数据的持久化一直都是需要我们非常关心的问题，docker如此，K8s也不例外。在k8s中，有一个数据卷的概念。
k8s数据卷主要解决了以下两方面问题：
- 数据持久性：通常情况下，容器运行起来后，写入到其文件系统的文件时暂时性的。当容器崩溃后，kebelet将这个容器kill掉，然后生成一个新的容器，此时，新运行的容器将没有原来容器内的文件，因为容器是重新从镜像创建的。
- 数据共享：同一个pod中运行的容器之间，经常会存在共享文件/文件夹的需求。
在k8s中，Volume（数据卷）存在明确的生命周期（与包含该数据卷的容器组（pod）相同）。因此Volume的生命周期比同一容器组（pod）中任意容器的生命周期要更长，不管容器重启了多少次，数据都被保留下来。当然，如果pod不存在了，数据卷自然退出了。此时，根据pod所使用的数据卷类型不同，数据可能随着数据卷的退出而删除，也可能被真正持久化，并在下次容器组重启时仍然可以使用。
从根本上来说，一个数据卷仅仅是一个可以被pod访问的目录或文件。这个目录是怎么来的，取决于该数据卷的类型（不同类型的数据卷使用不同的存储介质）。同一个pod中的两个容器可以将一个数据卷挂载到不同的目录下。
一、数据卷类型
k8s目前支持28种数据卷类型（其中大多数特定于云环境），这里将写下在k8s中常用的几种数据卷类型
1、emptyDir
emptyDir类型的数据卷在创建pod时分配给该pod，并且直到pod被移除，该数据卷才被释放。该数据卷初始分配时，始终是一个空目录。同一个pod中的不同容器都可以对该目录执行读写操作，并且共享其中的数据（尽管不同容器可能将该数据卷挂载到容器中的不同路径）。当pod被删除后，emptyDir数据卷中的数据将被永久删除。**（注：容器奔溃时，kubelet并不会删除pod，而仅仅是将容器重启，因此emptyDir中的数据在容器崩溃并重启后，仍然是存在的）**。
emptyDir的使用场景如下：
- 空白的初始空间，例如合并/排序算法中，临时将数据保存在磁盘上。
- 长时间计算中存储检查点（中间结果），以便容器崩溃时，可以从上一次存储的检查点（中间结果）继续进行，而不是从头开始。
- 作为两个容器的共享存储，使得第一个内容管理的容器可以将生成的数据存入其中，同时由一个webserver容器对外提供这些页面。
- 默认情况下，emptyDir数据卷存储在node节点的存储介质（机械硬盘、SSD或网络存储）上。
emptyDir使用示例
// Pod的yaml文件如下
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: read-write
spec:
containers:
- name: write # 定义一个名称为write的容器
image: busybox
volumeMounts:
- mountPath: /write # 当数据持久化类型为emptyDir时，这里的路径指的是容器内的路径
name: share-volume # 指定本地的目录名
args: # 容器运行后进行写的操作
- /bin/sh
- -c
- echo "emtydir test" > /write/hello; sleep 30000
- name: read # 定义一个名称为read的容器
image: busybox
volumeMounts:
- mountPath: /read
name: share-volume # 指定本地的目录名
args: # 容器运行之后进行读操作
- /bin/sh
- -c
- cat /read/hello; sleep 30000
volumes: # 这里的volume是指对上面挂载的解释
- name: share-volume # 这里的名称必须和上述mountPath下的name的名称对应
emptyDir: {} # 这里表示是个空目录，主要是定义了一个数据持久化的类型
//执行yaml文件
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl apply -f emtydir.yaml
//进入第二个容器名为read的容器查看
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl exec -it read-write -c read /bin/sh
/ # cat /read/hello
emtydir test # #查看指定挂载的目录下是否和write容器中的内容一致
//至此，起码可以确认这两个pod是挂载了同一个本地目录，文件内容都一致。
//那么，现在看看具体挂载的是本地哪个目录？
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pod -o wide
//我这里是运行在node02节点的，所以接下来需要到node02节点上进行查看
[root@docker-k8s03 ~]# docker ps # 通过此命令查看出运行的容器ID号
CONTAINER ID IMAGE
27f7bcc70689 busybox
5835bf143694 busybox
// 查看第一个容器信息
[root@docker-k8s03 ~]# docker inspect 27f7bcc70689
"Mounts": [ # 找到mount字段
{
"Type": "bind",
"Source": "/var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume",
# 上面的source就是指定的本地目录
"Destination": "/read",
"Mode": "",
"RW": true,
"Propagation": "rprivate"
},
[root@docker-k8s03 ~]# docker inspect 5835bf143694
"Mounts": [
{
"Type": "bind",
"Source": "/var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume",
# 可以看到，上面指定的本地目录和第一个容器指定的是同一个目录
"Destination": "/write",
"Mode": "",
"RW": true,
"Propagation": "rprivate"
},
// 查看本地该目录下的内容，和pod中的一致
[root@docker-k8s03 ~]# cat /var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume/hello
emtydir test
至此，emptyDir的特性就已经验证了，只要这个pod中还有一个容器在运行，那么这个本地的数据就不会丢失，但如果这个pod被删除，那么本地的数据也将不复存在。 如下：
//node02上删除一个pod并再次查看本地目录
[root@docker-k8s03 ~]# docker rm -f 27f7bcc70689
27f7bcc70689
// 查看可以发现还在
[root@docker-k8s03 ~]# cat /var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume/hello
emtydir test
//在master上将此pod删除，再次去node01节点上查看本地目录是否存在
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl delete -f emtydir.yaml
pod "read-write" deleted
//可以看到提示不存在此目录
[root@docker-k8s03 ~]# cat /var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume/hello
cat: /var/lib/kubelet/pods/60f63940-5f06-4650-a998-864f542ac87f/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume/hello: No such file or directory
emptyDir总结 同个pod里面的不同容器，共享同一个持久化目录，当pod节点删除时，volume的内容也会被删除。但如果仅仅是容器被销毁，pod还在，则volume不会受到任何影响。说白了，emptyDir的数据持久化的生命周期和使用的pod一致。一般是作为临时存储使用。 2、HostPath数据卷类型 HostPath 类型的数据卷将 Pod（容器组）所在节点的文件系统上某一个文件或目录挂载进容器组（容器内部），类似于docker中的bind mount挂载方式。
这种数据持久化的方式，使用场景不多，因为它增加了pod与节点之间的耦合。
绝大多数容器组并不需要使用 hostPath 数据卷，但是少数情况下，hostPath 数据卷非常有用：
适用场景如下：
- 某容器需要访问 Docker，可使用 hostPath 挂载宿主节点的 /var/lib/docker
- 在容器中运行 cAdvisor，使用 hostPath 挂载宿主节点的 /sys
总言而之，一般对K8s集群本身的数据持久化和docker本身的数据持久化会使用这种方式。
3、Persistent 数据卷类型 PersistentVolume（PV存储卷）是集群中的一块存储空间，由集群管理员管理或者由Storage class（存储类）自动管理，PV和pod、deployment、Service一样，都是一个资源对象。
既然有了PV这个概念，那么PVC（PersistentVolumeClaim）这个概念也不得不说一下，PVC代表用户使用存储的请求，应用申请PV持久化空间的一个申请、声明。K8s集群可能会有多个PV，你需要不停的为不同的应用创建多个PV。
比如说，pod是消耗node节点的计算资源，而PVC存储卷声明是消耗PV的存储资源。Pod可以请求的是特定数量的计算资源（CPU或内存等），而PVC请求的是特定大小或特定访问模式（只能被单节点读写/可被多节点只读/可被多节点读写）的存储资源。
PV和PVC的关系
PV（存储卷）和PVC（存储卷声明）的关系如下图所示：
上图中的解释如下：
- PV是集群中的存储资源，通常由集群管理员创建和管理；
- StorageClass用于对PV进行分类，如果配置正确，Storage也可以根据PVC的请求动态创建PV；
- PVC是使用该资源的请求，通常由应用程序提出请求，并指定对应的StorageClass和需求的空间大小；
- PVC可以作为数据卷的一种，被挂载到pod中使用；
存储卷声明（PVC）的管理过程
PV和PVC的管理过程描述如下： 1、在主机上划分出一个单独的目录用于PV使用，并且定义其可用大小 2、创建PVC这个资源对象，以便请求PV的存储空间 3、pod中添加数据卷，数据卷关联到PVC； 4、Pod中包含容器，容器挂载数据卷
案例大概过程如下： 底层存储采用nfs存储，然后在nfs的目录下划分1G的容量供PV调度。然后通过创建PVC来申请PV的存储资源空间，最后创建pod测试，使用PVC声明的存储资源来实现数据的持久化。
1）搭建nfs存储
//为了方便操作，我直接在master上搭建nfs存储
[root@docker-k8s01 ~]# yum -y install nfs-utils
[root@docker-k8s01 ~]# systemctl enable rpcbind
[root@docker-k8s01 ~]# vim /etc/exports
/nfsdata *(rw,sync,no_root_squash)
[root@docker-k8s01 ~]# systemctl restart nfs-server
[root@docker-k8s01 ~]# systemctl enable nfs-server
[root@docker-k8s01 ~]# showmount -e
Export list for docker-k8s01:
/nfsdata *
2）创建PV资源对象
[root@docker-k8s01 ~]# cat test-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: test-pv
spec:
capacity:
storage: 1Gi // 该pv可分配的容量为1G
accessModes:
- ReadWriteOnce // 访问模式为只能以读写的方式挂载到单个节点
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle // 回收策略为Recycle
storageClassName: nfs // 定义存储类名字
nfs: // 这里和上面存储类名称要一样
path: /nfsdata/test-pv //指定nfs目录
server: 192.168.171.151 // nfs服务器的IP
//关于上述的具体解释
#capacity：指定PV的大小
#AccessModes：指定访问模式
#ReadWriteOnce：只能以读写的方式挂载到单个节点（单个节点意味着只能被单个PVC声明使用）
#ReadOnlyMany：能以只读的方式挂载到多个节点
#ReadWriteMany：能以读写的方式挂载到多个节点
#persistentVolumeReclaimPolicy：PV的回收策略
#Recycle：清除PV中的数据，然后自动回收。
#Retain:需要手动回收。
#Delete：删除云存储资源。（云存储专用）
#PS：注意这里的回收策略是指，在PV被删除后，在这个PV下所存储的源文件是否删除。
#storageClassName：PV和PVC关联的依据。
//执行yaml文件
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl apply -f test-pv.yaml
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pv test-pv
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
test-pv 1Gi RWO Recycle Available nfs 71s
注：查看PV的状态必须为Available才可以正常使用
注：查看PV的状态必须为Available才可以正常使用
注：查看PV的状态必须为Available才可以正常使用
3）创建PVC资源对象
[root@docker-k8s01 /]# cat test-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: test-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce // 定义访问模式，必须和PV定义的访问模式一致
resources:
requests:
storage: 1Gi // 直接请求使用最大的容量
storageClassName: nfs // 这里的名字必须和PV定义的名字一致
//执行yaml文件
[root@docker-k8s01 /]# kubectl apply -f test-pvc.yaml
//再次查看PV及PVC的状态（状态为bound，表示该PV正在被使用）
//查看PVC的状态
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
test-pvc Bound test-pv 1Gi RWO nfs 116s
//查看PV的状态
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pv
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
test-pv 1Gi RWO Recycle Bound default/test-pvc nfs 7m48s
4）创建一个Pod
//这里创建的pod使用刚刚创建的PV来实现数据的持久化
[root@docker-k8s01 ~]# cat test-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-pod
spec:
containers:
- name: test-pod
image: busybox
args:
- /bin/sh
- -c
- -sleep 30000
volumeMounts:
- mountPath: /testdata
name: volumedata // 自定义名称
volumes:
- name: volumedata // 需要和上方定义的名称一样，是上述的解释
persistentVolumeClaim:
claimName: test-pvc
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl apply -f test-pod.yaml
//查看pod的状态
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
test-pod 0/1 ContainerCreating 0 72s
//咦，发现他状态一直处于ContainerCreating，这是为什么哩？
//当遇到pod状态不正常时，一般我们可以采用三种方式来排错
//第一就是使用kubectl describe命令来查看pod的详细信息
//第二就是使用kubectl logs命令来查看pod的日志
//第三就是查看宿主机本机的message日志
//这里我采用第一种方法排错
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl describe pod test-pod
//输出的信息如下
mount.nfs: mounting 192.168.171.151:/nfsdata/test-pv failed, reason given by server: No such file or directory
//原来是我们在挂载nfs存储目录时，指定的目录并不存在
//那就在nfs服务器上（这里是本机）进行创建相关目录咯
[root@docker-k8s01 ~]# mkdir -p /nfsdata/test-pv
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pod test-pod
#如果pod的状态还是正在创建，那么就是因为运行该pod的节点上的kubelet组件还没有反应过来
#如果要追求pod的启动速度，可以手动将pod所在节点的kubelet组件进行重启即可。
//稍等片刻，再次查看，发现其pod已经running了
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pod test-pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
test-pod 1/1 Running 0 21s
5）测试其数据持久化的效果
//进入Pod
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl exec -it test-pod /bin/sh
/ # echo "test pv pvc" > /testdata/test.txt
//回到nfs服务器，查看共享的目录下是否有容器中写入的信息
[root@docker-k8s01 ~]# cat /nfsdata/test-pv/test.txt
test pv pvc
//现在查看到pod容器的所在节点，然后到对应节点将其删除
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl get pod test-pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
test-pod 1/1 Running 0 3m12s 10.244.1.2 docker-k8s02 <none> <none>
//在node01节点查看到其pod容器的ID号，然后将其删除
//获取容器ID
[root@docker-k8s02 ~]# docker ps
//删除刚刚创建的容器
[root@docker-k8s02 ~]# docker rm -f df8c4ec00910
//查看nfs服务器，发现其本地目录下的数据还是在的
[root@docker-k8s01 ~]# cat /nfsdata/test-pv/test.txt
test pv pvc
//那么现在测试，将这个pod删除，nfs本地的数据是否还在？
[root@docker-k8s01 ~]# kubectl delete -f test-pod.yaml
//可以看到，本地的数据还在
[root@docker-k8s01 ~]# cat /nfsdata/test-pv/test.txt
test pv pvc
//那现在要是将PVC删除呢？
[root@docker-k8s01 /]# kubectl delete -f test-pvc.yaml
persistentvolumeclaim "test-pvc" deleted
//可以看到，数据不见了
[root@docker-k8s01 /]# cat /nfsdata/test-pv/test.txt
cat: /nfsdata/test-pv/test.txt: No such file or directory
由于我们在创建pv这个资源对象时，采用的回收策略是清除PV中的数据，然后自动回收，而PV这个资源对象是由PVC来申请使用的，所以不管是容器也好，pod也好，它们的销毁并不会影响用于实现数据持久化的nfs本地目录下的数据，但是，一旦这个PVC被删除，那么本地的数据就会随着PVC的销毁而不复存在，也就是说，采用PV这种数据卷来实现数据的持久化，它这个数据持久化的生命周期是和PVC的生命周期是一致的。
