Kubernetes中的存储方式

一时失言乱红尘 2023-01-12 10:11 157阅读 0赞

## 一、存储方式 ##

*  ConfigMap
 *  Secret
 *  Volume
 *  Persistent Volume

### 1.1 ConfigMap ###

ConfigMap功能在Kubernetes1.2版本中引入，许多应用程序会从**配置文件**、**命令行参数**或**环境变量**中读取配置信息。ConfigMap API给我们提供了向容器中注入配置信息的机制，ConfigMap可以被用来保存单个属性，也可以用来保存整个配置文件或者JSON二进制大对象

#### 1.1.1 ConfigMap的创建 ####

**1、使用目录创建**

$ ls docs/user-guide/configmap/kubectl/
    game.properties
    ui.properties
    
    $ cat docs/user-guide/configmap/kubectl/game.properties
    $ cat docs/user-guide/configmap/kubectl/ui.properties
    // 创建configmap
    $ kubectl create configmap game-config --from-file=docs/user-guide/configmap/kubectl

**其中，–from-file 指定在目录下的所有文件都会被用在ConfigMap里面创建一个键值对，键的名字就是文件名，值就是文件的内容**

**2、使用文件创建**  
只要指定为一个文件就可以从单个文件中创建ConfigMap

// 与上面的区别是一个使用的是目录，一个使用的是文件
    $ kubectl create configmap game-config-2 --from-file=docs/user-guide/configmap/kubectl/game.properties
    $ kubectl get configmap game-config-2 -o yaml

其中，–from-file 这个参数可以使用多次，你可以使用两次分别指定上个实例中的那两个配置文件，效果就跟指定整个目录是一样的

**3、使用字面值创建**  
使用文字值创建，利用 **–from-literal** 参数传递配置信息，该参数可以使用多次，格式如下：

$ kubectl create configmap special-config --from-literal=special.how=very --from-literal=special.type=charm
    $ kubectl get configmaps special-config -o yaml

### 1.1.2 Pod中使用ConfigMap ###

**1、使用ConfigMap来替代环境变量**

apiVersion:v1
    kind:ConfigMap
    metadata:
      name:special-config
      namespace:default
    data:
      special.how:very
      special.type:charm

apiVersion:v1
    kind:ConfigMap
    metadata:
      name:env-config
      namespace:default
    data:
      log.level:INFO

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      name:dapi-test-pod
    spec:
      containers:
      - name:test-container
        image: www.baidu.com/library/myapp:v1
        # 打印环境变量
        command: ["/bin/sh", "-c", "env"]
        # 以下为导入special ConfigMap
        env:
        - name:SPECIAL_LEVEL_KEY
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name:special-config
              key:special.how
        - name:SPECIAL_TYPE_KEY
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name:special-config
              key:special.type
        # 以下为导入env ConfigMap
        envFrom:
          - configMapRef:
              name:env-config
    restartPolicy:Never

**2、使用ConfigMap设置命令行参数**

apiVersion:v1
    kind:ConfigMap
    metadata:
      name:special-config
      namespace:default
    data:
      special.how:very
      special.type:charm

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      name:dapi-test-pod
    spec:
      containers:
      - name:test-container
        image: www.baidu.com/library/myapp:v1
        # 打印环境变量
        command: ["/bin/sh", "-c", "echo ${SPECIAL_LEVEL_KEY} ${SPECIAL_TYPE_KEY}"]
        # 以下为导入special ConfigMap
        env:
        - name:SPECIAL_LEVEL_KEY
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name:special-config
              key:special.how
        - name:SPECIAL_TYPE_KEY
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name:special-config
              key:special.type
    restartPolicy:Never

**3、通过数据卷插件使用ConfigMap**

apiVersion:v1
    kind:ConfigMap
    metadata:
      name:special-config
      namespace:default
    data:
      special.how:very
      special.type:charm

在数据卷里面使用这个ConfigMap，有不同的选项。最基本的就是将文件填入数据卷，在这个文件中，键就是文件名，键值就是文件内容

### 1.1.3 ConfigMap的热更新 ###

apiVersion:v1
    kind:ConfigMap
    metadata:
      name:log-config
      namespace:default
    data:
      log.level:INFO
    ---
    apiVersion:extensions/v1beta1
    kind:Deployment
    metadata:
      name:my-nginx
    spec:
      replicas:1
      template:
        metadata:
          labels:
            run:my-nginx
        spec:
          containers:
          - name:my-nginx
            image:www.baidu.com/library/myapp:v1
            ports:
            - containerPort:80
            volumeMounts:
            - name:config-volume
              mountPath:/etc/config
          volumes:
            - name:config-volume
              configMap:
                name:log-config

**修改ConfigMap**

$ kubectl edit configmap log-config

修改 log\_level 的值为DEBUG，等待大概10秒钟时间，再次查看环境变量的值

⚠️注意：ConfigMap如果以 ENV 的方式挂载至容器，修改 ConfigMap 并不会实现热更新

**ConfigMap更新后滚动更新Pod**

更新ConfigMap目前并不会触发相关Pod的滚动更新，可以通过**修改pod annotations**的方式**强制触发滚动更新**

kubectl path deployment my-nginx --patch '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"version/config":"20200101"}}}}}'

在这个例子里，**.spec.template.metadata.annotations**中添加 **version/config**，每次通过修改 version/config 来触发滚动更新

⚠️注意：更新ConfigMap后：  
（1）使用该ConfigMap挂载的Env不会同步更新  
（2）使用该ConfigMap挂载的Volume中的数据需要一段时间（大约10秒）才能同步更新

### 1.2 Secret ###

#### 1.2.1 Secret存在的意义 ####

Secret解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题，而不需要把这些数据暴露到镜像或者Pod Spec中。Secret可以以Volume或者环境变量的方式使用

#### 1.2.2 Secret三种类型 ####

*  Service Account：用来访问 Kubernetes API，由 Kubernetes 自动创建，并且会自动挂载到Pod的 `/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount` 目录中
 *  Opaque：base64编码格式的Secret，用来存储密码、密钥等
 *  kubernetes.io/dockerconfigjson：用来存储私有docker registry的认证信息

**Service Account**

**Opaque Secret**

**1、创建说明**  
Opaque类型的数据是一个map，要求value是base64编码

// Linux下使用base64命令加密字符串
    $ echo -n "admin" | base64
    YWRtaW4=
    $ echo -n "1f2d1e2e67df" | base64
    NWYyZDF1MmU2N2Rm

secrets.yml

apiVersion:v1
    kind:Secret
    metadata:
      name:mysecret
    type:Opaque
    data:
      password:NWYyZDF1MmU2N2Rm
      username:YWRtaW4=

**2、使用方式**  
（1）将Secret挂载到Volume中，使用时会自动解密

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      labels:
        name:secret-test
      name:secret-test
    spec:
       volumes:
         - name:secrets
         secret:
           secretName:mysecret
       containers:
         name:db
         image:www.baidu.com/library/myapp:v1
         volumeMounts:
         - name:secrets
           mountPath:"/etc/secrets"
           readOnly:true

（2）将Secret导出到环境变量中

apiVersion:extensions/v1beta1
    kind:Deployment
    metadata:
      name:pod-deployment
    spec:
      replicas:2
      template:
        metadata:
          labels:
            app:pod-deployment
        spec:
          containers:
          - name:pod-1
            image:www.baidu.com/library/myapp:v1
            ports:
            - containerPort:80
    		env:
    		- name:TEST_USER
    		  valueFrom:
    		    secretKeyRef:
    		      name:mysecret
    		      key:username
    		- name:TEST_PASSWORD
    		    valueFrom:
    		      secretKeyRef:
    		        name:mysecret
    		        key:password

**kubernetes.io/dockerconfigjson**

1、使用 kubectl 创建 docker registry 认证的secret

$ kubectl create secret docker-registry myregistrykey --docker-server=DOCKER_REGISTRY_SERVER --docker-username=DOCKER_USER --docker-password=DOCKER_PASSWORD --docker-email=DOCKER_EMAIL

2、创建一个Pod

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      name:foo
    spec:
      containers:
        name:foo
        image:www.baidu.com/library/myapp:v1
      imagePullSecrets:
        - name:myregistrykey

### 1.3 Volume ###

#### 1.3.1 产生背景 ####

容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的，这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet会重启它，但是容器中的文件将会丢失（即容器以初始化的状态重新启动）；其次，在Pod中同时运行多个容器时，这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes中的volume抽象就很好的解决了上述问题

#### 1.3.2 Volume简介 ####

Kubernetes中的卷有明确的寿命，与封装它的Pod相同。所以，卷的生命比Pod中的所有容器都长，当这些容器重启时数据会被保留下来。当然，当Pod不存在时，卷也不会存在。也许更重要的是，Kubernetes支持多种类型的卷，Pod可以同时使用任意数量的卷

#### 1.3.3 卷的类型 ####

Kubernetes支持以下类型的卷：

*  awsElasticBlockStore、azureDisk、azureFile、cephfs、csi、downwardAPI、emptyDir、fc、flocker、gcePersistentDisk、gitRepo、glusterfs、hostPath、iscsi、local、nfs、persistentVolumeClaim、projected、portworxVolume、quobyte、rbd、scaleIO、secret、storageos、vsphereVolume

**1、emptyDir**  
当Pod被分配给节点时，首先创建 **emptyDir** 卷，并且该Pod只有在该节点上运行时，该卷才会存在。如同卷的名字一样，它最初是空的。Pod中的容器可以读取和写入 emptyDir 卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除Pod时，emptyDir中的数据将被永久删除

⚠️注意：容器崩溃不会从节点中移除Pod，即 emptyDir 卷中的数据在容器崩溃时是安全的

**emptyDir的用法：**

*  临时空间，例如用于基于磁盘的合并排序
 *  用作长时间计算崩溃恢复时的检查点
 *  web服务器容器提供数据时，保存内容管理器容器提取的文件

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      name:test-pd
    spec:
      containers:
        name:test-container
        image:www.baidu.com/library/myapp:v1
        volumeMounts:
          - mountPath: /cache
            name:cache-volume
      volumes:
      - name:cache-volume
        emptyDir:{}

**2、hostPath**  
hostPath卷将主机节点的文件系统中的文件或者目录挂载到集群中

**hostPath的用法：**

*  运行需要访问Docker内部的容器，使用`/var/lib/docker`的 hostPath
 *  在容器中运行cAdvisor，使用`/dev/cgroups`的hostPath

**除了所需的path属性之外，用户还可以为hostPath卷指定type**

*  空字符串：空字符串（默认）用于向后兼容，这意味着在挂载hostPath卷之前不会执行任何检查
 *  DirectoryOrCreate：如果在给定的路径上没有任何东西存在，那么将根据需要在那里创建一个空目录，权限设置为0755，与Kubelet具有相同的组和所有权
 *  Directory：给定的路径下必须存在目录
 *  FileOrCreate：如果在给定的路径上没有任何东西存在，那么会根据需要创建一个空文件，权限设置为0644，与Kubelet具有相同的组和所有权
 *  File：给定的路径下必须存在文件
 *  Socket：给定的路径下必须存在UNIX套接字
 *  CharDevice：给定的路径下必须存在字符设备
 *  BlockDevice：给定的路径下必须存在块设备

**使用这种卷类型时需要注意**

*  由于每个节点上的文件都是不同的，具有相同配置的Pod在不同节点上的行为可能会有所不同
 *  当Kubernetes按照计划添加资源感知调度时，将无法考虑 hostPath 使用的资源
 *  在底层主机上创建的文件或目录只能由root写入，需要在特权容器中以root身份运行进程，或修改主机上的文件权限以便写入 hostPath 卷

举例：

apiVersion:v1
    kind:Pod
    metadata:
      name:test-pd
    spec:
      containers:
        - image:www.baidu.com/library/myapp:v1
          name:test-container
          volumeMounts:
          - mountPath: /test-pd
            name:test-volume
      volumes:
      - name:test-volume
        hostPath:
          # 主机本地目录
          path:/data
          type:Directory

### 1.4 Persistent Volume（PV） ###

#### 1.4.1 概念 ####

是由管理员设置的存储，它是集群的一部分，就像节点是集群中的资源一样，PV也是集群中的资源。PV是Volume类的卷插件，但是具有独立于使用PV的Pod的生命周期。此API对象包含存储实现的细节，即NFS、iSCSI或特定于云供应商的存储系统

#### 1.4.2 PersistentVolumeClaim（PVC） ####

是用户存储的请求，它与Pod相似。Pod消耗节点资源，PVC消耗PV资源。Pod可以请求特定级别的资源（CPU和内存）。PVC可以请求特定的大小和访问模式（例如，可以以读/写一次 或 只读多次模式挂载）

#### 1.4.3 静态PV ####

集群管理员创建一些PV。他们带有可供集群用户使用的实际存储的细节。它们存在于Kubernetes API中，可用于消费

#### 1.4.4 动态 ####

当管理员创建的静态PV都不匹配用户的 PVC 时，集群可能会尝试动态为PVC创建卷。此配置基于 StorageClasses：PVC必须请求【存储类】，并且管理员必须创建并配置该类才能进行动态创建。声明该类为“”可以有效地禁用其动态配置

要启动基于存储级别的动态配置，集群管理员需要启动API Server上的DefaultStorageClass【准入控制器】。例如，通过确保DefaultStorageClass位于API Server组件的 --admission-control标志，使用逗号分隔的有序值列表中，可以完成此操作

#### 1.4.5 绑定 ####

master中的控制环路监视新的PVC，寻找匹配的PV，并将他们绑定在一起。如果为新的PVC动态调配PV，则该环路将始终将该PV绑定到PVC。否则，用户总会得到他们所请求的存储，但是容量可能超出要求的数量。一旦PV和PVC绑定后，PVC绑定是排他性的，不管它们是如何绑定的。PVC和PV绑定是一对一的映射

#### 1.4.6 持久卷声明的保护 ####

PVC保护的目的是确保由Pod正在使用的PV不会从系统中移除，因为如果被移除的话可能会导致数据丢失

⚠️：当Pod状态为Pending，并且Pod已经分配给节点或Pod为Running状态时，PVC处于活动状态

当启动PVC保护alpha功能时，如果用户删除了一个Pod正在使用的PVC，则该PVC不会被立即删除。PVC的删除将被推迟，直到PVC不再被任何Pod使用

#### 1.4.7 持久化卷类型 ####

PV类型以插件形式实现。Kubernetes目前支持以下插件类型

*  GCEPersistentDisk AWSElasticBlockStore AzureFile AzureDisk FC（Fibre Channel）FlexVolume Flocker NFS iSCSI RBD CephFS等等

#### 1.4.8 PV访问模式 ####

PV可以以资源提供者支持的任何方式挂载到主机上。供应商具有不同的功能，每个PV的访问模式都将被设置为该卷支持的特定模式。例如，NFS可以支持多个读/写客户端，但特定的NFS PV可能以只读方式导出到服务器上，每个PV都有一套自己的用来描述特定功能的访问模式

*  ReadWriteOnce（RWO） ----该卷可以被单个节点以读/写模式挂载
 *  ReadOnlyMany（ROX） ----该卷可以被多个节点以只读模式挂载
 *  ReadWriteMany（RWX） ----该卷可以被多个节点以读/写模式挂载

⚠️：一个卷一次只能使用一种访问模式挂载，即使它支持很多访问模式。例如，GCEPersistentDisk可以由单个节点作为 ReadWriteOnce 模式挂载，或由多个节点以 ReadOnlyMany 模式挂载，但不能同时挂载

#### 1.4.9 回收策略 ####

*  Retain（保留）：手动回收
 *  Recycle（回收）：基本删除（rm -rf /thevolume/\*）
 *  Delete（删除）：关联的存储资产（例如：AWS EBS、GCE PD）将被删除  
    当前，只有NFS和HostPath支持回收策略，AWS EBS、GCE PD、Azure Disk和Cinder卷支持删除策略

#### 1.4.10 状态 ####

卷可以处于以下的某种状态

*  Available（可用）---- 一块空闲资源还没有被任何声明绑定
 *  Bound（已绑定）---- 卷已经被声明绑定
 *  Released（已释放）---- 声明被删除，但是资源还未被集群重新声明
 *  Failed（失效）---- 该卷的自动回收失败

#### 1.4.11 关于StatefulSet ####

*  匹配Pod name（网络标识）的模式为： ( s t a t e f u l 名 称 ) − (stateful名称)- (stateful名称)−(序号)，比如上面的示例：web-0，web-1，web-2
 *  StatefulSet 为每个Pod副本创建了一个DNS域名，这个域名的格式为：$(podname).(headless server name)，也就是意味着服务间是通过Pod域名来通信而非Pod IP，因为当Pod所在Node发生故障时，Pod会被转移到其他Node上，Pod IP会发生变化，但Pod域名不会有变化
 *  StatefulSet使用Headless服务来控制Pod的域名，这个域名的FQDN为：(servicename).(namespace).svc.cluster.local。其中，cluster.local指的是集群的域名
 *  根据volumeClaimTemplates，为每个Pod创建一个PVC，PVC的命名规则匹配模式：(volumeClaimTemplates.name)-(pod\_name)，比如上面的volumeMounts.name=www，Pod name=web-0，创建出来的PVC是www.web-0
 *  删除Pod不会删除其PVC，手动删除PVC将自动释放PV