Kubernetes数据持久化Persistent Volumes

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持久卷 PersistentVolumes

本文描述了 Kubernetes 中的 PersistentVolumes。要求读者有对卷 (volumes) 所有了解。

简介

存储管理跟计算管理是两个不同的问题。PersistentVolume 子系统，对存储的供应和使用做了抽象，以 API 形式提供给管理员和用户使用。要完成这一任务，我们引入了两个新的 API 资源：PersistentVolume（持久卷） 和PersistentVolumeClaim（持久卷申请）。
PersistentVolume（PV）是集群之中的一块网络存储。跟 Node 一样，也是集群的资源。PV 跟 Volume (卷) 类似，不过会有独立于 Pod 的生命周期。这一 API 对象包含了存储的实现细节，例如 NFS、iSCSI 或者其他的云提供商的存储系统。
PersistentVolumeClaim (PVC) 是用户的一个请求。他跟 Pod 类似。Pod 消费 Node 的资源，PVCs 消费 PV 的资源。Pod 能够申请特定的资源（CPU 和 内存）；Claim 能够请求特定的尺寸和访问模式（例如可以加载一个读写，以及多个只读实例）

PV 和 PVC 的生命周期

PV 是集群的资源。PVC 是对这一资源的请求，也是对资源的所有权的检验。PV 和 PVC 之间的互动遵循如下的生命周期。

 

供应
集群管理员会创建一系列的 PV。这些 PV 包含了为集群用户提供的真实存储资源。他们可利用 Kubernetes API 来消费。

绑定
用户创建一个包含了容量和访问模式的持久卷申请。Master 会监听 PVC 的产生，并尝试根据请求内容查找匹配的 PV，并把 PV 和 PVC 进行绑定。用户能够获取满足需要的资源，并且在使用过程中可能超出请求数量。

如果找不到合适的卷，这一申请就会持续处于非绑定状态，一直到出现合适的 PV。例如一个集群准备了很多的 50G 大小的持久卷，（虽然总量足够）也是无法响应 100G 的申请的，除非把 100G 的 PV 加入集群。

使用
Pod 把申请作为卷来使用。集群会通过 PVC 查找绑定的 PV，并 Mount 给 Pod。对于支持多种访问方式的卷，用户在使用 PVC 作为卷的时候，可以指定需要的访问方式。

一旦用户拥有了一个已经绑定的 PVC，被绑定的 PV 就归该用户所有了。用户的 Pods 能够通过在 Pod 的卷中包含的 PVC 来访问他们占有的 PV。

 

回收
PV 的回收策略向集群阐述了在 PVC 释放卷的时候，应如何进行后续工作。目前可以采用三种策略：保留，回收或者删除。保留策略允许重新申请这一资源。在持久卷能够支持的情况下，删除策略会同时删除持久卷以及 AWS EBS/GCE PD 或者 Cinder 卷中的存储内容。如果插件能够支持，回收策略会执行基础的擦除操作（rm -rf /thevolume/*），这一卷就能被重新申请了。

持久卷的类型

持久卷是以插件方式实现的，目前支持如下插件：

  • GCEPersistentDisk
  • AWSElasticBlockStore
  • AzureFile
  • AzureDisk
  • VsphereVolume
  • FC (Fibre Channel)**
  • NFS
  • iSCSI
  • RBD(Ceph Block Device)
  • HostPath(单节点测试使用)Single node testing only – local storage is not supported in any way and WILL NOT WORK in a multi-node cluster
  • Glusterfs(Heketi动态pv申请)

 

持久卷
每个 PV 包含一个 spec 以及 status ，用于描述该卷的规格和状态。
NFS样例：

  apiVersion: v1
  kind: PersistentVolume
  metadata:
    name: pv0003
  spec:
    capacity:
      storage: 5Gi
    accessModes:
      - ReadWriteOnce
    persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
    storageClassName: slow
    mountOptions:
      - hard
      - nfsvers=4.1
    nfs:
      path: /tmp
      server: 172.17.0.2

 

PV 的访问模式（accessModes）有三种：

  • ReadWriteOnce（RWO）：是最基本的方式，可读可写，但只支持被单个 Pod 挂载。
  • ReadOnlyMany（ROX）：可以以只读的方式被多个 Pod 挂载。
  • ReadWriteMany（RWX）：这种存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享。

 

PV 的回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy，即 PVC 释放卷的时候 PV 该如何操作）也有三种：

  • Retain，不清理, 保留 Volume（需要手动清理）
  • Recycle，删除数据，即 rm -rf /thevolume/*（只有 NFS 和 HostPath 支持）
  • Delete，删除存储资源，比如删除 AWS EBS 卷（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder 支持）

目前，只有 NFS 和 HostPath 支持 Recycle 策略，AWS EBS、GCE PD 以及 Cinder 卷支持 Delete 策略（*其他的都是 Retain 是吧。。*）。

 

PV的动态创建

上文中我们通过PersistentVolume描述文件创建了一个PV。这样的创建方式我们成为静态创建。这样的创建方式有一个弊端，那就是假如我们创建PV时指定大小为50G，而PVC请求80G的PV，那么此PVC就无法找到合适的PV来绑定。因此产生了了PV的动态创建。

PV的动态创建依赖于StorageClass对象。我们不需要手动创建任何PV，所有的工作都由StorageClass为我们完成。一个Glusterfs样例如下：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-grafana
  namespace: monitoring
  annotations:
    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "glusterfs"
spec:
  storageClassName: pvc-grafana
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

Capacity（容量）
一般来说，PV 会指定存储容量。这里需要使用 PV 的 capcity 属性。参见 Kubernetes 的 Resource Model 一文，来获取这一属性的计量单位 (Mi/Gi….)。

目前存储大小是唯一一个能够被申请的指标，今后会加入更多属性，例如 IOPS，吞吐能力等。

PVC 卷

Pod 能够借助 PVC 来访问存储。PVC 必须跟 Pod 处于同一个命名空间。集群找到 Pod 命名空间中的 PVC，然后利用 PVC 获取到背后的 PV。这个卷就会被加载到主机上，让 Pod 可以使用。

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
    - name: myfrontend
      image: dockerfile/nginx
      volumeMounts:
      - mountPath: "/var/www/html"
        name: mypd
  volumes:
    - name: mypd
      persistentVolumeClaim:
        claimName: myclaim

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