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CKA认证 | Day7 K8s存储

news 来源：原创 2025/5/14 11:33:43

第七章 Kubernetes存储

1、数据卷与数据持久卷

为什么需要数据卷？

容器中的文件在磁盘上是临时存放的，这给容器中运行比较重要的应用程序带来一些问题。

  1. 问题1：当容器升级或者崩溃时，kubelet会重建容器，容器内文件会丢失；

  2. 问题2：一个Pod中运行多个容器并需要共享文件；

Kubernetes 卷（Volume） 这一抽象概念能够解决这两个问题。

1. 数据持久化
  • 容器的无状态性：Kubernetes 中的容器是无状态的，这意味着它们在重启或重新调度时，容器内的数据会丢失。
  • 持久化数据：通过使用数据卷，可以将数据持久化到外部存储系统中，确保数据在容器生命周期外仍然存在。
2. 数据共享
  • 多容器共享数据：在某些情况下，同一个 Pod 中的多个容器需要共享数据。数据卷允许这些容器共享同一个存储卷。
  • 跨容器协作：例如，一个容器生成日志文件，另一个容器需要读取这些日志文件。
3. 数据隔离
  • 独立存储：不同的 Pod 可以使用不同的数据卷，确保数据隔离，避免数据冲突。
  • 安全性：通过将敏感数据存储在独立的数据卷中，可以提高安全性。
4. 简化配置
  • 统一管理：使用数据卷可以简化应用程序的配置，因为存储配置可以在 Kubernetes 中集中管理。
  • 灵活性：可以根据需要选择不同的存储后端（如本地存储、云存储、网络文件系统等），而不需要修改应用程序代码。
5. 生命周期管理
  • 数据生命周期：数据卷可以独立于 Pod 的生命周期管理，确保数据在 Pod 重启或删除后仍然可用。
  • 自动挂载：Kubernetes 可以自动挂载和卸载数据卷，简化操作。

常用的数据卷：

官网：Volumes | Kubernetes

  • 节点本地存储（hostPath，emptyDir）
  • 网络存储（NFS，Ceph，GlusterFS）
  • 公有云存储（AWS EBS）
  • K8S资源存储（configmap，secret）

1.1 临时数据卷：emptyDir

emptyDir卷是一个临时存储卷，与Pod生命周期绑定一起，如果 Pod删除了卷也会被删除。

应用场景：Pod中容器之间数据共享

选项：

  • sizeLimit：500Mi       //限制共享空间大小（比较少用）

示例：Pod内容器之间共享数据
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: name: emptydir-test
spec:containers:- name: write-container    //程序讲数据写入到文件image: centoscommand: ["bash","-c","for i in {1..100};do echo $i >> 
/data/hello;sleep 1;done"]volumeMounts:- name: data-volume    //通过volume卷名称引用mountPath: /data- name: read-container     //程序从文件中读取数据image: centoscommand: ["bash","-c","tail -f /data/hello"]volumeMounts:- name: data-volumemountPath: /datavolumes:      //定义卷的来源- name: data-volumeemptyDir: {}    //{}中为空值

验证1：验证容器之间是否能够共享数据

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f emptydir-test.yaml
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME            READY   STATUS    RESTARTS      AGE
emptydir-test   2/2     Running   1 (21s ago)   3m14s
# 进入write-container查看
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it emptydir-test -- bash[root@emptydir-test /]# tail -f /data/hello
...
99
100
command terminated with exit code 137
[root@emptydir-test /]# touch /data/aaa ; ls /data/     //往容器中写入临时文件
aaa  hello## 注：脚本循环结束后退出容器，按照默认的策略Always进行容器重启。
# 进入read-container查看
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it emptydir-test -c read-container -- bash
[root@emptydir-test /]# ls /data/
aaa  hello

验证2：实际存储位置（基于节点的存储）

补充：Kubelet的工作目录为/var/lib/kubelet/，负载维护Pod数据的

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS      AGE    IP              NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
emptydir-test   2/2     Running   2 (45s ago)   5m3s   10.244.114.48   k8s-node2-1-73   <none>           <none># 根据查看到的Pod所在节点，找到相应的容器ID
[root@k8s-node2-1-73 ~]# docker ps | grep emptydir-test（例如：7c26307b-b290-4bac-9a3b-6f18ffc26776）
6deb6dc27ab2   centos                                              "bash -c 'for i in {…"   44 seconds ago   Up 43 seconds             k8s_write-container_emptydir-test_default_7c26307b-b290-4bac-9a3b-6f18ffc26776_3
7bb46657087b   centos                                              "bash -c 'tail -f /d…"   7 minutes ago    Up 7 minutes              k8s_read-container_emptydir-test_default_7c26307b-b290-4bac-9a3b-6f18ffc26776_0
fd4c6c671807   registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.7   "/pause"                  7 minutes ago    Up 7 minutes              k8s_POD_emptydir-test_default_7c26307b-b290-4bac-9a3b-6f18ffc26776_0# 找到相关Pod关联的empty-dir目录，即可看到挂载的empty-dir目录内容
[root@k8s-node2-1-73 kubernetes.io~empty-dir]# pwd
/var/lib/kubelet/pods/7c26307b-b290-4bac-9a3b-6f18ffc26776/volumes/kubernetes.io~empty-dir[root@k8s-node2-1-73 kubernetes.io~empty-dir]# ls data-volume/
aaa  bbb  hello

Pod是节点级别的，Pod中的容器都是捆绑在一个节点上，所以 Pod删除了，卷也会被删除

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl delete -f emptydir-test.yaml
[root@k8s-node2-1-73 kubernetes.io~empty-dir]# ls data-volume/
ls: 无法访问data-volume/: 没有那个文件或目录

1.2 节点数据卷：hostPath

hostPath卷挂载Node的文件系统（即Pod所在节点）上文件或者目 录到Pod中的容器。

应用场景：Pod中容器需要访问宿主机的文件

选项：

  • path:    //将宿主机的目录或文件映射到容器中去

  • type:    //指定类型（目录或文件）

示例：将宿主机/tmp目录挂载到容器/data目录
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: hostpath-test
spec:containers:- name: busyboximage: busyboxargs:- /bin/sh- -c- sleep 36000volumeMounts:- name: data-volumemountPath: /datavolumes:- name: data-volumehostPath:path: /tmp        //Pod所在节点的/tmp目录type: Directory

验证：

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f hostpath-test.yaml[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE             NOMINATED NODE   READINESS GATES
hostpath-test   1/1     Running   0          86s   10.244.114.49   k8s-node2-1-73   <none>           <none># 查看Pod所在节点的/tmp目录
[root@k8s-node2-1-73 ~]# ls /tmp/
systemd-private-85c79618aae44d7cbb01bccc046ecb10-chronyd.service-UMOhQf
systemd-private-fdf2b8d40ff841319feb738a463a8f6f-chronyd.service-GJT2Mn# 进入容器查看/data目录是否有相关映射文件
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it hostpath-test -- sh
/ # ls /data/
systemd-private-85c79618aae44d7cbb01bccc046ecb10-chronyd.service-UMOhQf
systemd-private-fdf2b8d40ff841319feb738a463a8f6f-chronyd.service-GJT2Mn

1.3 网络数据卷：NFS

NFS：是一个主流的文件共享服务器（注：每个Node上都要安装nfs-utils包）

# 服务端部署
[root@k8s-node1-1-72 ~]# yum install -y nfs-utils
[root@k8s-node1-1-72 ~]# vi /etc/exports     //NFS共享配置目录
/ifs/kubernetes *(rw,no_root_squash)
# 解释：
共享目录 访问来源限制（权限）
[root@k8s-node1-1-72 ~]# mkdir -p /ifs/kubernetes[root@k8s-node1-1-72 ~]# systemctl enable nfs --now# 客户端测试
[root@k8s-node2-1-73 ~]# yum install -y nfs-utils
[root@k8s-node2-1-73 ~]# mount -t nfs 192.168.1.72:/ifs/kubernetes /mnt
[root@k8s-node2-1-73 ~]# df -Th | grep /ifs/kubernetes
192.168.1.72:/ifs/kubernetes nfs4       37G  4.3G   33G   12% /mnt

NFS卷：提供对NFS挂载支持，可以自动将NFS共享路径 挂载到Pod中

选项：

  • server: //指定NFS地址

  • path: /指定NFS共享目录

示例：将Nginx网站程序根目录持久化到 NFS存储，为多个Pod提供网站程序文件
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: nfs-podname: nfs-pod
spec:selector:matchLabels:app: nginxreplicas: 3template:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: webimage: nginxvolumeMounts:- name: data-volumemountPath: /usr/share/nginx/html    //挂载的目录volumes:- name: data-volume      //volume卷名称nfs:server: 192.168.1.72     //指定NFS地址path: /ifs/kubernetes    //NFS共享目录

验证1：容器之间的数据是否共享

[root@k8s-node2-1-73 ~]# kubectl apply -f nfs-pod.yaml
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGEnfs-pod-9b57f886-d8rzx   1/1     Running   0          10m
nfs-pod-9b57f886-tk99z   1/1     Running   0          55s
nfs-pod-9b57f886-wpr9q   1/1     Running   0          10m# 进入容器1，创建文件测试
[root@k8s-node2-1-73 ~]# kubectl exec -it nfs-pod-9b57f886-d8rzx -- bash
root@nfs-pod-9b57f886-d8rzx:/# df -Th |grep /ifs/kubernetes
192.168.1.72:/ifs/kubernetes nfs4      37G  4.3G   33G  12% /usr/share/nginx/html
root@nfs-pod-9b57f886-d8rzx:~# touch /usr/share/nginx/html/aaaaa
root@nfs-pod-9b57f886-d8rzx:~# ls /usr/share/nginx/html/
aaaaa# 进入容器2，查看文件
[root@k8s-node2-1-73 ~]# kubectl exec -it nfs-pod-9b57f886-tk99z -- bash
root@nfs-pod-9b57f886-tk99z:/# ls /usr/share/nginx/html/
aaaaa

验证2：增加/删除Pod是否能继续使用共享存储数据

# 删除Pod，查看是否能继续使用共享存储数据
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl delete pod nfs-pod-9b57f886-tk99z[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-pod-9b57f886-d8rzx   1/1     Running   0          10m
nfs-pod-9b57f886-fg7n7   1/1     Running   0          55s    //新增Pod
nfs-pod-9b57f886-wpr9q   1/1     Running   0          10m[root@k8s-node2-1-73 ~]# kubectl exec -it nfs-pod-9b57f886-fg7n7 -- bash
root@nfs-pod-9b57f886-fg7n7:/# ls /usr/share/nginx/html/
aaaaa# 增加Pod，查看是否能继续使用共享存储数据
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl scale deployment nfs-pod --replicas=5
[root@k8s-node2-1-73 ~]# kubectl exec -it nfs-pod-9b57f886-sj7m6 -- bash
root@nfs-pod-9b57f886-sj7m6:/# df -Th | grep /ifs/kubernetes
192.168.1.72:/ifs/kubernetes nfs4      37G  4.3G   33G  12% /usr/share/nginx/html
root@nfs-pod-9b57f886-sj7m6:/# ls /usr/share/nginx/html/
aaaaa

1.4 持久数据卷概述

持久卷（Persistent Volumes, PV） 是用于管理存储的重要概念。

安全性：如果要设置安全方面的认证，都需要提前将安全配置写入YAML，因此将会暴露在YAML文件中，导致安全性减低；

专业性：在应用的部署上，使用者对K8S、存储的不了解，对于建设者来说，倡导职责上的分离。

1.4.1 PV、PVC

持久卷（Persistent Volumes, PV）

  • 定义：持久卷是集群中的一块存储，由管理员配置和管理。它们独立于 Pod 的生命周期，可以被多个 Pod 使用。
  • 生命周期：持久卷的生命周期独立于 Pod，即使 Pod 被删除，数据仍然保留。

对存储资源创建和使用的抽象，使得存储作为集群中的资源管理（定义后端存储）

持久卷声明（Persistent Volume Claims, PVC）

  • 定义：持久卷声明是用户对持久卷的请求。用户不需要了解底层存储的细节，只需要声明所需的存储大小和访问模式。
  • 生命周期：持久卷声明的生命周期与 Pod 的生命周期无关，可以独立存在。
  • 绑定：持久卷声明会被绑定到一个满足其请求的持久卷上。一旦绑定，PVC 和 PV 之间是一对一的关系。

让用户不需要关心具体的Volume实现细节（访问模式、存储容量大小）

Pod申请PVC作为卷来使用，Kubernetes通过PVC查找绑定的PV，并Mount给Pod。

支持持久卷的存储插件：Persistent Volumes | Kubernetes

1.4.2 PV与PVC使用流程

官网：配置 Pod 以使用 PersistentVolume 作为存储 | Kubernetes

PVC配置示例：

---   //容器应用
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata: labels:app: my-podname: my-pod
spec:selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: webimage: nginxvolumeMounts:- name: data-volumemountPath: /usr/share/nginx/html    //挂载的目录volumes:- name: data-volumepersistentVolumeClaim:claimName: my-pvc---   //PVC 卷需求模板
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: my-pvc      //与claimName对应进行关联
spec:accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 5Gi
  • 查看PVC命令：kubectl get pvc
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-pod-6fbc98b678-42m29   0/1     Pending   0          10s
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pvc
NAME     STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
my-pvc   Pending                                                     18s

注意：如果没有可用的PV，PVC无法进行资源分配会处于在Pending状态

PV配置示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: my-pv      //随便定义
spec:capacity:storage: 5Gi     //后端存储定义资源accessModes:- ReadWriteManynfs:path: /ifs/kubernetesserver: 192.168.1.72
  • 查看PV命令：kubectl get pv
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv   5Gi        RWX            Retain           Bound    default/my-pvc                           11s
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pvc
NAME     STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
my-pvc   Bound    my-pv    5Gi        RWX                           2m30s
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-pod-6fbc98b678-42m29   1/1     Running   0          3m5s

测试：

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it my-pod-6fbc98b678-42m29 -- bash
root@my-pod-6fbc98b678-42m29:/# df -Th | grep /ifs/kubernetes
192.168.1.72:/ifs/kubernetes nfs4      37G  4.3G   33G  12% /usr/share/nginx/html
root@my-pod-6fbc98b678-42m29:/# ls /usr/share/nginx/html/
aaaaa

思考：多PV配置

挂载PV的时候，不能将挂载点挂到同一目录，为保证应用的唯一性，需要在挂载点的节点上创建各自的目录，避免冲突

多PV配置示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv001      //随便定义
spec:capacity:storage: 5Gi     //后端存储定义资源accessModes:- ReadWriteManynfs:path: /ifs/kubernetes/pv001server: 192.168.1.72
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv002      //随便定义
spec:capacity:storage: 15Gi     //后端存储定义资源accessModes:- ReadWriteManynfs:path: /ifs/kubernetes/pv002server: 192.168.1.72

总结：

1、PV与PVC怎么匹配？

主要根据PVC的存储容量和访问模式进行匹配

2、存储容量怎么匹配？

容量只会向上匹配，如已有未使用PV有10G、20G，申请5G，向上取最近的PV容量10G

3、PV与PVC的关系？

一对一，存在绑定关系

4、容量请求是否有实际的限制？

目前容量请求主要用作于PVC与PV进行匹配的，只是抽象的存在，而具体的限制取决于后端存储，即请求容量不能超过共享存储的实际容量

1.4.3 PV 生命周期

1）AccessModes（访问模式）：

AccessModes 是用来对 PV 进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：

  • ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载

  • ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，可以被多个节点挂载

  • ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载

备注：块存储（单节点）、文件系统、对象存储（多节点）

2）RECLAIM POLICY（回收策略）：

目前 PV 支持的策略有三种：

  • Retain（保留）： 保留数据，需要管理员手工清理数据（默认策略）

  • Recycle（回收）：清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /ifs/kuberneres/*（一般结合StorageClass使用，NFS暂时无法看出效果）

  • Delete（删除）：与 PV 相连的后端存储同时删除（一般结合StorageClass使用，NFS暂时无法看出效果）

persistentVolumeReclaimPolicy: 回收策略

3）STATUS（状态）：

一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：

  • Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定

  • Bound（已绑定）：表示 PV 已经被 PVC 绑定

  • Released（已释放）：PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明

  • Failed（失败）： 表示该 PV 的自动回收失败

示例：观察回收状态和默认的Retain回收策略
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv   5Gi        RWX            Retain           Bound    default/my-pvc                           7h7m## 解释：目前回收策略为 Retain ，状态为 Bound（表示 PV 已经被 PVC 绑定）
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl delete -f my-pvc.yaml
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pv
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM            STORAGECLASS   REASON   AGE
my-pv   5Gi        RWX            Retain           Released   default/my-pvc                           7h18m## 解释：连着删除Pod和PCV后，回收策略为 Retain ，状态为 Released（PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明）
[root@k8s-node1-1-72 ~]# ls /ifs/kubernetes/    //PV中的资源依旧保留，需要管理员手工清理数据
aaaaa

注意：删除PVC后，原来Bound的PV就无法继续使用，即使重新apply pvc.yaml，也是Pending状态。

思考：现在PV使用方式称为静态供给，需要K8s运维工程师提前创 建一堆PV，供开发者使用

1.5 PV 动态供给（StorageClass）

PV静态供给明显的缺点是维护成本太高了，需要提前创建PV且不灵活！ 因此，K8s开始支持PV动态供给，使用StorageClass对象实现。StorageClass可以根据客户的PVC需求，通过PVC需求自动创建后端存储PV，且自动去绑定，无需像NFS还要创建目录隔离应用。

优点：

  • PV无需额外的提前独立创建；

  • PVC直接获取，也不用等待合适的PV；

支持动态供给的存储插件：Storage Classes | Kubernetes

相关GitHub部署：https://github.com/kubernetes-sigs/sig-storage-lib-external-provisioner

了解：Volume Plugin是支持存储的类型，Internal Provisioner内部是否支持

例如NFS内部是不支持的（不能直接PVC动态供给），且K8s默认不支持NFS动态供给，需要单独部署社区开发的插件

项目地址：https://github.com/kubernetes-sigs/nfs-subdir-external-provisioner

部署StorageClass插件需要的3个文件：

cd deploy
kubectl apply -f rbac.yaml           # 授权访问apiserver
kubectl apply -f deployment.yaml     # 部署插件，需修改里面NFS服务器地址与共享目录
kubectl apply -f class.yaml          # 创建存储类(标识使用哪个存储)kubectl get sc                       # 查看存储类

补充：一个集群中可以有多个存储类，而一个存储类一般对应一个存储

流程图：

  • rbac.yaml 示例：

[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# cat rbac.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
---
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: ["create", "update", "patch"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: run-nfs-client-provisioner
subjects:- kind: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: ClusterRolename: nfs-client-provisioner-runnerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: leader-locking-nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
rules:- apiGroups: [""]resources: ["endpoints"]verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]
---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: leader-locking-nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
subjects:- kind: ServiceAccountname: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
roleRef:kind: Rolename: leader-locking-nfs-client-provisionerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  • class.yaml 配置示例：
[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# cat class.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: managed-nfs-storage     //StroagaClass存储类，在PVC中需要指定的标识（类似ingressclass选择Nginx）
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner # or choose another name, must match deployment's env PROVISIONER_NAME'  //与Deployment的变量PROVISIONER_NAME保持一致 
parameters:archiveOnDelete: "false"
  • deployment.yaml 配置示例：
[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# cat deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nfs-client-provisionerlabels:app: nfs-client-provisioner# replace with namespace where provisioner is deployednamespace: default
spec:replicas: 1strategy:type: Recreateselector:matchLabels:app: nfs-client-provisionertemplate:metadata:labels:app: nfs-client-provisionerspec:serviceAccountName: nfs-client-provisionercontainers:- name: nfs-client-provisioner    //部署了NFS供给程序的容器image: lizhenliang/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.1    //镜像地址volumeMounts:- name: nfs-client-rootmountPath: /persistentvolumesenv:- name: PROVISIONER_NAME     //class.yaml中的PROVISIONER_NAMEvalue: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner- name: NFS_SERVERvalue: 192.168.1.72     //需要指定后端NFS存储- name: NFS_PATHvalue: /ifs/kubernetesvolumes:- name: nfs-client-rootnfs:server: 192.168.1.72     //需要指定后端NFS存储path: /ifs/kubernetes
  • PVC指定存储类配置示例：
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: my-pvc
spec:storageClassName: "managed-nfs-storage"    //指定StorageClass存储类（class.yaml）accessModes:- ReadWriteMany  resources:requests:storage: 5Gi

测试1：基于NFS提供PVC动态供给

步骤1：部署NFS-StorageClass 存储类插件

[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# kubectl apply -f .
storageclass.storage.k8s.io/managed-nfs-storage created
deployment.apps/nfs-client-provisioner created
serviceaccount/nfs-client-provisioner created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/nfs-client-provisioner-runner created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/run-nfs-client-provisioner created
role.rbac.authorization.k8s.io/leader-locking-nfs-client-provisioner created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/leader-locking-nfs-client-provisioner created# 创建的Pod为deployment.yaml中的NFS供给程序容器
[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# kubectl get pods
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGEnfs-client-provisioner-5848c9cddc-zkts2   1/1     Running   0          2m27s# 创建的storageclass为class.yaml中指定的存储类
[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# kubectl get storageclass
NAME                  PROVISIONER                                   RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
managed-nfs-storage   k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner   Delete          Immediate           false                  2m54s

步骤2：在PVC中指定存储类名称

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f my-pvc.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:labels:app: my-podname: my-pod
spec:selector:matchLabels:app: my-podtemplate:metadata:labels:app: my-podspec:containers:- name: my-podimage: nginxvolumeMounts:- name: data-volumemountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumes:- name: data-volumepersistentVolumeClaim:claimName: my-pvc
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: my-pvcspec:storageClassName: "managed-nfs-storage"accessModes:- ReadWriteManyresources:requests:storage: 5Gi[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
my-pod-6fbc98b678-t2gvg                   1/1     Running   0          4m11s
nfs-client-provisioner-5848c9cddc-zkts2   1/1     Running   0          24m[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pvc     //查看PVC
NAME     STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
my-pvc   Bound    pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e   5Gi        RWX            managed-nfs-storage   3s[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pv      //查看PV
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM            STORAGECLASS          REASON   AGE
pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e   5Gi        RWX            Delete           Bound      default/my-pvc   managed-nfs-storage            6s# 进入容器查看挂载
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it my-pod-6fbc98b678-t2gvg -- bash
root@my-pod-6fbc98b678-t2gvg:/# df -Th | grep pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e
192.168.1.72:/ifs/kubernetes/default-my-pvc-pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e nfs4      37G  4.4G   33G  12% /usr/share/nginx/html

# 查看NFS服务器的挂载目录，可看到随机生成的PV目录

结论：通过基于NFS提供PVC动态供给，无需再定义单独的PV，也无需为了指定到某个NFS目录手动创建子目录，动态供给会自动帮忙实现PV及随机生成NFS子目录

注意：由于NFS提供PVC动态供给的PV的默认回收策略是 Delete ，所以在删除PVC的同时，也会将PV一起删除；在NFS目录上的文件也一并删除。

测试2：

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f my-pvc2.yaml
[root@k8s-node1-1-72 ~]# ls /ifs/kubernetes/
aaaaa  default-my-pvc2-pvc-b7769112-aea6-4533-9e5c-5d14cd67fc65  default-my-pvc-pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl delete -f my-pvc2.yaml
[root@k8s-node1-1-72 ~]# ls /ifs/kubernetes/
aaaaa  default-my-pvc-pvc-51d00de4-52ea-4f1a-988a-bc3e5b7e961e

由于考虑数据的重要性，希望删除PVC时保留数据备份

[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# vi class.yaml
...archiveOnDelete: "True"     //将archiveOnDelete修改为 True，即可在删除PVC时保留备份# 需要删除class.yaml并重新apply应用
[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# kubectl delete -f class.yaml[root@k8s-master-1-71 nfs-external-provisioner]# kubectl apply -f class.yaml
# 测试删除PVC
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl delete -f my-pvc.yaml

# 查看NFS服务器的挂载目录，原来的PV目录已重新命名（备份）

0

2、有状态应用部署初探

无状态与有状态：

Deployment控制器设计原则：管理的所有Pod一模一样且提供同一个服务（replicas），使用共享存储，之间没有连接关系，也不考虑在哪台Node运 行，可随意扩容和缩容。这种应用称为“无状态”，例如Web服务

在实际的场景中，这并不能满足所有应用，尤其是分布式应用，会部署多个实例，这些实例之间往往有 依赖关系，部署的角色也不一样，例如主从关系、主备关系，这种应用称为“有状态”，例如MySQL主从、Etcd集群

无状态特点：

  1. 每个Pod都一样，且提供同一种服务

  2. Pod之间没有连接关系

  3. 使用共享存储

有状态特点：

  1. 每个Pod不对等，角色属性也不同

  2. Pod之间有连接关系（类似数据库主从）

  3. 每个Pod的数据都是有差异化的，需要独立的存储进行持久化，否则会产生冲突

2.1 StatefulSet 控制器介绍

StatefulSet控制器用于部署有状态应用，满足一些有状态应用的需求：

  • Pod有序的部署、扩容、删除和停止

  • Pod分配一个稳定的且唯一的网络标识

  • Pod分配一个独享的存储

2.2 StatefulSet 部署应用实践

1）稳定的网络ID（域名）

使用 Headless Service（相比普通Service只是将spec.clusterIP定义为None）来维护Pod网络身份。 并且添加 serviceName: “headless-svc” 字段指定 StatefulSet控制器 要使用这个Headless Service。让StatefulSet控制器为其创建每个Pod固定的域名解析地址。

DNS解析名称：<statefulsetName-index>.<service-name> .<namespace-name>.svc.cluster.local

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl create deployment stateful-pod --image=nginx
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl expose deployment stateful-pod --port=80 --target-port=80 --dry-run=client -o yaml > headless-svc.yaml
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f headless-svc.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: headless-svcname: headless-svc
spec:clusterIP: None     //指定SVC的clusterIP为Noneports:- port: 80protocol: TCPtargetPort: 80selector:app: stateful-pod[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get svc
NAME           TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
headless-svc   ClusterIP   None             <none>        80/TCP    8s

补充：Cluster-IP为None，标识该Service为headlress无头服务，这种Service将没有负载均衡转发的功能；

2）稳定的存储

StatefulSet的存储卷 使用VolumeClaimTemplate创建，称为卷申请模板（针对StatefulSet专门设置的类型），当StatefulSet使用VolumeClaimTemplate创建 一个PersistentVolume时，同样也会为每个Pod分配并创建一个编号的PVC（一个PV对应一个PVC）

参考文档：StatefulSets | Kubernetes

参考：https://github.com/lizhenliang/k8s-statefulset

示例：StatefulSet部署（包括无头服务、StatefulSet+卷申请模）

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f statefulset-test.yaml
# headless Service 服务配置示例
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-headless     //headlessService服务名称，需要和StatefulSet的ServiceName保持一致labels:app: nginx
spec:ports:- port: 80name: webclusterIP: None     //设置cluster-IP为Noneselector:app: nginx     //指定StatefulSet的Pod# StatefulSet 配置示例
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: web
spec:selector:matchLabels:app: nginx # has to match .spec.template.metadata.labelsserviceName: "nginx-headless"  # 指定 headless Service 服务名称replicas: 3          # by default is 1minReadySeconds: 10  # by default is 0template:metadata:labels:app: nginx # has to match .spec.selector.matchLabelsspec:terminationGracePeriodSeconds: 10containers:- name: nginximage: nginxports:- containerPort: 80name: webvolumeMounts:- name: www-datamountPath: /usr/share/nginx/htmlvolumeClaimTemplates:     //卷申请模板（为StatefulSet专门设置的类型）- metadata:name: www-dataspec:accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]storageClassName: "managed-nfs-storage"    # 指定 storageClass（kubectl get sc）resources:requests:storage: 1Gi

查看信息：

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pods
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS      AGE
web-0                                     1/1     Running   0             4m32s
web-1                                     1/1     Running   0             3m31s
web-2                                     1/1     Running   0             2m51s# 查看 headless Service
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-headless   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    9m52s# 查看 headless Service 对应后端的Pod
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get ep
NAME                                          ENDPOINTS                                            AGE
nginx-headless                                10.244.114.10:80,10.244.117.50:80,10.244.117.51:80   13m# 查看 PVC
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pvc
NAME             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
www-data-web-0   Bound    pvc-c8f06f51-5048-4a43-b822-9f6bcd1bd20c   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   10m
www-data-web-1   Bound    pvc-ae9c2a66-0bcb-489e-98d0-0350d480fb68   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   9m37s
www-data-web-2   Bound    pvc-50d69a6e-d3ef-42e2-bd13-e6c954d78677   1Gi        RWO            managed-nfs-storage   8m57s# 查看 PV
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS     CLAIM                    STORAG                                                 ECLASS          REASON   AGE
pvc-50d69a6e-d3ef-42e2-bd13-e6c954d78677   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/www-data-web-2   manage                                                 d-nfs-storage            9m1s
pvc-ae9c2a66-0bcb-489e-98d0-0350d480fb68   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/www-data-web-1   manage                                                 d-nfs-storage            9m41s
pvc-c8f06f51-5048-4a43-b822-9f6bcd1bd20c   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/www-data-web-0   manage                                                 d-nfs-storage            10m

测试网络：

  • ① 一个普通的headless-service对应Deplyment的域名解析，以及headless-service对应statefulset的域名解析
  • ② 测试 statefulset的域名 网络连通性
# 创建普通的headless-service对应Deplyment的域名解析
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl create deployment web --image=nginx[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl expose deployment web --port=80 --target-port=80 --dry-run=client -o yaml > test-svc.yaml
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f test-svc.yaml（   //修改 clusterIP: None
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-headless   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    30m
web              ClusterIP   None         <none>        80/TCP    6m45s
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get ep
NAME                                          ENDPOINTS                                            AGE
nginx-headless                                10.244.114.10:80,10.244.117.50:80,10.244.117.51:80   31m
web                                           10.244.117.52:80                                     7m34s# 创建测试bs镜像pod
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl run bs --image=busybox:1.28.4 -- sleep 24h
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it bs -- sh
/ # nslookup web
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
Name:      web
Address 1: 10.244.117.52 10-244-117-52.web.default.svc.cluster.local
## DNS解析名称：<PodIP>.<service-name> .<namespace-name>.svc.cluster.local/ # nslookup nginx-headless
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
Name:      nginx-headless
Address 1: 10.244.114.10 web-1.nginx-headless.default.svc.cluster.local
Address 2: 10.244.117.50 web-0.nginx-headless.default.svc.cluster.local
Address 3: 10.244.117.51 web-2.nginx-headless.default.svc.cluster.local
## DNS解析名称：<statefulsetName-index>.<service-name> .<namespace-name>.svc.cluster.local[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it bs -- sh
/ # ping web-1.nginx-headless.default.svc.cluster.local
PING web-1.nginx-headless.default.svc.cluster.local (10.244.114.10): 56 data bytes
64 bytes from 10.244.114.10: seq=0 ttl=62 time=0.539 ms
64 bytes from 10.244.114.10: seq=1 ttl=62 time=0.474 ms

测试存储：

[root@k8s-node1-1-72 ~]# ls /ifs/kubernetes/     //自动生成独立的PV，
default-www-data-web-1-pvc-ae9c2a66-0bcb-489e-98d0-0350d480fb68
default-www-data-web-2-pvc-50d69a6e-d3ef-42e2-bd13-e6c954d78677
default-www-data-web-0-pvc-c8f06f51-5048-4a43-b822-9f6bcd1bd20c[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it web-0 -- bash
root@web-0:/# cd /usr/share/nginx/html/ ; echo 111 > index.html[root@k8s-node1-1-72 ~]# cat /ifs/kubernetes/default-www-data-web-0-pvc-c8f06f51-5048-4a43-b822-9f6bcd1bd20c/index.html
111
[root@k8s-node1-1-72 ~]# ls /ifs/kubernetes/default-www-data-web-2-pvc-50d69a6e-d3ef-42e2-bd13-e6c954d78677///目录为空
## 因此Statefulset控制器创建的每个Pod的存储为独立的

思考：在有状态环境部署下，分布式应用组件的角色不同，每个Pod也不相同，而在上述 StatefulSet部署示例中，假设运行一个etcd数据集群，有3个副本且肯定只有一个指定的镜像（镜像相同），如何区分这3个Pod的角色？

解答：通过配置文件区分（每个节点的名称、IP、存储目录区分），需要保证启动的3个副本容器，每一个都能按照自己的角色（配置文件）进行启动。而配置文件则需要根据statefulset控制器部署的Pod容器编号进行区分，判断当前启动的是第几个容器，就使用哪个配置文件进行启动，从而实现Pod的角色。例如：etcd-0.conf、etcd-1.conf、etcd-2.conf

参考同类型的案例：运行 ZooKeeper，一个分布式协调系统 | Kubernetes

— StatefulSet 与 Deployment区别：有身份的！

身份三要素（唯一性）：

  • 域名

  • 主机名

  • 存储（PVC）

3、应用程序数据存储

  • ConfigMap：存储配置文件
  • Secret：存储敏感数据

3.1 ConfigMap 存储应用配置

创建ConfigMap后，数据实际会持久化存储在K8s中Etcd，然后通过创建Pod时引用该数据。

应用场景：应用程序配置（类似配置管理中心如apollo、nacos）

Pod使用configmap数据有两种方式：

  1. 变量注入到容器里

  2. 数据卷挂载

两种数据类型：

  • 键值
  • 多行数据

相关命令：

创建ConfigMap：kubectl create configmap --from-file=path/to/bar

kubectl create configmap my-configmap --from-literal=abc=123 --from-literal=cde=456

查看ConfigMap：kubectl get configmap

官方：ConfigMap | Kubernetes

ConfigMap 配置示例：

1）部署ConfigMap的YAML

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f configmap-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: configmap-demo
data:abc: "123"     //key/value键值方式（字符串需要“”）cde: "456"redis.properties: |     //多行数据方式port: 6379host: 192.168.31.10# 查看创建的ConfigMap
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get configmap
NAME               DATA   AGE
configmap-demo     3      7s
## 备注：DATA显示为3，表示存储了3个数据，包括abc、cde、redis.properties

2）部署Pod的YAML

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl apply -f configmap-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: configmap-demo-pod
spec:containers:- name: nginximage: nginx# 定义环境变量env:- name: ABCD # 容器中的变量，请注意这里和 ConfigMap 中的键名是不一样的valueFrom:configMapKeyRef:name: configmap-demo      # 这个值来自 ConfigMapkey: abc     # 需要取值的键- name: CDEFvalueFrom:configMapKeyRef:name: configmap-demokey: cdevolumeMounts:- name: configmountPath: "/config"   # 挂载到哪个目录readOnly: true         # 挂载文件为只读volumes:# 在 Pod 级别设置卷，然后将其挂载到 Pod 内的容器中- name: configconfigMap:name: configmap-demo    # 提供想要挂载的 ConfigMap 的名字# 来自 ConfigMap 的一组键，将被创建为文件items:- key: "redis.properties"   # configmap-demo的Keypath: "redis.conf"     # 挂载后的名字

测试：进入pod中验证是否注入变量和挂载

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it configmap-test-pod-5dff5f64c6-ncmnd -- bash
root@configmap-test-pod-5dff5f64c6-ncmnd:/# echo $ABCD
123
root@configmap-test-pod-5dff5f64c6-ncmnd:/# echo $CDEF
456
root@configmap-test-pod-5dff5f64c6-ncmnd:/# cat /config/redis.conf
port: 6379
host: 192.168.31.10

3.2 Secret 存储敏感信息

与ConfigMap类似，区别在于Secret主要存储敏感数据，所有的数据要经过base64编码。

应用场景：凭据

kubectl create secret 支持三种数据类型：

  • docker-registry：存储镜像仓库认证信息（镜像仓库需要账户密码认证）
  • generic：存储用户名、密码：
    • 例如：kubectl create secret generic ssh-key-secret --from-file=ssh-privatekey=/path/to/.ssh/id_rsa --from-file=ssh-publickey=/path/to/.ssh/id_rsa.pub
    • 例如：kubectl create secret generic my-secret --from-literal=username=produser --from-literal=password=123456
  • tls：存储证书：kubectl create secret tls --cert=path/to/tls.cert --key=path/to/tls.key
    • 例如 :05 K8s网络 使用ingress - tls 部署https

相关命令：

  • 查看Secret：kubectl get secret

相关base64命令:

  • # echo -n 'admin' | base64          //加密（YWRtaW4=）
  • # echo YWRtaW4= | base64 -d  //解密（admin）

补充： 在Secret 配置文件中未作显式设定时，默认的 Secret 类型是 Opaque

命令示例：

[root@k8s-master ~]# kubectl create secret generic my-secret --from-literal=username=admin --from-literal=password=123456

YAML示例：

1）将用户名密码进行编码

[root@k8s-master-1-71 ~]# echo -n 'admin' | base64   //用户名加密
YWRtaW4=
[root@k8s-master-1-71 ~]# echo -n '123456' | base64  //密码加密
MTIzNDU2

2）部署Secret的YAML

[root@k8s-master-1-71 ~]# vi secret-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: my-secret
type: Opaque    //默认的 Secret 类型是 Opaque
data:username: YWRtaW4=password: MTIzNDU2# 查看创建的ConfigMap
[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl get secret
NAME              TYPE                DATA   AGE
secret-demo       Opaque              2      5s

TYPE类型参考：Secrets | Kubernetes

3）部署Pod的YAML

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: secret-demo-pod
spec:containers:- name: nginximage: nginx env:- name: USERNAME    # 容器中的变量valueFrom:secretKeyRef:name: secret-demokey: username- name: PASSWORD    # 容器中的变量valueFrom:secretKeyRef:name: secret-demokey: passwordvolumeMounts:- name: configmountPath: "/config"readOnly: truevolumes:- name: configsecret:secretName: secret-demoitems:- key: username path: username.txt- key: passwordpath: password.txt

备注：Pod使用Secret数据与ConfigMap方式一样

测试：进入pod中验证是否注入变量和挂载

[root@k8s-master-1-71 ~]# kubectl exec -it secret-test-pod-6554b98c8-8hrbb -- bash
root@secret-test-pod-6554b98c8-8hrbb:/# echo $USERNAME
admin
root@secret-test-pod-6554b98c8-8hrbb:/# echo $PASSWORD
123456
root@secret-test-pod-6554b98c8-8hrbb:/# ls /config/
password.txt  username.txt

课后作业

1、创建一个secret，并创建2个pod，pod1挂载该secret，路径为/secret，pod2使用环境变量引用该 secret，该变量的环境变量名为ABC

  • secret名称：my-secret
  • pod1名称：pod-volume-secret
  • pod2名称：pod-env-secret

2、 创建一个pv，再创建一个pod使用该pv

  • 容量：5Gi
  • 访问模式：ReadWriteOnce

3、创建一个pod并挂载数据卷，不可以用持久卷

  • 卷来源：emptyDir、hostPath任意
  • 挂载路径：/data

4、将pv按照名称、容量排序，并保存到/opt/pv文件

小结

本篇为 【Kubernetes CKA认证 Day7】的学习笔记，希望这篇笔记可以让您初步了解到 数据卷与数据持久卷、有状态应用部署、应用程序数据存储案例 ；课后还有扩展实践，不妨跟着我的笔记步伐亲自实践一下吧！

Tip：毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧，如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频，可私信小安，请不要害羞和回避，可以向他人请教，花点时间直到你真正的理解。

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