应用存储和持久化数据卷
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应用存储和持久化数据卷
在 Kubernetes 中，存储是应用的重要组成部分，尤其是对于需要持久化数据的应用，如数据库、文件存储等。Kubernetes 提供了多种存储资源来满足不同应用的需求，最重要的概念之一就是 Persistent Volume (PV) 和 Persistent Volume Claim (PVC)。
1. 存储资源类型
1.1 Ephemeral Storage（临时存储）
临时存储是指 Kubernetes 容器生命周期内存储的数据。当容器终止或者被销毁时，临时存储的数据将会丢失。临时存储的例子包括：
- emptyDir：一个临时的空目录，在容器启动时创建，容器终止时删除。
- hostPath：挂载主机上的文件或目录，通常用于调试或测试，但不适合持久化数据，因为数据会依赖宿主机。
1.2 Persistent Storage（持久化存储）
持久化存储用于存储需要在 Pod 重启或迁移时保持的数据。Kubernetes 提供了以下持久化存储解决方案：
- Persistent Volume (PV)：集群中的一块存储资源。由管理员预先配置，代表外部存储（如 NFS、GlusterFS、Ceph、云存储等）。
- Persistent Volume Claim (PVC)：用户向 Kubernetes 请求存储资源的方式。PVC 表示应用所需的存储量，Kubernetes 会将其与 PV 绑定，提供相应的存储。
1.3 其他存储类型
- ConfigMap 和 Secret：这两种 Kubernetes 资源用于存储配置信息或敏感数据，可以被容器挂载为文件或作为环境变量传递。
- StatefulSet：用于需要持久化存储的有状态应用。StatefulSet 自动管理与存储相关的细节，每个 Pod 都可以有自己的持久化存储。
2. Persistent Volumes (PV) 和 Persistent Volume Claims (PVC)
2.1 Persistent Volume (PV)
Persistent Volume (PV) 是集群中管理员预配置的存储资源。PV 可以使用多种存储技术（如 NFS、iSCSI、Ceph、云存储等）来提供持久化存储。PV 是由管理员创建的，存储资源具有生命周期，可以在多个 Pod 之间共享。
PV 是集群中的资源对象，类似于节点或 pod 的其他资源。管理员通过 YAML 文件定义 PV，并将其与物理存储资源相关联。
PV 示例：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: my-pv
spec:
capacity:
storage: 5Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
storageClassName: standard
hostPath:
path: /mnt/data
capacity: 指定存储的大小。accessModes: 定义 PV 可以被访问的模式（如ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany）。persistentVolumeReclaimPolicy: 定义回收策略，如Retain（保留）、Recycle（回收）、Delete（删除）。storageClassName: 存储的类型（例如使用某个存储类）。hostPath: 使用本地存储作为持久化存储，通常用于开发和测试环境。
2.2 Persistent Volume Claim (PVC)
Persistent Volume Claim (PVC) 是用户对存储资源的请求，它定义了需要的存储大小、访问模式等要求。PVC 会与合适的 PV 绑定，确保应用可以使用到所需的存储。
PVC 是用户创建的，它描述了应用所需的存储资源（如大小和访问模式）。Kubernetes 会根据 PVC 的要求找到适合的 PV，并将它们绑定在一起。
PVC 示例：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: my-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 5Gi
accessModes: 请求存储的访问模式。resources.requests.storage: 请求的存储大小。
当 PVC 被创建时，Kubernetes 会寻找符合该请求的 PV 并将其绑定。如果有多个 PV 满足条件，Kubernetes 会根据存储类、容量等选择最佳匹配。
2.3 PV 与 PVC 的绑定
- 动态供应：如果没有预先创建的 PV 可以满足 PVC 的请求，Kubernetes 可以使用 StorageClass 来动态创建 PV。
动态访问方式的优点： - 灵活性高，无需管理员手动干预，适合大规模、自动化环境。
- 动态供应存储卷，减少人工配置和管理的工作量。
动态访问方式的缺点： - 需要管理员配置适当的 StorageClass 和存储提供者。
- 可能存在存储资源使用不均衡的风险，需进行资源管理和监控。
动态访问示例
-
创建 StorageClass（
storageclass.yaml）：apiVersion: storage.k8s.io/v1 kind: StorageClass metadata: name: standard provisioner: kubernetes.io/aws-ebs parameters: type: gp2 -
创建 PVC 并使用 StorageClass（
pvc-dynamic.yaml）：apiVersion: v1 kind: PersistentVolumeClaim metadata: name: my-pvc spec: accessModes: - ReadWriteOnce resources: requests: storage: 5Gi storageClassName: standard在这个例子中，用户请求的 PVC 会使用
StorageClass中定义的 EBS 类型来动态供应存储。
- 静态供应：如果管理员手动创建了 PV，则 Kubernetes 会根据 PVC 的要求将 PVC 与 PV 进行匹配，并绑定在一起。
静态访问方式的优点： - 提供明确的存储资源控制，可以手动配置 PV 来匹配特定的存储需求。
- 适用于已有存储设备或对存储资源有特殊要求的场景。
静态访问方式的缺点： - 不够灵活，管理员需要预先创建 PV，管理工作量较大。
- 难以应对动态需求，特别是在存储需求变化频繁的环境中。
静态访问示例：
-
创建 PV（
pv.yaml）：apiVersion: v1 kind: PersistentVolume metadata: name: my-pv spec: capacity: storage: 10Gi volumeMode: Filesystem accessModes: - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle storageClassName: manual hostPath: path: /mnt/data -
创建 PVC（
pvc.yaml）：apiVersion: v1 kind: PersistentVolumeClaim metadata: name: my-pvc spec: accessModes: - ReadWriteOnce resources: requests: storage: 5Gi storageClassName: manual在这个例子中，管理员创建了一个 10Gi 的 PV，Pod 通过 PVC 请求 5Gi 的存储。PVC 会和符合要求的 PV（即 10Gi）绑定。
3. StorageClass 和动态卷供应
StorageClass 是一种用于动态供应存储卷的方式。管理员可以创建一个或多个 StorageClass，定义不同的存储类型和配置（例如基于不同云平台的存储）。当 PVC 指定了某个 StorageClass 时，Kubernetes 会使用该 StorageClass 中定义的策略动态创建 PV。
StorageClass 示例：
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: fast-storage
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
type: gp2
provisioner: 存储供应器，指定存储类型（如 AWS EBS、GCE PD、Ceph、NFS 等）。parameters: 存储供应器的具体参数，因供应器而异。
当 PVC 指定了 StorageClass 时，Kubernetes 会使用该类来动态创建一个 PV：
PVC 使用 StorageClass 示例：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: my-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 5Gi
storageClassName: fast-storage
4. 访问模式
PV 和 PVC 都使用 访问模式 (Access Modes) 来控制如何访问存储资源，常见的访问模式有：
- ReadWriteOnce：只能由一个节点以读写方式访问。
- ReadOnlyMany：可以由多个节点以只读方式访问。
- ReadWriteMany：可以由多个节点以读写方式访问。
选择合适的访问模式对应用非常重要，尤其是在有多个副本或多个节点时。
5. 使用场景
- 数据库存储：对于需要持久化数据的应用（如 MySQL、PostgreSQL、Redis 等数据库），可以使用 PV 和 PVC 来提供可靠的存储。
- 文件存储：如果应用需要存储文件，Kubernetes 也可以使用 PV 和 PVC 来提供持久化存储，并使文件在 Pod 重启或迁移时依然可用。
- 共享存储：某些应用可能需要多个 Pod 共享同一个存储卷。在这种情况下，可以使用 PVC 配合
ReadWriteMany或ReadOnlyMany访问模式来实现共享存储。 - 备份和恢复：PV 可以用于存储应用的备份数据，以便在应用或容器发生故障时进行恢复。
6. 管理和生命周期
Kubernetes 中的存储生命周期管理通常分为以下几种情况：
-
回收策略：
- Retain：当 PVC 被删除时，PV 保留不变，管理员需要手动回收资源。
- Recycle：删除 PVC 后，PV 的数据会被清空并重新可用（此选项已不推荐使用）。
- Delete：当 PVC 被删除时，PV 也会被删除（适用于动态供应的存储）。
-
持久化数据的迁移：可以通过 PV 和 PVC 配置，确保数据在 Pod 或容器迁移、重启时不会丢失。
7. 总结
在 Kubernetes 中，存储和持久化数据是关键的基础设施之一。Persistent Volume (PV) 和 Persistent Volume Claim (PVC) 提供了灵活的存储管理方式，使应用可以依赖于 Kubernetes 提供的持久化存储来保存数据。
- PV：管理员创建的存储资源，可能是云存储、NFS 等。
- PVC：用户的存储需求声明，Kubernetes 会根据 PVC 绑定适当的 PV。
- StorageClass：提供动态存储卷供应的功能，可以根据存储类型（如云存储）配置动态创建 PV。
通过正确使用 PV、PVC 和 StorageClass，Kubernetes 可以为容器化应用提供高效、可靠、持久的存储解决方案。
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_35861084/article/details/144735923
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