Kubernetes 卷存储 NFS | nfs搭建配置 原理介绍 nfs作为存储卷使用

1、NFS介绍

NFS（Network File System）是一种分布式文件系统协议，允许客户端远程访问服务器上的文件，实现数据共享。它整合多个存储设备为统一文件系统，方便数据存储和管理，支持负载均衡和故障转移，确保服务高可用和可扩展。但需注意，NFS依赖网络环境，网络状况影响其性能，且配置管理需技术经验。
nfs端口：2049
RPC端口：111w

nfs原理
工作原理主要基于客户端-服务器架构。在NFS环境中，服务器端运行NFS服务，将本地文件系统中的文件共享给网络上的其他计算机。客户端通过挂载远程NFS共享，可以像访问本地文件系统一样访问这些共享文件。
NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的机制进行实现，RPC使得客户端可以调用服务端的函数。同时，由于有 VFS 的存在，客户端可以像使用其它普通文件系统一样使用 NFS 文件系统。经由操作系统的内核，将 NFS 文件系统的调用请求通过 TCP/IP 发送至服务端的 NFS 服务。NFS服务器执行相关的操作，并将操作结果返回给客户端。
在这里插入图片描述
1.首先服务器端启动RPC服务，并开启111端口

2.服务器端启动NFS服务，并向RPC注册端口信息

3.客户端启动RPC（portmap服务），向服务端的RPC(portmap)服务请求服务端的NFS端口

4.服务端的RPC(portmap)服务反馈NFS端口信息给客户端。

5.客户端通过获取的NFS端口来建立和服务端的NFS连接并进行数据的传输。

NFS服务主要进程包括：

  • rpc.nfsd：最主要的NFS进程，管理客户端是否可登录
  • rpc.mountd：挂载和卸载NFS文件系统，包括权限管理
  • rpc.lockd：非必要，管理文件锁，避免同时写出错
  • rpc.statd：非必要，检查文件一致性，可修复文件

nfs的关键工具包括：

  • 主要配置文件：/etc/exports；
  • NFS文件系统维护命令：/usr/bin/exportfs；
  • 共享资源的日志文件： /var/lib/nfs/*tab；
  • 客户端查询共享资源命令： /usr/sbin/showmount；
  • 端口配置： /etc/sysconfig/nfs。

2、NFS服务部署

在NFS服务器端的主要配置文件为/etc/exports时，通过此配置文件可以设置共享文件目录。每条配置记录由NFS共享目录、NFS客户端地址和参数这3部分组成，格式如下：

[NFS共享目录] [NFS客户端地址1(参数1,参数2,参数3……)]

NFS共享目录：服务器上共享出去的文件目录；
NFS客户端地址：允许其访问的NFS服务器的客户端地址，可以是客户端IP地址，也可以是一个网段(192.168.64.0/24)；
访问参数：括号中逗号分隔项，主要是一些权限选项。
访问权限参数

选项描述
ro客户端对于共享文件目录为只读权限。（默认设置）
rw客户端对共享文件目录具有读写权限。

Kubernetes的NFS存储用于将某事先存在的NFS服务器导出export的存储空间挂载到Pod中来供Pod容器使用。与emptyDir不同的是，NFS存储在Pod对象终止后仅是被卸载而非删除。另外，NFS是文件系统及共享服务，它支持同时存在多路挂载请求。定义NFS存储时，常用到以下字段。

2.1安装nfs服务 (服务端配置)

#ubuntu部署
sudo apt install nfs-kernel-server

#centos部署
yum -y install rpcbind nfs-util

#创建要共享的目录
mkdir /data/redis -p    #/data/redis：NFS服务要共享的目录

#编辑NFS配置并加入以下内容
vim /etc/exports        #NFS的配置文件，默认文件内容为空（无任何共享）
/data/redis 192.168.31.0/24(rw,sync,no_all_squash,no_subtree_check,no_root_squash)
#载入配置
exportfs -rv

在这里插入图片描述

/data/redis 192.168.31.0/24(rw,sync,no_all_squash,no_subtree_check,no_root_squash)
/data/redis 192.168.31.0/24(rw,no_root_squash) #两者效果一样
#设置/redis为共享目录，允许192.168.31.0/24网段的IP地址主机访问,也可以写 * ，表示所有地址都可以访问NFS服务
#rw：访问到此目录的服务器都具备读写权限
#sync：数据同步写入内存和硬盘 默认同步，可不写入
#no_all_squash：所有用户对根目录具备完全管理访问权限 默认禁用all_squash，可不写入
#no_subtree_check：不检查父目录的权限 默认禁用subtree_check，可不写入
#root_squash选项会将这个root用户映射成一个非特权用户,此处禁用 no_root_squash

2.2启动NFS服务

#ubuntu启动
systemctl start nfs-kernel-server

#centos启动
systemctl start rpcbind //一定要先开启rpcbind服务
systemctl start nfs //如服务已启动，更改完配置信息后需要重启服务

设置开机自启

systemctl enable rpcbind

systemctl enable nfs-server

2.3 服务检查

showmount -e localhost
exportfs -v

可以看到redis共享目录信息
在这里插入图片描述

2.4 客户端配置

1.1.检查并安装软件

rpm -q rpcbind nfs-utils
yum install -y rpcbind nfs-utils
systemctl start rpcbind && systemctl start nfs
systemctl enable rpcbind && systemctl enable nfs-server

2.将共享目录挂载到本地

mount -t nfs 服务端地址:/共享目录  /mnt
showmount -e  服务端地址

在这里插入图片描述

2.5 服务测试
在服务端共享目录创建文件，在客户端挂载目录可以看到

cd /data/redis
echo "hello world" >>hello.txt

在这里插入图片描述

cd /mnt/  && cat hello.txt

在这里插入图片描述
注：也可以客户端写入，服务端查看 （客户端需要有权限）

3、nfs作为存储卷使用

3.1 nfs作为volume

nfs可以直接作为存储卷使用
下面是一个redis部署的YAML配置文件。在此示例中，redis在容器中的持久化数据保存在/data目录下；存储卷使用nfs，nfs的服务地址为：192.168.8.150，存储路径为：/k8s-nfs/redis/data。容器通过volumeMounts.name的值确定所使用的存储卷。

vi redis.yaml

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  revisionHistoryLimit: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      # 应用的镜像
      - image: redis
        name: redis
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        # 应用的内部端口
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: redis6379
        env:
        - name: ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "yes"
        - name: REDIS_PASSWORD
          value: "redis"   
        # 持久化挂接位置，在docker中 
        volumeMounts:
        - name: redis-persistent-storage
          mountPath: /data
      volumes:
      # 宿主机上的目录
      - name: redis-persistent-storage
        nfs:
          path: /data/redis
          server: 192.168.200/30

 kubectl apply -f redis.yaml

3.2 nfs存储的缺点

基于上述过程可以发现用户在使用nfs或者其他类似的存储时，要求较高：

1、需要了解底层存储用的是什么

2、需要存储服务器的地址，以及因此带来的安全问题

3、在存储服务器创建相应的存储目录
在这里插入图片描述
因此，为了能够屏蔽底层存储实现的细节，方便用户使用， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。

3.3 nfs作为PersistentVolum

在Kubernetes当前版本的中，可以创建类型为nfs的持久化存储卷，用于为PersistentVolumClaim提供存储卷。在下面的PersistenVolume YAML配置文件中，定义了一个名为nfs-pv的持久化存储卷，此存储卷提供了5G的存储空间，只能由一个PersistentVolumClaim进行可读可写操作。此持久化存储卷使用的nfs服务器地址为192.168.5.150，存储的路径为/tmp。

vi nfs-pv.yaml

apiVersion: v1 
kind: PersistentVolume 
metadata: 
  name: nfs-pv 
spec: 
  capacity: 
    storage: 5Gi 
  volumeMode: Filesystem 
  accessModes: 
  - ReadWriteOnce 
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle 
  storageClassName: slow 
  mountOptions: 
  - hard 
  - nfsvers=4.1
  # 此持久化存储卷使用nfs插件 
  nfs:
    # nfs共享目录为/data/redis 
    path: /data/redis
    # nfs服务器的地址
    server: 192.168.200.30

通过执行如下的命令可以创建上述持久化存储卷：

kubectl create -f nfs-pv.yaml

存储卷创建成功后将处于可用状态，等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim会通过访问模式和存储空间自动选择合适存储卷，并与其进行绑定。

4、nfs作为动态存储提供

部署nfs-provisioner 实现PV 动态供给（StorageClass）直通车

5、总结

1.NFS服务多用于局域网内
2.共享目录权限要适应实际生产环境
3.搭建服务时一定要先启动rpc后启动nfs
4.配置文件中的信息格式一定要对，否则报错

参考资料
1.《Persistent Volumes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
2.《Storage Classes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/storage-classes/
3.《Dynamic Volume Provisioning》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/dynamic-provisioning/
4.《Volums》地址：
https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/
5.《nfs》地址：
https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs

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