K8s: 持久化存储之卷, NFS卷

卷 Volume

1 ) 概述

容器中的文件在磁盘上是临时存放的，这给容器中运行的特殊应用程序带来一些问题
- 首先，当容器崩溃时，kubelet 将重新启动容器，容器中的文件将会丢失——因为容器会以干净的状态重建
- 其次，当在一个 Pod 中同时运行多个容器时，常常需要在这些容器之间共享文件
K8s 抽象出 Volume 对象来解决这两个问题
Docker 也有 Volume 的概念，但对它只有少量且松散的管理
在 Docker 中，Volume 是磁盘上或者另外一个容器内的一个目录
直到最近，Docker 才支持对基于本地磁盘的 Volume 的生存期进行管理
虽然 Docker 现在也能提供 Volume 驱动程序，但是目前功能还非常有限
- 每个容器只允许有一个 Volume 驱动程序，并且无法将参数传递给卷
另一方面，K8s 卷具有明确的生命周期——与包裹它的 Pod 相同
因此，卷比 Pod 中运行的任何容器的存活期都长，在容器重新启动时数据也会得到保留
当然，当一个 Pod 不再存在时，卷也将不再存在, 也许更重要的是
K8s 可以支持许多类型的卷，Pod 也能同时使用任意数量的卷
卷的核心是包含一些数据的目录，Pod 中的容器可以访问该目录
特定的卷类型可以决定这个目录如何形成的
并能决定它支持何种介质，以及目录中存放什么内容
使用卷时 , Pod 声明中需要提供卷的类型 (.spec.volumes 字段 )
和卷挂载的位置(.spec.containers.volumeMounts 字段)
K8s 提供了众多的volume类型，包括emptyDir、hostPath、nfs、glusterfs、cephfs、ceph，

2 ) 关于 emptyDir

当 Pod 指定到某个节点上时，首先创建的是一个 emptyDir 卷
并且只要 Pod 在该节点上运行，卷就一直存在
就像它的名称表示的那样，卷最初是空的
尽管 Pod 中的容器挂载 emptyDir 卷的路径可能相同也可能不同
但是这些容器都可以读写 emptyDir 卷中相同的文件
当 Pod 因为某些原因被从节点上删除时
emptyDir 卷中的数据也会永久删除
说明
- 容器崩溃并不会导致 Pod 被从节点上移除
- 因此容器崩溃时 emptyDir 卷中的数据是安全的
emptyDir 的一些用途
- 缓存空间，例如基于磁盘的归并排序
- 为耗时较长的计算任务提供检查点
- 以便任务能方便地从崩溃前状态恢复执行
- 在 Web 服务器容器服务数据时，保存内容管理器类型容器获取的文件

3 ）关于 hostPath

hostPath卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到Pod中
虽然这不是大多数Pod需要的
但是它为一些应用程序提供了强大的持久化能力

现在写一个应用 $ vi vol-hostpath.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-nginx
      name: myhostpath
  volumes:
  - name: myhostpath
    hostPath:
      path: /tmp/nginx
      type: DirectoryOrCreate # 不存在目录则创建

$ kubectl apply -f vol-hostpath.yaml
```
pod/hostpath-pod created
```

$ kubectl get pod

NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
hostpath-pod   1/1     Running   0          18m

$ kubectl exec -it hostpath-pod -- sh 进入 pod
$ ls | grep test
```
test-nginx
```
$ cd test-nginx
$ touch a.txt
$ echo 1 > a.txt
这时候在pod内 /test-nginx/a.txt 中写入了 1
现在，退出 pod, $ exit
查看pod被部署到了哪台node节点上，$ kubectl describe pod hostpath-pod | grep Node
```
Node:         node1.k8s/10.211.55.11
Node-Selectors:              <none>
```
好，定位到这个node机器上，执行 $ cat /tmp/nginx/a.txt
```
1
```
可以看到，数据是同步的了，当然 hostPath 仍然是有局限的
- 也就是和work node绑定了，如果应用服务多了，就麻烦了
- 在一台work node存在，但是在另一台却不存在

NFS 卷

1 ）概述

Network File System 简称 NFS
很多应用需要在集群内部有一个统一的地方在存储文件，比如图片，日志等等
而使用 hostPath 方式并不灵活，因为你需要指定 host 的地址
如果在node1上上传的，在node2上就找不到了，所以，hostPath不适合一般传统业务场景
我们需要，文件存储后，让所有应该都能访问到，而且要兼顾管理的便捷性
NFS 是一个成熟的技术，NFS 在大规模使用下会有性能问题
如果文件量存储较大，建议还是用对象存储
如果上传文件不多，也不大，可以推荐使用NFS
可见，NFS解决了hostPath的问题
一般，在 master 节点上装nfs服务专门管理文件存储
在node1或node2上挂nfs服务器，写文件时，会写入 master 节点上

2 ) 安装 nfs 服务

在 Master 和所有Worker Node 安装 nfs 服务
- $ yum install -y nfs-utils rpcbind centos 8 可以用 yum, centos 9已经使用dnf来
- $ sudo dnf install nfs-utils rpcbind centos 9 安装
- 注意，在centos9 上使用 yum 安装可能会出问题
- 下面就使用 dnf 和 centos 9 作为安装的环境
在 Master 节点配置 $ vi /etc/exports 修改配置
```
/nfsdata *(rw,sync,no_root_squash)
```
在 Master 节点 $ sudo exportfs -ra 修改了/etc/exports，需要重新激活配置
```
sudo exportfs -ra
```

在 Master 节点启动 NFS 服务和 rpcbind，并设置它们在系统启动时自动运行

sudo systemctl start rpcbind
sudo systemctl start nfs-server
sudo systemctl enable rpcbind
sudo systemctl enable nfs-server

在 Master节点检查 NFS 服务和 rpcbind 是否运行正常
```
sudo systemctl status rpcbind
sudo systemctl status nfs-server
```
- 检查Active的状态为: active
在 Master 节点查看挂载效果 $ showmount -e master
```
Export list for master:
/nfsdata *
```
- 目前这样即为挂载/nfsdata成功

3 ) 在 node 节点运行服务

$ vi nfs-demo1.yaml 编写yaml文件进行测试

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-pd
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx
    volumeMounts: # 上面的容器内挂载目录为
    - mountPath: /usr/share/nginx/html
      name: test-volume
  volumes: # 物理机
  - name: test-volume
    nfs:
      server: master.k8s # 这里配置的是 master 节点的 hostname
      path: /nfsdata

$ kubectl get po -w 监控 nfs pod 的状态

NAME           READY   STATUS    RESTARTS       AGE
nfs-pd         1/1     Running   0              36s

$ kubectl exec -it nfs-pd -- sh 进入pod

$ mount 执行 mount 看容器起来后，挂载哪些卷，这里是全部的

overlay on / type overlay (rw,relatime,lowerdir=/var/lib/docker/overlay2/l/TGJN2AK5DUCHXGQSXLTICMH6CV:/var/lib/docker/overlay2/l/4EYRGAW5MFRGLIJKCOJFKWNRDT:/var/lib/docker/overlay2/l/Y5QO2NJ6REXYEVRYLCHKIWZOLG:/var/lib/docker/overlay2/l/T5HUWMG4LKHET6APDBVJ25QIPE:/var/lib/docker/overlay2/l/PCJEGNJOYLSPYYP5TJBFNNAPF6:/var/lib/docker/overlay2/l/4EUOTLMHJJFA2AXOALXRHNAIOA:/var/lib/docker/overlay2/l/7WCTJFFWY4TZNAN3GM4JWTIBSV:/var/lib/docker/overlay2/l/UI7F22MIRB2NZSHHGF6U6IJU2U,upperdir=/var/lib/docker/overlay2/f3010a94dda626c9b3f8249c61f03b3e6caf6557b1193d7f9979308f7bf8d4e5/diff,workdir=/var/lib/docker/overlay2/f3010a94dda626c9b3f8249c61f03b3e6caf6557b1193d7f9979308f7bf8d4e5/work)
proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
tmpfs on /dev type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755,inode64)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,gid=5,mode=620,ptmxmode=666)
sysfs on /sys type sysfs (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
cgroup on /sys/fs/cgroup type cgroup2 (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,nsdelegate,memory_recursiveprot)
mqueue on /dev/mqueue type mqueue (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
shm on /dev/shm type tmpfs (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,size=65536k,inode64)
/dev/mapper/cs-root on /dev/termination-log type xfs (rw,relatime,attr2,inode64,logbufs=8,logbsize=32k,noquota)
/dev/mapper/cs-root on /etc/resolv.conf type xfs (rw,relatime,attr2,inode64,logbufs=8,logbsize=32k,noquota)
/dev/mapper/cs-root on /etc/hostname type xfs (rw,relatime,attr2,inode64,logbufs=8,logbsize=32k,noquota)
/dev/mapper/cs-root on /etc/hosts type xfs (rw,relatime,attr2,inode64,logbufs=8,logbsize=32k,noquota)
master.k8s:/nfsdata on /usr/share/nginx/html type nfs4 (rw,relatime,vers=4.2,rsize=262144,wsize=262144,namlen=255,hard,proto=tcp,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=10.211.55.12,local_lock=none,addr=10.211.55.13)
tmpfs on /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount type tmpfs (ro,relatime,size=1704516k,inode64)
proc on /proc/asound type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
proc on /proc/bus type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
proc on /proc/fs type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
proc on /proc/irq type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
proc on /proc/sys type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
proc on /proc/sysrq-trigger type proc (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
tmpfs on /proc/acpi type tmpfs (ro,relatime,inode64)
tmpfs on /proc/kcore type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755,inode64)
tmpfs on /proc/keys type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755,inode64)
tmpfs on /proc/timer_list type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755,inode64)
tmpfs on /proc/scsi type tmpfs (ro,relatime,inode64)
tmpfs on /sys/firmware type tmpfs (ro,relatime,inode64)

$ mount | grep nfs 查看 nfs 挂载效果

master.k8s:/nfsdata on /usr/share/nginx/html type nfs4 (rw,relatime,vers=4.2,rsize=262144,wsize=262144,namlen=255,hard,proto=tcp,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=10.211.55.12,local_lock=none,addr=10.211.55.13)