【Kubernetes】PV和PVC

2023-10-18 18:55:10

PV、PVC概念

持久卷（PersistentVolume，PV）是集群中的一块存储，可以由管理员事先供应，或者使用存储类（Storage Class）来动态供应。持久卷是集群资源，就像节点也是集群资源一样。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 对象中记述了存储的实现细节，无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。

持久卷申请（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；

用户在创建pod时使用存储卷只需要关心对应名称空间的pvc对象；而对应pv是需要集群管理管理员定义；后端存储是专门的存储管理员负责管理；pv是k8s上的一种标准资源，全称叫做 PersistentVolume 翻译成中文就是持久存储卷；它主要作用是把后端存储中的某个逻辑单元，映射为k8s上的pv资源；pv是集群级别的资源；任意名称空间都可以直接关联某一个pv；关联pv的过程我们叫做绑定pv；而对应名称空间关联某一pv需要使用pvc资源来定义；pvc全称PersistentVolumeClaim的缩写，意思就是持久存储卷申请；

在一个名称空间下创建一个pvc就是把对应名称空间同集群上的某一pv做绑定；一旦一个名称空间绑定了一个pv后，对应的pv就会从available状态转变成bond状态，其他名称空间将不能再使用，只有对应pv是available状态才能正常的被其他名称空间关联绑定；

简单讲pvc和pv的关系是一一对应的，一个pv只能对应一个pvc；至于同一名称空间下的多个pod是否能够同时使用一个PVC取决pv是否允许多路读写，对应pv是否支持多路读写取决后端存储系统；不同类型的存储系统，对应访问模式也有所不同。访问模式有三种，单路读写(ReadWriteOnce简称RWO)，多路读写(ReadWriteMany简称RWX)，多路只读(ReadOnlyMany简称ROX)；

PV、PVC、和POD的关系如下图：

示例

创建pv的yaml文件

$:~/kubernetes/pv$ cat pv-v1.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv-v1
  labels:
    storsystem: nfs-v1
    rel: stable
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes: ["ReadWriteOnce","ReadWriteMany","ReadOnlyMany"]
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  mountOptions:
  - hard
  - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /nfs/data
    server: 10.1.3.205

创建PV资源以及PV字段详解

kind

在创建pv的配置文件时， kind 字段要指定为 PersistentVolume

spec.capcity

这个字段是对持久性卷的资源和容量的描述；
spec.capacity.storage字段用来描述pv的存储用量；
为了序列化，关于存储容量使用 storage 字段来声明，值是使用 i 来结尾，比如 1Gi、150Mi。

spec.volumeMode

spec.volumeMode 字段用来描述对应存储系统提供的存储卷类型接口；该字段有以下这些值：

Filesystem（文件系统）
Block（块）

默认是 Filesystem

spec.accessModes

spec.accessModes代表着这个卷在挂载pod上的访问模式，该字段有以下值：

ReadWriteOnce
卷可以被一个节点以读写方式挂载。 ReadWriteOnce 访问模式也允许运行在同一节点上的多个 Pod 访问卷。

ReadOnlyMany
卷可以被多个节点以只读方式挂载。

ReadWriteMany
卷可以被多个节点以读写方式挂载。

ReadWriteOncePod
卷可以被单个 Pod 以读写方式挂载。如果你想确保整个集群中只有一个 Pod 可以读取或写入该 PVC，请使用ReadWriteOncePod 访问模式。这只支持 CSI 卷以及需要 Kubernetes 1.22 以上版本。

在命令行接口（CLI）中，访问模式也使用以下缩写形式：

RWO - ReadWriteOnce

ROX - ReadOnlyMany

RWX - ReadWriteMany

RWOP - ReadWriteOncePod

spec.persistentVolumeReclaimPolicy

该字段代表着一个PV卷被释放时所出的动作和存储卷回收策略，持久卷回收策略有3种：
Delete
表示当pvc删除以后，对应pv也随之删除；

Recycle
表示当pvc删除以后，对应pv的数据也随之被删除；

Retain
表示当pvc被删除以后，pv原封动，即pv也在，对应数据也在

该卷如果是手动创建，那回收策略默认是Recycle；
如果是动态创建，回收策略则是Delete

spec.mountOptions

mountOptions字段用来指定挂载选项，具体请看kubernetes官网-持久卷挂载选项

spec.nodeAffinity

每个 PV 卷可以通过设置节点亲和性来定义一些约束，进而限制从哪些节点上可以访问此卷。使用这些卷的 Pod 只会被调度到节点亲和性规则所选择的节点上执行。要设置节点亲和性，配置 PV 卷 .spec 中的 nodeAffinity。持久卷 API 参考关于该字段的更多细节。

spec.storageClassName

此持久卷卷所属的StorageClass的名称。空值表示此卷不属于任何StorageClass。

想要查看更详细的文件字段信息，请查看kubernetesAPI文档—PersistentVolumeSpec

PV的状态

每个卷会处于以下阶段（Phase）之一：
Available（可用）
卷是一个空闲资源，尚未绑定到任何申领；

Bound（已绑定）
该卷已经绑定到某申领；

Released（已释放）
所绑定的申领已被删除，但是资源尚未被集群回收；

Failed（失败）
卷的自动回收操作失败。

查看PV状态

使用命令 describe 查看PV的详细状态

$ kubectl describe pv nfs-pv-v1
Name:            nfs-pv-v1
Labels:          rel=stable
                 storsystem=nfs-v1
Annotations:     <none>
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    
Status:          Available
Claim:           
Reclaim Policy:  Retain
Access Modes:    RWO,ROX,RWX
VolumeMode:      Filesystem
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   <none>
Message:         
Source:
    Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
    Server:    10.1.3.205
    Path:      /nfs/data
    ReadOnly:  false
Events:        <none>

从上面信息可以看出，该PV的状态为Available，回收策略是Retain，访问模式是RWO,ROX,RWX，卷模式是Filesystem，容量为 1G，卷类型是 nfs，地址是10.1.3.205，path地址是/nfs/data

创建PVC资源

$ cat pvc-v1.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-pv
  namespace: default
  labels:
    storsystem: nfs-v1
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 500Mi
    limits:
      storage: 800Mi
  selector:
    matchLabels:
      storsystem: nfs-v1
      rel: stable

kind

在创建pv的配置文件时， kind 字段要指定为 PersistentVolumeClaim

spec.accessModes

spec.accessModes字段是用来指定其pvc的访问模式，一般这个模式是被pv的accessModes包含，也就说pvc的访问模式必须是pv的子集，即等于小于pv的访问模式；

spec.volumeMode

与PV资源的配置保持一致

spec.resources

resources用来描述对应pvc的存储空间限制，requests用来描述对应pvc最小容量限制，limits用来描述最大容量限制；

spec.selector

标签选择器，声明可以指定标签选择器以进一步筛选卷集。只有标签与选择器匹配的卷才能绑定到声明。选择器可以由两个字段组成
matchLabels
卷必须具有具有此值的标签

matchExpressions
通过指定键、值列表以及与键和值相关的运算符而制定的要求列表。有效运算符包括In、NotIn、Exists和DOESNOTEXTIST。

所有的需求，从匹配标签和匹配表达式，都是和在一起的——它们必须全部满足才能匹配。

应用该pvc配置文件，在查看pv和pvc的状态

## 获取pv信息
$ kubectl get pv
NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX    Retain           Bound    default/pvc-pv                           23h

## 获取pvc信息
$ kubectl get pvc
NAME     STATUS    VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-pv   Bound     nfs-pv-v1   1Gi        RWO,ROX,RWX                   28m

从以上信息可以看出，在应用PVC配置之后，PV的状态就由 Available 转变为 Bound，已经被PVC所绑定。

创建Pod挂载PVC

创建Pod的配置文件

$ cat pod-pv-nginx-yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pv
  namespace: default
  labels:
    app:  tomcat
spec:
  containers:
  - name:  nginx
    image: nginx:1.14-alpine
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - mountPath: /nfs/data
      name: nfs-pv
  volumes: 
  - name: nfs-pv
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-pv

pod在使用PVC的时候只需要在 spec.volumes 字段中声明该卷的类型是PVC，然后填上PVC的名字即可；
应用该配置，进入容器内的/nfs/data目录中写入数据，看nfs卷中是否有相对应的数据出现；

## 进入容器中
$ kubectl exec -it pod/nginx-pv -- sh
/ # ls /nfs/data
index.html

## 进入挂载目录并且创建文件
/ # cd /nfs/data
/ # touch test-nfs-pv
/ # ls
index.html   test-nfs-pv

## 退出容器，进入nfs挂载目录，看是否已经有对应的test-nfs-pv文件了
$ cd /nfs/data
:/nfs/data$ ls
index.html  test-nfs-pv

## 挂载成功

删除PV、PVC和Pod

在pod有挂载PVC，PVC又绑定PV的情况下，正确的删除顺序是

删除pod
删除PVC
删除PV

如果没有按照这个顺序去删除的话，会出现一些情况：

在没有删除pod的情况下，删除pvc
删除操作会被阻塞，结束操作后在查看pvc，状态为 Terminating

在没有删除pod的情况下，删除pv
删除操作会被阻塞，状态为 Terminating

正确删除顺序删除pod、pvc、pv
删除pod后，对应的pvc状态保持不变；删除对应pvc以后，对应pv的状态就从bound状态转变为Released状态，表示等待回收；我们在资源清单中使用的是Retain回收策略，pv和pvc都是我们人工手动回收；

码农公寓

PV、PVC概念

示例

创建PV资源以及PV字段详解

kind

spec.capcity

spec.volumeMode

spec.accessModes

spec.persistentVolumeReclaimPolicy

spec.mountOptions

spec.nodeAffinity

spec.storageClassName

PV的状态

查看PV状态

创建PVC资源

kind

spec.accessModes

spec.volumeMode

spec.resources

spec.selector

创建Pod挂载PVC

删除PV、PVC和Pod

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