进行复制，确保高耐用性和可用性。
  • 性能：gcePersistentDisk提供高性能存储，具有实现高读写速度的能力。
  • 可扩展性：gcePersistentDisk可以轻松调整大小，以满足不断变化的存储需求，无需停机。
  • 兼容性：gcePersistentDisk可以与在Google Compute Engine上运行的各种虚拟机实例一起使用，使其成为一种灵活的存储解决方案。

• 使用gcePersistentDisk时有以下一些限制条件：

  • Node（运行kubelet的节点）需要是GCE虚拟机。
  • 这些虚拟机需要与PD存在于相同的GCE项目和Zone中。

示例

1. Pod中有一个名为“my-container”的容器，它使用了一个名为“my-volume”的卷，将gcePersistentDisk挂载到了容器的“/mnt/data”目录下。同时，在Pod的“volumes”字段中定义了一个名为“my-volume”的卷，并指定了使用名为“my-disk”的gcePersistentDisk，并将文件系统类型设置为“ext4”

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: my-volume
      mountPath: /mnt/data
  volumes:
  - name: my-volume
    gcePersistentDisk:
      pdName: my-disk
      fsType: ext4

NFS

• NFS（Network File System）是一种分布式文件系统协议，用于在网络上共享文件和目录。它允许多个计算机共享相同的文件系统，从而使多个计算机可以访问相同的文件和数据。

示例

1. Pod 中有一个名为“tomcat-container3”的容器，它使用了一个名为“ nfs-volume”的卷，将 NFS 挂载到了容器的“/nfs”目录下。同时，在 Pod 的“volumes”字段中定义了一个名为“nfs-volume”的卷，并指定了使用 NFS，指定 NFS 服务器的地址为“192.168.194.134”，共享路径为"/data"”

Kubernetes 节点上需要安装nfs-util客户端

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-pod

spec:
  containers:
    - name: tomcat-container3
      image: tomcat
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      ports:
        - name: tomcat-port
          containerPort:  8080

      volumeMounts:
        - name: nfs-volume
          mountPath: /nfs
  
  volumes:
    - name: nfs-volume
      nfs:
        server: 192.168.194.134
        path: /data

iscsi

• iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种基于TCP/IP的存储协议，用于在计算机网络上共享块存储设备。它允许远程计算机（即iSCSI客户端）通过网络连接访问存储设备（即iSCSI存储设备），就像它们是直接连接在本地计算机上的一样。
• 在Kubernetes中，可以将iSCSI存储设备挂载到Pod中，以为Pod提供持久性的块存储。

示例

1. me”的卷，将 iSCSI 存储设备挂载到了容器的“/mnt/data”目录下。同时，在 Pod 的“volumes”字段中定义了一个名为“my-volume”的卷，并指定了使用 iSCSI，指定 iSCSI 目标地址为“192.168.1.100:3260”，iSCSI 名称为“iqn.2022-05.com.example:storage.target01”，逻辑单元号为“0”，文件系统类型为“ext4”，只读模式为“false”。

需要在 Kubernetes 节点上安装 iSCSI 客户端软件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: my-volume
      mountPath: /mnt/data
  volumes:
  - name: my-volume
    iscsi:
      targetPortal: 192.168.1.100:3260
      iqn: iqn.2022-05.com.example:storage.target01
      lun: 0
      fsType: ext4
      readOnly: false

glusterfs

• GlusterFS是一种开源的分布式文件系统，用于在计算机网络上共享文件和目录。它是一种基于用户空间的文件系统，可以在多个服务器之间创建一个可扩展的、高可用性的存储池，从而提供高性能、可靠的存储解决方案。

• GlusterFS可以通过将多个存储节点组合成一个存储池来扩展存储容量。每个存储节点都运行一个GlusterFS客户端，用于将本地存储设备映射到存储池中。这样，多个存储节点就可以共享相同的文件系统，并提供高可用性和容错性。

s示例

1. Pod 中有一个名为“my-container”的容器，它使用了一个名为“my-volume”的卷，将 GlusterFS 文件系统挂载到了容器的“/mnt/data”目录下。同时，在 Pod 的“volumes”字段中定义了一个名为“my-volume”的卷，并指定了使用 GlusterFS，指定 GlusterFS 集群的地址为“glusterfs-cluster”，共享路径为“my-volume”，只读模式为“false”。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: my-volume
      mountPath: /mnt/data
  volumes:
  - name: my-volume
    glusterfs:
      endpoints: glusterfs-cluster
      path: my-volume
      readOnly: false

ceph

• RBD（RADOS Block Device）是一种基于Ceph存储集群的块存储协议，用于在计算机网络上共享块存储设备。它允许远程计算机（即RBD客户端）通过网络连接访问存储设备（即RBD存储设备），就像它们是直接连接在本地计算机上的一样。

• RBD协议的工作原理是将块设备映射到Ceph存储集群中的对象存储池，从而提供分布式、高可用性、高性能的块存储服务。RBD存储设备可以动态调整大小，并且可以在多个客户端之间共享。

示例

1. Pod 中有一个名为“my-container”的容器，它使用了一个名为“my-volume”的卷，将 RBD 存储设备挂载到了容器的“/mnt/data”目录下。同时，在 Pod 的“volumes”字段中定义了一个名为“my-volume”的卷，并指定了使用 RBD，指定 Ceph 存储集群的监视器地址为“192.168.1.100:6789, 192.168.1.101:6789, 192.168.1.102:6789”，对象存储池为“rbd-pool”，镜像名称为“my-image”，用户名为“admin”，密钥文件为“/etc/ceph/keyring”，文件系统类型为“xfs”，只读模式为“false”。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: my-volume
      mountPath: /mnt/data
  volumes:
  - name: my-volume
    rbd:
      monitors: [192.168.1.100:6789, 192.168.1.101:6789, 192.168.1.102:6789]
      pool: rbd-pool
      image: my-image
      user: admin
      keyring: /etc/ceph/keyring
      fsType: xfs
      readOnly: false

其他volume

• **flocker：**使用Flocker管理存储卷;
• gitRepo: 通过挂载一个空目录，并从Git库clone一个git repository以供Pod使用;
• **secret：**一个Secret Volume用于为Pod提供加密的信息，你可以 将定义在Kubernetes中的Secret直接挂载为文件让Pod访问。Secret Volume是通过TMFS（内存文件系统）实现的，这种类型的Volume总是 不会被持久化的。

在上述中挂载外部存储，如ceph，gluster，nfs，iscsi等，的时候虽然pod可以直接进行挂载，但是kubernetes更加推荐我们先需要创建一个 PersistentVolume，并将其绑定到 PersistentVolumeClaim 上。然后，在 Pod 中使用该 PersistentVolumeClaim 来挂载。后面我们将会单独并且着重的介绍pv和pvc的功能和作用。
你可以 将定义在Kubernetes中的Secret直接挂载为文件让Pod访问。Secret Volume是通过TMFS（内存文件系统）实现的，这种类型的Volume总是 不会被持久化的。