Kubernetes 持久化存储之 StorageClass

原创

mb5ff5930cde1cd 2021-01-08 13:50:09 ©著作权

文章标签 JAVA 文章分类 Java 后端开发

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前面的课程中我们学习了 PV 和 PVC 的使用方法，但是前面的 PV 都是静态的，什么意思？就是我要使用的一个 PVC 的话就必须手动去创建一个 PV，我们也说过这种方式在很大程度上并不能满足我们的需求，比如我们有一个应用需要对存储的并发度要求比较高，而另外一个应用对读写速度又要求比较高，特别是对于 StatefulSet 类型的应用简单的来使用静态的 PV 就很不合适了，这种情况下我们就需要用到动态 PV，也就是我们今天要讲解的 StorageClass。

创建

要使用 StorageClass，我们就得安装对应的自动配置程序，比如我们这里存储后端使用的是 nfs，那么我们就需要使用到一个 nfs-client 的自动配置程序，我们也叫它 Provisioner，这个程序使用我们已经配置好的 nfs 服务器，来自动创建持久卷，也就是自动帮我们创建 PV。

自动创建的 PV 以 ${namespace}-${pvcName}-${pvName}这样的命名格式创建在 NFS 服务器上的共享数据目录中

而当这个 PV 被回收后会以 archieved-${namespace}-${pvcName}-${pvName}这样的命名格式存在 NFS 服务器上。

当然在部署 nfs-client之前，我们需要先成功安装上 nfs 服务器，前面的课程中我们已经过了，服务地址是10.151.30.57，共享数据目录是/data/k8s/，然后接下来我们部署 nfs-client 即可。

第一步：配置 Deployment，将里面的对应的参数替换成我们自己的 nfs 配置（nfs-client.yaml）

kind: Deployment

apiVersion: extensions/v1beta1

metadata:

  name: nfs-client-provisioner

spec:

  replicas: 1

  strategy:

    type: Recreate

  template:

    metadata:

      labels:

        app: nfs-client-provisioner

    spec:

      serviceAccountName: nfs-client-provisioner

      containers:

        - name: nfs-client-provisioner

          image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest

          volumeMounts:

            - name: nfs-client-root

              mountPath: /persistentvolumes

          env:

            - name: PROVISIONER_NAME

              value: fuseim.pri/ifs

            - name: NFS_SERVER

              value: 10.151.30.57

            - name: NFS_PATH

              value: /data/k8s

      volumes:

        - name: nfs-client-root

          nfs:

            server: 10.151.30.57

            path: /data/k8s

第二步：将环境变量 NFSSERVER 和 NFSPATH 替换，当然也包括下面的 nfs 配置，我们可以看到我们这里使用了一个名为 nfs-client-provisioner 的 serviceAccount，所以我们也需要创建一个 sa，然后绑定上对应的权限：（nfs-client-sa.yaml）

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

  name: nfs-client-provisioner

---

kind: ClusterRole

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

  name: nfs-client-provisioner-runner

rules:

  - apiGroups: [""]

    resources: ["persistentvolumes"]

    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]

  - apiGroups: [""]

    resources: ["persistentvolumeclaims"]

    verbs: ["get", "list", "watch", "update"]

  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]

    resources: ["storageclasses"]

    verbs: ["get", "list", "watch"]

  - apiGroups: [""]

    resources: ["events"]

    verbs: ["list", "watch", "create", "update", "patch"]

---

kind: ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

  name: run-nfs-client-provisioner

subjects:

  - kind: ServiceAccount

    name: nfs-client-provisioner

    namespace: default

roleRef:

  kind: ClusterRole

  name: nfs-client-provisioner-runner

  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

我们这里新建的一个名为 nfs-client-provisioner 的 ServiceAccount，然后绑定了一个名为 nfs-client-provisioner-runner 的 ClusterRole，而该 ClusterRole声明了一些权限，其中就包括对 persistentvolumes的增、删、改、查等权限，所以我们可以利用该 ServiceAccount来自动创建 PV。

第三步：nfs-client 的 Deployment 声明完成后，我们就可以来创建一个 StorageClass对象了：（nfs-client-class.yaml）

apiVersion: storage.k8s.io/v1

kind: StorageClass

metadata:

  name: course-nfs-storage

provisioner: fuseim.pri/ifs # or choose another name, must match deployment's env PROVISIONER_NAME'

我们声明了一个名为 course-nfs-storage 的 StorageClass对象，注意下面的 provisioner对应的值一定要和上面的 Deployment下面的 PROVISIONER_NAME 这个环境变量的值一样。

现在我们来创建这些资源对象吧：

$ kubectl create -f nfs-client.yaml

$ kubectl create -f nfs-client-sa.yaml

$ kubectl create -f nfs-client-class.yaml

创建完成后查看下资源状态：

$ kubectl get pods

NAME                                             READY     STATUS             RESTARTS   AGE

...

nfs-client-provisioner-7648b664bc-7f9pk          1/1       Running            0          7h

...

$ kubectl get storageclass

NAME                 PROVISIONER      AGE

course-nfs-storage   fuseim.pri/ifs   11s

新建

上面把 StorageClass资源对象创建成功了，接下来我们来通过一个示例测试下动态 PV，首先创建一个 PVC 对象：(test-pvc.yaml)

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

  name: test-pvc

spec:

  accessModes:

  - ReadWriteMany

  resources:

    requests:

      storage: 1Mi

我们这里声明了一个 PVC 对象，采用 ReadWriteMany 的访问模式，请求 1Mi 的空间，但是我们可以看到上面的 PVC 文件我们没有标识出任何和 StorageClass 相关联的信息，那么如果我们现在直接创建这个 PVC 对象能够自动绑定上合适的 PV 对象吗？显然是不能的(前提是没有合适的 PV)，我们这里有两种方法可以来利用上面我们创建的 StorageClass 对象来自动帮我们创建一个合适的 PV:

第一种方法：在这个 PVC 对象中添加一个声明 StorageClass 对象的标识，这里我们可以利用一个 annotations 属性来标识，如下

    kind: PersistentVolumeClaim

    apiVersion: v1

    metadata:

      name: test-pvc

      annotations:

        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "course-nfs-storage"

    spec:

      accessModes:

      - ReadWriteMany

      resources:

        requests:

          storage: 1Mi

第二种方法：我们可以设置这个 course-nfs-storage 的 StorageClass 为 Kubernetes 的默认存储后端，我们可以用 kubectl patch 命令来更新：

    $ kubectl patch storageclass course-nfs-storage -p '{"metadata": {"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"true"}}}'

上面这两种方法都是可以的，当然为了不影响系统的默认行为，我们这里还是采用第一种方法，直接创建即可：

$ kubectl create -f test-pvc.yaml

persistentvolumeclaim "test-pvc" created

$ kubectl get pvc

NAME         STATUS    VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE

...

test-pvc     Bound     pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7   1Mi        RWX            course-nfs-storage    2m

...

我们可以看到一个名为 test-pvc 的 PVC 对象创建成功了，状态已经是 Bound 了，是不是也产生了一个对应的 VOLUME 对象，最重要的一栏是 STORAGECLASS，现在是不是也有值了，就是我们刚刚创建的 StorageClass 对象 course-nfs-storage。

然后查看下 PV 对象呢：

$ kubectl get pv

NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM                STORAGECLASS          REASON    AGE

...

pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7   1Mi        RWX            Delete           Bound       default/test-pvc     course-nfs-storage              8m

...

可以看到是不是自动生成了一个关联的 PV 对象，访问模式是 RWX，回收策略是 Delete，这个 PV 对象并不是我们手动创建的吧，这是通过我们上面的 StorageClass 对象自动创建的。这就是 StorageClass 的创建方法。

测试

接下来我们还是用一个简单的示例来测试下我们上面用 StorageClass 方式声明的 PVC 对象吧：(test-pod.yaml)

kind: Pod

apiVersion: v1

metadata:

  name: test-pod

spec:

  containers:

  - name: test-pod

    image: busybox

    imagePullPolicy: IfNotPresent

    command:

    - "/bin/sh"

    args:

    - "-c"

    - "touch /mnt/SUCCESS && exit 0 || exit 1"

    volumeMounts:

    - name: nfs-pvc

      mountPath: "/mnt"

  restartPolicy: "Never"

  volumes:

  - name: nfs-pvc

    persistentVolumeClaim:

      claimName: test-pvc

上面这个 Pod 非常简单，就是用一个 busybox 容器，在 /mnt 目录下面新建一个 SUCCESS 的文件，然后把 /mnt 目录挂载到上面我们新建的 test-pvc 这个资源对象上面了，要验证很简单，只需要去查看下我们 nfs 服务器上面的共享数据目录下面是否有 SUCCESS 这个文件即可：

$ kubectl create -f test-pod.yaml

pod "test-pod" created

然后我们可以在 nfs 服务器的共享数据目录下面查看下数据：

$ ls /data/k8s/

default-test-pvc-pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7

我们可以看到下面有名字很长的文件夹，这个文件夹的命名方式是不是和我们上面的规则：${namespace}-${pvcName}-${pvName}是一样的，再看下这个文件夹下面是否有其他文件：

$ ls /data/k8s/default-test-pvc-pvc-73b5ffd2-8b4b-11e8-b585-525400db4df7

SUCCESS

我们看到下面有一个 SUCCESS 的文件，是不是就证明我们上面的验证是成功的啊。

另外我们可以看到我们这里是手动创建的一个 PVC 对象，在实际工作中，使用 StorageClass 更多的是 StatefulSet 类型的服务，StatefulSet 类型的服务我们也可以通过一个 volumeClaimTemplates 属性来直接使用 StorageClass，如下：(test-statefulset-nfs.yaml)

apiVersion: apps/v1beta1

kind: StatefulSet

metadata:

  name: nfs-web

spec:

  serviceName: "nginx"

  replicas: 3

  template:

    metadata:

      labels:

        app: nfs-web

    spec:

      terminationGracePeriodSeconds: 10

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.7.9

        ports:

        - containerPort: 80

          name: web

        volumeMounts:

        - name: www

          mountPath: /usr/share/nginx/html

  volumeClaimTemplates:

  - metadata:

      name: www

      annotations:

        volume.beta.kubernetes.io/storage-class: course-nfs-storage

    spec:

      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]

      resources:

        requests:

          storage: 1Gi

实际上 volumeClaimTemplates 下面就是一个 PVC 对象的模板，就类似于我们这里 StatefulSet 下面的 template，实际上就是一个 Pod 的模板，我们不单独创建成 PVC 对象，而用这种模板就可以动态的去创建了对象了，这种方式在 StatefulSet 类型的服务下面使用得非常多。

直接创建上面的对象：

$ kubectl create -f test-statefulset-nfs.yaml

statefulset.apps "nfs-web" created

$ kubectl get pods

NAME                                             READY     STATUS              RESTARTS   AGE

...

nfs-web-0                                        1/1       Running             0          1m

nfs-web-1                                        1/1       Running             0          1m

nfs-web-2                                        1/1       Running             0          33s

...

创建完成后可以看到上面的3个 Pod 已经运行成功，然后查看下 PVC 对象：

$ kubectl get pvc

NAME            STATUS    VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE

...

www-nfs-web-0   Bound     pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            course-nfs-storage    2m

www-nfs-web-1   Bound     pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            course-nfs-storage    2m

www-nfs-web-2   Bound     pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            course-nfs-storage    1m

...

我们可以看到是不是也生成了3个 PVC 对象，名称由模板名称 name 加上 Pod 的名称组合而成，这3个 PVC 对象也都是绑定状态了，很显然我们查看 PV 也可以看到对应的3个 PV 对象：

$ kubectl get pv

NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM                   STORAGECLASS          REASON    AGE

...                                                        1d

pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            Delete           Bound       default/www-nfs-web-0   course-nfs-storage              4m

pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            Delete           Bound       default/www-nfs-web-1   course-nfs-storage              4m

pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7   1Gi        RWO            Delete           Bound       default/www-nfs-web-2   course-nfs-storage              4m

...

查看 nfs 服务器上面的共享数据目录：

$ ls /data/k8s/

...

default-www-nfs-web-0-pvc-cc36b3ce-8b50-11e8-b585-525400db4df7

default-www-nfs-web-1-pvc-d38285f9-8b50-11e8-b585-525400db4df7

default-www-nfs-web-2-pvc-e348250b-8b50-11e8-b585-525400db4df7

...

是不是也有对应的3个数据目录，这就是我们的 StorageClass 的使用方法，对于 StorageClass 多用于 StatefulSet 类型的服务，在后面的课程中我们还学不断的接触到。

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