Kubernetes-基于StorageClass的动态存储供应

一时失言乱红尘 2022-03-26 04:16 193阅读 0赞

## 1、存储类介绍 ##

Kubernetes集群管理员通过提供不同的存储类，可以满足用户不同的服务质量级别、备份策略和任意策略要求的存储需求。动态存储卷供应使用StorageClass进行实现，其允许存储卷按需被创建。如果没有动态存储供应，Kubernetes集群的管理员将不得不通过手工的方式类创建新的存储卷。通过动态存储卷，Kubernetes将能够按照用户的需要，自动创建其需要的存储。

基于StorageClass的动态存储供应整体过程如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5X2xvbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1）集群管理员预先创建存储类（StorageClass）；

2）用户创建使用存储类的持久化存储声明(PVC：PersistentVolumeClaim)；

3）存储持久化声明通知系统，它需要一个持久化存储(PV: PersistentVolume)；

4）系统读取存储类的信息；

5）系统基于存储类的信息，在后台自动创建PVC需要的PV；

6）用户创建一个使用PVC的Pod；

7）Pod中的应用通过PVC进行数据的持久化；

8）而PVC使用PV进行数据的最终持久化处理。

## 2、定义存储类 ##

每一个存储类都包含provisioner、parameters和reclaimPolicy这三个参数域，当一个属于某个类的PersistentVolume需要被动态提供时，将会使用上述的参数域。

存储类对象的名称非常重要，用户通过名称类请求特定的存储类。管理员创建存储类对象时，会设置类的名称和其它的参数，存储类的对象一旦被创建，将不能被更新。管理员能够为PVC指定一个默认的存储类。

kind: StorageClass
    apiVersion: storage.k8s.io/v1
    metadata:
      name: standard
    # 指定存储类的供应者
    provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
    parameters:
      type: gp2
    # 指定回收策略
    reclaimPolicy: Retain
    mountOptions:
      - debug

#### 2.1 供应者 ####

存储类有一个供应者的参数域，此参数域决定PV使用什么存储卷插件。参数必需进行设置：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5X2xvbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
Kubernetes的存储类并不局限于表中的“interneal”供应者，“interneal”供应者的名称带有“[kubernetes.io][]”前缀；也可以允许和指定外部的供应者，外部供应者通过独立的程序进行实现。外部供应者的作者对代码在何处生存、如何供应、如何运行、使用什么卷插件（包括Flex）等有充分的判断权，kubernetes-incubator/external-storage仓库中存在编写外部提供者的类库。例如，NFS不是内部的供应者，但也是可以使用。在kubernetes-incubator/external-storage仓库中以列表的形式展示了一些外部的供应者，一些第三方供应商也提供了他们自己的外部供应者。

#### 2.2 提供者的参数 ####

存储类存在很多描述存储卷的参数，依赖不同的提供者可能有不同的参数。例如，对于type参数，它的值可能为io1。当一个参数被省略，则使用默认的值。

#### 2.3 回收策略 ####

通过存储类创建的持久化存储卷通过reclaimPolicy参数来指定，它的值可以是Delete或者Retain，默认为Delete。对于通过手工创建的，并使用存储类进行管理的持久化存储卷，将使用任何在创建时指定的存储卷。

#### 2.4 挂接选项 ####

通过存储类动态创建的持久化存储卷，会存在一个通过mountOptions参数指定的挂接选择。如果存储卷插件不支持指定的挂接选项，这提供存储供应就会失败，在存储类或者PV中都不会对挂接选项进行验证，因此需要在设置时进行确认。

## 3、使用存储类 ##

动态存储卷供应基于StorageClass的API对象的来实现，集群管理员能够按需定义StorageClass对象，每一个StorageClass对象能够指定一个存储卷插件（即供应者）。集群管理员能够在一个集群中定义各种存储卷供应，用户不需要了解存储的细节和复杂性，就能够选择符合自己要求的存储。

#### 3.1 启用动态供应 ####

为了启用动态供应，集群管理员需要预先为用户创建一个或者多个存储类对象。存储类对象定义了使用哪个供应者，以及供应者相关的参数。下面是存储类的一个示例，它创建一个名称为slow的存储类，使用gce供应者：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
    kind: StorageClass
    metadata:
      name: slow
    provisioner: kubernetes.io/gce-pd
    parameters:
      type: pd-standard

下面创建了一个名为“fast”的存储类，其提供类似固态磁盘的存储卷磁盘：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
    kind: StorageClass
    metadata:
      name: fast
    provisioner: kubernetes.io/gce-pd
    parameters:
      type: pd-ssd

#### 3.2 使用动态供应 ####

用户通过在PersistentVolumeClaim中包含一个存储类，来请求动态供应存储。在Kubernetes v1.6之前的版本，[通过volume.beta.kubernetes.io/storage-class注释类请求动态供应存储；在v1.6版本之后，用户应该使用PersistentVolumeClaim对象的storageClassName参数来请求动态存储。][volume.beta.kubernetes.io_storage-class_v1.6_PersistentVolumeClaim_storageClassName]

下面是请求fast存储类的持久化存储卷声明的YAML配置文件示例：

apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: claim1
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
    # 指定所使用的存储类，此存储类将会自动创建符合要求的PV
     storageClassName: fast
     resources:
        requests:
          storage: 30Gi

此声明将使用类似于固态存储磁盘，当持久化存储卷声明被删除后，存储卷也将会被销毁。

#### 3.3 默认行为 ####

如果Kubernetes的集群中没有指定存储类，集群管理员可以通过执行下面的设置，启用默认的存储类：

标记一个默认的StorageClass对象；  
确定API server中DefaultStorage接入控制器已被启用  
[管理员能够通过添加storageclass.kubernetes.io/is-default-class注释，标记一个特定的StorageClass作为默认的存储类。在集群中，如果存在一个默认的StorageClass，系统将能够在不指定storageClassName][storageclass.kubernetes.io_is-default-class_StorageClass_StorageClass_storageClassName] 的情况下创建一个PersistentVolume，DefaultStorageClass接入控制器会自动将storageClassName指向默认的存储类。注意：在一个集群中，最多只能有一个默认的存储类，如果没有默认的存储类，那么如果在PersistentVolumeClaim中没有显示指定storageClassName，则将无法创建PersistentVolume。

## 4、NFS存储类示例 ##

#### 4.1 部署nfs-provisioner ####

为nfs-provisioner实例选择存储状态和数据的存储卷，并将存储卷挂接到容器的/export 命令。

...
     volumeMounts:
        - name: export-volume
          mountPath: /export
    volumes:
      - name: export-volume
        hostPath:
          path: /tmp/nfs-provisioner
    ...

为StorageClass选择一个供应者名称，并在deploy/kubernetes/deployment.yaml进行设置。

args:
      - "-provisioner=example.com/nfs"
    ...
    完整的deployment.yaml文件内容如下：
    
    kind: Service
    apiVersion: v1
    metadata:
      name: nfs-provisioner
      labels:
        app: nfs-provisioner
    spec:
      ports:
        - name: nfs
          port: 2049
        - name: mountd
          port: 20048
        - name: rpcbind
          port: 111
        - name: rpcbind-udp
          port: 111
          protocol: UDP
      selector:
        app: nfs-provisioner
    ---
    
    apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: nfs-provisioner
    spec:
      replicas: 1
      strategy:
        type: Recreate
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nfs-provisioner
        spec:
          containers:
            - name: nfs-provisioner
              image: quay.io/kubernetes_incubator/nfs-provisioner:v1.0.8
              ports:
                - name: nfs
                  containerPort: 2049
                - name: mountd
                  containerPort: 20048
                - name: rpcbind
                  containerPort: 111
                - name: rpcbind-udp
                  containerPort: 111
                  protocol: UDP
              securityContext:
                capabilities:
                  add:
                    - DAC_READ_SEARCH
                    - SYS_RESOURCE
              args:
                # 定义提供者的名称，存储类通过此名称指定提供者
                - "-provisioner=nfs-provisioner"
              env:
                - name: POD_IP
                  valueFrom:
                    fieldRef:
                      fieldPath: status.podIP
                - name: SERVICE_NAME
                  value: nfs-provisioner
                - name: POD_NAMESPACE
                  valueFrom:
                    fieldRef:
                      fieldPath: metadata.namespace
              imagePullPolicy: "IfNotPresent"
              volumeMounts:
                - name: export-volume
                  mountPath: /export
          volumes:
            - name: export-volume
              hostPath:
                path: /srv

在设置好deploy/kubernetes/deployment.yaml文件后，通过kubectl create命令在Kubernetes集群中部署nfs-provisioner。

$ kubectl create -f {path}/deployment.yaml

#### 4.2 创建StorageClass ####

下面是example-nfs的StorageClass配置文件，此配置文件定义了一个名称为nfs-storageclass的存储类，此存储类的提供者为nfs-provisioner。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
    kind: StorageClass
    metadata:
      name: nfs-storageclass
      provisioner: nfs-provisioner

通过kubectl create -f命令使用上面的配置文件创建：

$ kubectl create -f deploy/kubernetes/class.yaml
    storageclass “example-nfs” created

在存储类被正确创建后，就可以创建PersistenetVolumeClaim来请求StorageClass，而StorageClass将会为PersistenetVolumeClaim自动创建一个可用PersistentVolume。

#### 4.3 创建PersistenetVolumeClaim ####

PersistenetVolumeClaim是对PersistenetVolume的声明，即PersistenetVolume为存储的提供者，而PersistenetVolumeClaim为存储的消费者。下面是PersistentVolumeClaim的YAML配置文件，此配置文件通过spec.storageClassName字段指定所使用的存储储类。

在此配置文件中，使用nfs-storageclass存储类为PersistenetVolumeClaim创建PersistenetVolume，所要求的PersistenetVolume存储空间大小为1Mi，可以被多个容器进行读取和写入操作。

apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: nfs-pvc
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteMany
      storageClassName： nfs-storageclass
      resources:
        requests:
          storage: 1Mi

通过kubectl create命令创建上述的持久化存储卷声明：

$ kubectl create -f {path}/claim.yaml

#### 4.4 创建使用PersistenVolumeClaim的部署 ####

在这里定义名为busybox-deployment的部署YAML配置文件，使用的镜像为busybox。基于busybox镜像的容器需要对/mnt目录下的数据进行持久化，在YAML文件指定使用名称为nfs的PersistenVolumeClaim对容器的数据进行持久化。

# This mounts the nfs volume claim into /mnt and continuously
    # overwrites /mnt/index.html with the time and hostname of the pod. 
    apiVersion: v1
    kind: Deployment
    metadata:  
      name: busybox-deployment
    spec:  
      replicas: 2  
      selector:    
        name: busybox-deployment
      template:    
        metadata:      
          labels:        
            name: busybox-deployment    
        spec:      
          containers:      
          - image: busybox        
            command:          
            - sh          
            - -c          
            - 'while true; do date > /mnt/index.html; hostname >> /mnt/index.html; sleep $(($RANDOM % 5 + 5)); done'        
            imagePullPolicy: IfNotPresent        
            name: busybox        
            volumeMounts:          
            # name must match the volume name below          
            - name: nfs            
              mountPath: "/mnt"     
         # 
         volumes:      
         - name: nfs        
           persistentVolumeClaim:          
             claimName: nfs-pvc

通过kubectl create创建busy-deployment部署：

$ kubectl create -f {path}/nfs-busybox-deployment.yaml

[原文地址][Link 1]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5X2xvbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220326/de07c708eb204268875343f9d0e00ad1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5X2xvbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220326/0b4b178c693b42f1b4bb35b35a2c5e4e.png
[kubernetes.io]: http://kubernetes.io
[volume.beta.kubernetes.io_storage-class_v1.6_PersistentVolumeClaim_storageClassName]: http://xn--volume-2u3sdu.beta.kubernetes.io/storage-class%E6%B3%A8%E9%87%8A%E7%B1%BB%E8%AF%B7%E6%B1%82%E5%8A%A8%E6%80%81%E4%BE%9B%E5%BA%94%E5%AD%98%E5%82%A8%EF%BC%9B%E5%9C%A8v1.6%E7%89%88%E6%9C%AC%E4%B9%8B%E5%90%8E%EF%BC%8C%E7%94%A8%E6%88%B7%E5%BA%94%E8%AF%A5%E4%BD%BF%E7%94%A8PersistentVolumeClaim%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84storageClassName%E5%8F%82%E6%95%B0%E6%9D%A5%E8%AF%B7%E6%B1%82%E5%8A%A8%E6%80%81%E5%AD%98%E5%82%A8%E3%80%82
[storageclass.kubernetes.io_is-default-class_StorageClass_StorageClass_storageClassName]: http://xn--storageclass-6d7tv0qfyufx2flqvakj5a4jvqt1e1ob.kubernetes.io/is-default-class%E6%B3%A8%E9%87%8A%EF%BC%8C%E6%A0%87%E8%AE%B0%E4%B8%80%E4%B8%AA%E7%89%B9%E5%AE%9A%E7%9A%84StorageClass%E4%BD%9C%E4%B8%BA%E9%BB%98%E8%AE%A4%E7%9A%84%E5%AD%98%E5%82%A8%E7%B1%BB%E3%80%82%E5%9C%A8%E9%9B%86%E7%BE%A4%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E5%A6%82%E6%9E%9C%E5%AD%98%E5%9C%A8%E4%B8%80%E4%B8%AA%E9%BB%98%E8%AE%A4%E7%9A%84StorageClass%EF%BC%8C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%B0%86%E8%83%BD%E5%A4%9F%E5%9C%A8%E4%B8%8D%E6%8C%87%E5%AE%9AstorageClassName
[Link 1]: https://www.kubernetes.org.cn/4078.html