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k8s的存储

news 来源：原创 2025/8/9 7:49:25

一 configmap

1.1 configmap的功能

configMap用于保存配置数据，以键值对形式存储。
configMap 资源提供了向 Pod 注入配置数据的方法。
镜像和配置文件解耦，以便实现镜像的可移植性和可复用性。
etcd限制了文件大小不能超过1M

1.2 configmap的使用场景

填充环境变量的值
设置容器内的命令行参数
填充卷的配置文件

1.3 configmap创建方式

1.3.1 字面值创建

1.3.2 通过文件创建

文件名称是建内容是值

1.3.3 通过目录创建

1.3.4 通过yaml文件创建

1.3.5 configmap的使用方式

1.3.5.1 使用configmap填充环境变量

#讲cm中的内容映射为指定变量

#在pod命令行中使用变量

1.3.5.2 通过数据卷使用configmap

1.3.5.3 利用configMap填充pod的配置文件

#利用模板生成cm

#建立配置文件模板

#建立nginx控制器文件

#设定nginx.yml中的卷

1.3.5.4 通过热更新cm修改配置

kubectl edit cm nginx-conf
apiVersion: v1
data:
nginx.conf: |
server {
listen 8080; #端口改为8080
server_name _;
root /usr/share/nginx/html;
index index.html;
}

#查看配置文件

kubectl exec pods/nginx-8487c65cfc-cz5hd -- cat /etc/nginx/conf.d/nginx.conf
server {
listen 8080;
server_name _;
root /usr/share/nginx/html;
index index.html;
}

二 secrets配置管理

2.1 secrets的功能介绍

- Secret 对象类型用来保存敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh key。

- 敏感信息放在 secret 中比放在 Pod 的定义或者容器镜像中来说更加安全和灵活

- Pod 可以用两种方式使用 secret：

- 作为 volume 中的文件被挂载到 pod 中的一个或者多个容器里。

- 当 kubelet 为 pod 拉取镜像时使用。

- Secret的类型：

- Service Account：Kubernetes 自动创建包含访问 API 凭据的 secret，并自动修改 pod 以使用此类型的 secret。

- Opaque：使用base64编码存储信息，可以通过base64 --decode解码获得原始数据，因此安全性弱。

- kubernetes.io/dockerconfigjson：用于存储docker registry的认证信息

2.2 secrets的创建

2.2.1从文件创建

编写yaml文件

2.3 Secret的使用方法

2.3.1 将Secret挂载到Volume中

2.3.2 向指定路径映射 secret 密钥

2.3.3 将Secret设置为环境变量

2.3.4 存储docker registry的认证信息

建立私有仓库并上传镜像

#建立用于docker认证的secret

三 volumes配置管理

容器中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
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。
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。
Kubernetes 卷具有明确的生命周期与使用它的 Pod 相同
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
当一个 Pod 不再存在时，卷也将不再存在。
Kubernetes 可以支持许多类型的卷，Pod 也能同时使用任意数量的卷。
卷不能挂载到其他卷，也不能与其他卷有硬链接。 Pod 中的每个容器必须独立地指定每个卷的挂载位置。

3.1 kubernets支持的卷的类型

k8s支持的卷的类型如下：

- awsElasticBlockStore 、azureDisk、azureFile、cephfs、cinder、configMap、csi

- downwardAPI、emptyDir、fc (fibre channel)、flexVolume、flocker

- gcePersistentDisk、gitRepo (deprecated)、glusterfs、hostPath、iscsi、local、

- nfs、persistentVolumeClaim、projected、portworxVolume、quobyte、rbd

- scaleIO、secret、storageos、vsphereVolume

3.2 emptyDir卷

功能：

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。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

emptyDir 的使用场景：

缓存空间，例如基于磁盘的归并排序。
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，保存内容管理器容器获取的文件。

#测试效果

因为/ningx/html 和 cache 都是在一个卷上

3.3 hostpath卷

功能：

hostPath 卷能将主机节点文件系统上的文件或目录挂载到您的 Pod 中，不会因为pod关闭而被删除

hostPath 的一些用法

运行一个需要访问 Docker 引擎内部机制的容器,挂载 /var/lib/docker 路径。
在容器中运行 cAdvisor（监控）时，以 hostPath 方式挂载 /sys。
允许 Pod 指定给定的 hostPath 在运行 Pod 之前是否应该存在，是否应该创建以及应该以什么方式存在

hostPath的安全隐患

具有相同配置（例如从 podTemplate 创建）的多个 Pod 会由于节点上文件的不同而在不同节点上有不同的行为。
当 Kubernetes 按照计划添加资源感知的调度时，这类调度机制将无法考虑由 hostPath 使用的资源。
基础主机上创建的文件或目录只能由 root 用户写入。您需要在特权容器中以 root 身份运行进程，或者修改主机上的文件权限以便容器能够写入 hostPath 卷。

#当pod被删除后hostPath不会被清理

3.4 nfs卷

NFS 卷允许将一个现有的 NFS 服务器上的目录挂载到 Kubernetes 中的 Pod 中。这对于在多个 Pod 之间共享数据或持久化存储数据非常有用

例如，如果有多个容器需要访问相同的数据集，或者需要将容器中的数据持久保存到外部存储，NFS 卷可以提供一种方便的解决方案。

3.4.1 部署一台nfs共享主机并在所有k8s节点中安装nfs-utils

#部署nfs主机

3.4.2 部署nfs卷

测试：

3.5 PersistentVolume持久卷

3.5.1 静态持久卷pv与静态持久卷声明pvc

PersistentVolume（持久卷，简称PV）

pv是集群内由管理员提供的网络存储的一部分。
PV也是集群中的一种资源。是一种volume插件，
但是它的生命周期却是和使用它的Pod相互独立的。
PV这个API对象，捕获了诸如NFS、ISCSI、或其他云存储系统的实现细节
pv有两种提供方式：静态和动态
- 静态PV：集群管理员创建多个PV，它们携带着真实存储的详细信息，它们存在于Kubernetes API中，并可用于存储使用
- 动态PV：当管理员创建的静态PV都不匹配用户的PVC时，集群可能会尝试专门地供给volume给PVC。这种供给基于StorageClass

PersistentVolumeClaim（持久卷声明，简称PVC）

是用户的一种存储请求
它和Pod类似，Pod消耗Node资源，而PVC消耗PV资源
Pod能够请求特定的资源（如CPU和内存)。PVC能够请求指定的大小和访问的模式持久卷配置
PVC与PV的绑定是一对一的映射。没找到匹配的PV，那么PVC会无限期得处于unbound未绑定状态

volumes访问模式

ReadWriteOnce -- 该volume只能被单个节点以读写的方式映射
ReadOnlyMany -- 该volume可以被多个节点以只读方式映射
ReadWriteMany -- 该volume可以被多个节点以读写的方式映射

在命令行中，访问模式可以简写为：
- RWO - ReadWriteOnce
- ROX - ReadOnlyMany
- RWX – ReadWriteMany

volumes回收策略

Retain：保留，需要手动回收
Recycle：回收，自动删除卷中数据（在当前版本中已经废弃）
Delete：删除，相关联的存储资产，如AWS EBS，GCE PD，Azure Disk，or OpenStack Cinder卷都会被删除

volumes状态说明

Available 卷是一个空闲资源，尚未绑定到任何申领
Bound 该卷已经绑定到某申领
Released 所绑定的申领已被删除，但是关联存储资源尚未被集群回收
Failed 卷的自动回收操作失败

静态pv实例：

#在nfs主机中建立实验目录

#编写创建pv的yml文件，pv是集群资源，不在任何namespace中

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv1
spec:
capacity:
storage: 2Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
storageClassName: nfs
nfs:
path: /nfsdata/pv1
server: 192.168.10.140

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv2
spec:
capacity:
storage: 3Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
storageClassName: nfs
nfs:
path: /nfsdata/pv2
server: 192.168.10.140

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv3
spec:
capacity:
storage: 2Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadOnlyMany
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
storageClassName: nfs
nfs:
path: /nfsdata/pv3
server: 192.168.10.140

#建立pvc，pvc是pv使用的申请，需要保证和pod在一个namesapce中

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc1
spec:
storageClassName: nfs
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 1Gi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc2
spec:
storageClassName: nfs
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 2Gi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc3
spec:
storageClassName: nfs
accessModes:
- ReadOnlyMany
resources:
requests:
storage: 2Gi

#在其他namespace中无法应用

在pod中使用pvc：

访问：

四存储类storageclass

4.1 StorageClass说明

StorageClass提供了一种描述存储类（class)的方法，不同的class可能会映射到不同的服务质量等级和备份策略或其他策略等。
每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段，这些字段会在StorageClass需要动态分配 PersistentVolume 时会使用到

4.2 StorageClass的属性

Provisioner（存储分配器)：用来决定使用哪个卷插件分配 PV，该字段必须指定。可以指定内部分配器，也可以指定外部分配器。外部分配器的代码地址为： kubernetes-incubator/external-storage，其中包括NFS和Ceph等。

Reclaim Policy（回收策略）：通过reclaimPolicy字段指定创建的Persistent Volume的回收策略，回收策略包括：Delete 或者 Retain，没有指定默认为Delete。

4.3 存储分配器NFS Client Provisioner

NFS Client Provisioner是一个automatic provisioner，使用NFS作为存储，自动创建PV和对应的PVC，本身不提供NFS存储，需要外部先有一套NFS存储服务。
PV以 ${namespace}-${pvcName}-${pvName}的命名格式提供（在NFS服务器上)
PV回收的时候以 archieved-${namespace}-${pvcName}-${pvName} 的命名格式（在NFS服务器上)

4.4 部署NFS Client Provisioner

4.4.1 创建sa并授权

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: nfs-client-provisioner
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: nfs-client-provisioner
namespace: nfs-client-provisioner
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
name: nfs-client-provisioner-runner
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["nodes"]
verbs: ["get", "list", "watch"]
- 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: ServiceAccount
name: nfs-client-provisioner
namespace: nfs-client-provisioner
roleRef:
kind: ClusterRole
name: nfs-client-provisioner-runner
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
name: leader-locking-nfs-client-provisioner
namespace: nfs-client-provisioner
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
namespace: nfs-client-provisioner
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: nfs-client-provisioner
namespace: nfs-client-provisioner
roleRef:
kind: Role
name: leader-locking-nfs-client-provisioner
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

4.4.2 部署应用

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nfs-client-provisioner
labels:
app: nfs-client-provisioner
namespace: nfs-client-provisioner
spec:
replicas: 1
strategy:
type: Recreate
selector:
matchLabels:
app: nfs-client-provisioner
template:
metadata:
labels:
app: nfs-client-provisioner
spec:
serviceAccountName: nfs-client-provisioner
containers:
- name: nfs-client-provisioner
image: sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2
volumeMounts:
- name: nfs-client-root
mountPath: /persistentvolumes
env:
- name: PROVISIONER_NAME
value: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
- name: NFS_SERVER
value: 192.168.10.140
- name: NFS_PATH
value: /nfsdata
volumes:
- name: nfs-client-root
nfs:
server: 192.168.10.140
path: /nfsdata

4.4.3 创建存储类

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: nfs-client
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
parameters:
archiveOnDelete: "false"

4.4.4 创建pvc

自动创建目录

4.4.5 创建测试pod

4.4.6 设置默认存储类

在未设定默认存储类时pvc必须指定使用类的名称
在设定存储类后创建pvc时可以不用指定storageClassName

#一次性指定多个pvc

#一次性指定多个pvc
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc1
spec:
storageClassName: nfs-client
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 1Gi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc2
spec:
storageClassName: nfs-client
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 2Gi

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc3
spec:
storageClassName: nfs-client
accessModes:
- ReadOnlyMany
resources:
requests:
storage: 2Gi

设定默认存储类

kubectl edit sc nfs-client

#测试

五 statefulset控制器

5.1 功能特性

Statefulset是为了管理有状态服务的问提设计的
StatefulSet将应用状态抽象成了两种情况：
拓扑状态：应用实例必须按照某种顺序启动。新创建的Pod必须和原来Pod的网络标识一样
存储状态：应用的多个实例分别绑定了不同存储数据。
StatefulSet给所有的Pod进行了编号，编号规则是：$(statefulset名称)-$(序号)，从0开始。
Pod被删除后重建，重建Pod的网络标识也不会改变,Pod的拓扑状态按照Pod的“名字+编号”的方式固定下来,并且为每个Pod提供了一个固定且唯一的访问入口,Pod对应的DNS记录。

5.2 StatefulSet的组成部分

Headless Service：用来定义pod网络标识，生成可解析的DNS记录
volumeClaimTemplates：创建pvc，指定pvc名称大小，自动创建pvc且pvc由存储类供应。
StatefulSet：管理pod的

5.3 构建方法

#建立无头服务

#建立statefulset

[root@master volumes]# cat statefulset.yml
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
name: web
spec:
serviceName: "nginx-svc"
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: reg.timinglee.org/2/nginx:latest
volumeMounts:
- name: www
mountPath: /usr/share/nginx/html

volumeClaimTemplates:
- metadata:
name: www
spec:
storageClassName: nfs-client
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 1Gi

5.4 测试：

#为每个pod建立index.html文件

#建立测试pod访问web-0~2

#删掉重新建立statefulset

#访问依然不变

5.5 statefulset的弹缩

用命令改变副本数

kubectl scale statefulsets <stateful-set-name> --replicas=<new-replicas>

通过编辑配置改变副本数

$ kubectl edit statefulsets.apps <stateful-set-name>