小白学k8s(12)-k8s中PV和PVC理解

2024-03-31 13:39:52

pv和pvc

pv和pvc

什么是pv和PVC

持久卷（PersistentVolume，PV）是集群中由管理员配置的一段网络存储。它是集群中的资源，就像节点是集群资源一样。PV持久卷和普通的Volume一样，也是使用卷插件来实现的，只是它们拥有独立于任何使用PV的Pod的生命周期。此API对象捕获存储实现的详细信息，包括NFS，iSCSI或特定于云提供程序的存储系统。

持久卷申领（PersistentVolumeClaim，PVC）表达的是用户对存储的请求。概念上与Pod类似。Pod会耗用节点资源，而PVC申领会耗用PV资源。Pod可以请求特定数量的资源（CPU 和内存）；同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式（例如，可以要求PV卷能够以 ReadWriteOnce、ReadOnlyMany 或 ReadWriteMany 模式之一来挂载）。

虽然PersistentVolumeClaims允许用户使用抽象存储资源，但是PersistentVolumes对于不同的问题，用户通常需要具有不同属性（例如性能）。群集管理员需要能够提供各种PersistentVolumes不同的方式，而不仅仅是大小和访问模式，而不会让用户了解这些卷的实现方式。对于这些需求，有StorageClass 资源。

StorageClass为管理员提供了一种描述他们提供的存储的“类”的方法。不同的类可能映射到服务质量级别，或备份策略，或者由群集管理员确定的任意策略。 Kubernetes本身对于什么类别代表是不言而喻的。这个概念有时在其他存储系统中称为“配置文件”。

总结下来就是

PVC：描述 Pod想要使用的持久化属性，比如存储大小、读写权限等
PV：描述一个具体的Volume属性，比如Volume的类型、挂载目录、远程存储服务器地址等
StorageClass：充当PV的模板，自动为PVC创建PV

生命周期

pv和pvc遵循以下生命周期：

1、供应准备。通过集群外的存储系统或者云平台来提供存储持久化支持。

静态提供：管理员手动创建多个PV，供PVC使用。
动态提供：动态创建PVC特定的PV，并绑定。

2、绑定。用户创建pvc并指定需要的资源和访问模式。在找到可用pv之前，pvc会保持未绑定状态。

3、使用。用户可在pod中像volume一样使用pvc。

4、释放。用户删除pvc来回收存储资源，pv将变成“released”状态。由于还保留着之前的数据，这些数据需要根据不同的策略来处理，否则这些存储资源无法被其他pvc使用。

5、回收(Reclaiming)。pv可以设置三种回收策略：保留（Retain），回收（Recycle）和删除（Delete）。

保留策略：允许人工处理保留的数据。
删除策略：将删除pv和外部关联的存储资源，需要插件支持。
回收策略：将执行清除操作，之后可以被新的pvc使用，需要插件支持。

目前只有NFS和HostPath类型卷支持回收策略，AWS EBS,GCE PD,Azure Disk和Cinder支持删除(Delete)策略。

PV创建的流程

大多数情况，持久化Volume的实现，依赖于远程存储服务，如远程文件存储（NFS、GlusterFS）、远程块存储（公有云提供的远程磁盘）等。

K8s需要使用这些存储服务，来为容器准备一个持久化的宿主机目录，以供以后挂载使用，创建这个目录分为两阶段：

1、创建一个远程块存储，相当于创建了一个磁盘，称为Attach

由Volume Controller负责维护，不断地检查每个Pod对应的PV和所在的宿主机的挂载情况。可以理解为创建了一块NFS磁盘，相当于执行

gcloud compute instances attach-disk < 虚拟机名字 > --disk < 远程磁盘名字 >

为了使用这块磁盘，还需要挂载操作

2、将这个磁盘设备挂载到宿主机的挂载点，称为Mount

将远程磁盘挂载到宿主机上，发生在Pod对应的宿主机上，是kubelet组件一部分，利用goroutine执行

相当于执行

mount -t nfs <NFS 服务器地址 >:/ /var/lib/kubelet/pods/<Pod 的 ID>/volumes/kubernetes.io~<Volume 类型 >/<Volume 名字 >

通过这个挂载操作，Volume的宿主机目录就成为了一个远程NFS目录的挂载点，以后写入的所有文件，都会被保存在NFS服务器上

如果是已经有NFS磁盘，第一步可以省略.

同样，删除PV的时候，也需要Umount和Dettach两个阶段处理

3、绑定

master中的控制环路监视新的PVC，寻找匹配的PV（如果可能），并将它们绑定在一起。如果为新的PVC动态调配PV，则该环路将始终将该PV绑定到PVC。否则，用户总会得到他们所请求的存储，但是容量可能超出要求的数量，一旦PV和PVC绑定后，Persistent Volume Claim绑定是排它性的，不管它们是如何绑定的，PVC和PV绑定是一对一映射的。

持久化卷声明的保护

PVC保护的目的是确保由Pod正在使用的PVC不会冲系统中移除，因为如果被移除的话可能会导致数据的丢失，当启用PVC保护alpha功能时，如果用户删除了一个Pod正在使用的PVC，则该PVC不会被立即删除，PVC的删除将会被推迟，直到PVC不再被任何Pod使用

注意：当Pod状态为Pending，并且Pod已经分配给节点或Pod为Running状态时，PVC处于活动状态。

PV类型

awsElasticBlockStore - AWS 弹性块存储（EBS）
azureDisk - Azure Disk
azureFile - Azure File
cephfs - CephFS volume
cinder - Cinder （OpenStack 块存储） (弃用)
csi - 容器存储接口 (CSI)
fc - Fibre Channel (FC) 存储
flexVolume - FlexVolume
flocker - Flocker 存储
gcePersistentDisk - GCE 持久化盘
glusterfs - Glusterfs 卷
hostPath - HostPath 卷 （仅供单节点测试使用；不适用于多节点集群； 请尝试使用 local 卷作为替代）
iscsi - iSCSI (SCSI over IP) 存储
local - 节点上挂载的本地存储设备
nfs - 网络文件系统 (NFS) 存储
photonPersistentDisk - Photon 控制器持久化盘。 （这个卷类型已经因对应的云提供商被移除而被弃用）。
portworxVolume - Portworx 卷
quobyte - Quobyte 卷
rbd - Rados 块设备 (RBD) 卷
scaleIO - ScaleIO 卷 (弃用)
storageos - StorageOS 卷
vsphereVolume - vSphere VMDK 卷

PV卷阶段状态

Available: 资源尚未被claim使用
Bound: 卷已经被绑定到claim了
Released: claim被删除，卷处于释放状态，但未被集群回收
Failed: 卷自动回收失败

PV访问模式

Persistent Volume可以以资源提供者支持的任何方式挂载到主机上，如下所示，供应商具有不同的功能，每个PV的访问模式都将被设置为该卷支持的特定模式。例如，NFS可以支持多个读/写客户端，但特定的NFS PV可能以只读方式导出到服务器上，每个PV都有一套自己用来描述特定功能的访问模式

ReadWriteOnce：该卷可以被单个节点以读/写模式挂载
ReadOnlyMany：该卷可以被多个节点以只读模式挂载
ReadWriteMany：该卷可以被多个节点以读/写模式挂载

在命令行中，访问模式缩写为：

RWO -- ReadWriteOnce
ROX -- ReadOnlyMany
RWX -- ReadWriteMany

注意：一个卷一次只能使用一种访问模式挂载，即使它支持很多种访问模式。例如：GCEPersistentDisk可以由单个节点作为ReadWriteOnce模式挂载，或由多个节点以ReadOnlyMany模式挂载，但不能同时挂载。

基本的使用

定义NFS PV 资源(静态):

#pv定义如下:
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs
spec:
  storageClassName: manual
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 10.244.1.4
    path: "/"

定义pvc资源:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  storageClassName: manual
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

pvc和pv匹配规则：

PV 和 PVC 的 spec 字段。比如，PV 的存储（storage）大小，必须满足 PVC的要求。
PV 和 PVC 的 storageClassName 字段必须一样。

总结

1、PVC和PV相当于面向对象的接口和实现

2、用户创建的Pod声明了PVC，K8S会找一个PV配对，如果没有PV，就去找对应的StorageClass，帮它创建一个PV，然后和PVC完成绑定

3、新创建的PV，要经过Master节点Attach为宿主机创建远程磁盘，再经过每个节点kubelet组件把Attach的远程磁盘Mount到宿主机目录

参考

【kubernetes系列11—PV和PVC详解】https://www.cnblogs.com/along21/p/10342788.html
【PV、PVC和StorageClass】https://support.huaweicloud.com/basics-cce/kubernetes_0030.html
【持久卷】https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
【存储类】https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/
【持久化存储之 PV、PVC、StorageClass】https://www.cnblogs.com/menkeyi/p/10903647.html

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