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阿里云《云原生》公开课笔记 第九章 应用存储和持久化数据卷：核心知识

分类: 文章 • 2023-12-18 10:57:04

课程文字：https://edu.aliyun.com/lesson_1651_18381?spm=5176.8764728.0.0.7f0620beX05w9n#_18381

Pod Volumes

  • 场景
    • 同一个pod中的某个容器异常退出，kubelet重新拉起来，保证容器之前产生数据没丢
    • 同一个pod的多个容器共享数据
  • 常见类型
    • 本地存储，常用的有 emptydir/hostpath；
    • 网络存储：网络存储当前的实现方式有两种，一种是 in-tree，它的实现的代码是放在 K8s 代码仓库中的，随着k8s对存储类型支持的增多，这种方式会给k8s本身的维护和发展带来很大的负担；而第二种实现方式是 out-of-tree，它的实现其实是给 K8s 本身解耦的，通过抽象接口将不同存储的driver实现从k8s代码仓库中剥离，因此out-of-tree 是后面社区主推的一种实现网络存储插件的方式；
    • Projected Volumes：它其实是将一些配置信息，如 secret/configmap 用卷的形式挂载在容器中，让容器中的程序可以通过POSIX接口来访问配置数据；
  • 使用举例
    阿里云《云原生》公开课笔记 第九章 应用存储和持久化数据卷：核心知识
    • 在多个容器共享同一个卷的时候，为了隔离数据，通过 subPath 来完成这个操作。它会在卷里面建立两个子目录，容器 1 往 cache 下面写的数据其实都写在子目录 cache1 了，容器 2 往 cache 写的目录，其数据最终会落在这个卷里子目录下面的 cache2 下。
    • readOnly 的意思其实就是只读挂载
    • emptyDir 其实是在 pod 创建的过程中会临时创建的一个目录，这个目录随着 pod 删除也会被删除，里面的数据会被清空掉；
    • hostPath 是宿主机上的一个路径，在 pod 删除之后，这个目录还是存在的，它的数据也不会被丢失。

Persistent Volumes

  • 存储和计算分离，解耦合pod和volume之间的生命周期的关联
  • yaml文件

    • Capacity：存储对象的大小；

    • AccessModes：使用这个 PV 的方式。它有三种使用方式。

      • ReadWriteOnce 单 node 读写访问；
      • ReadOnlyMany 多个 node 只读访问，是常见的一种数据的共享方式；
      • ReadWriteMany 多个 node 上读写访问。

    • ReclaimPolicy：

      • delete，也就是说 PVC 被删除之后，PV 也会被删除；
      • Retain，就是保留，后面这个 PV 需要管理员来手动处理。

    • StorageClassName：动态 Provisioning 时必须指定的一个字段，指定到底用哪一个模板文件来生成 PV ；

    • NodeAffinity：能被哪些 node 去挂载使用pod 必须要调度到这些能访问 PV 的 node 上，才能使用这块 PV，之后存储拓扑调度会细讲。

Persistent Volume Claim

  • 特点
    • PVC是面向对象编程中抽象出来的接口，PV是接口对应的实现
    • 通过kube-controller-manager中的PersistentVolumeController将PVC和PV绑定到一起
    • PVC中声明需要存储的size、access mode（单node还是多node，只读还是可读可写）等
    • 更容易控制安全访问策略
  • 如何匹配PV：用户在提交 PVC 的时候，最重要的两个字段 —— Capacity 和 AccessModes。在提交 PVC 后，k8s 集群中的相关组件是如何去找到合适的 PV 呢？首先它是通过为 PV 建立的 AccessModes 索引找到所有能够满足用户的 PVC 里面的 AccessModes 要求的 PV list，然后根据PVC的 Capacity，StorageClassName, Label Selector 进一步筛选 PV，如果满足条件的 PV 有多个，选择 PV 的 size 最小的，accessmodes 列表最短的 PV，也即最小适合原则。

volume Provisioning

static volume Provisioning

  • 概念：先预分配一些存储，即预先创建一些 PV；然后用户提交自己的存储需求（也就是 PVC），k8s 内部相关组件会将 PVC 和 PV 做绑定；之后用户再通过 pod 去使用存储，可通过 PVC 找到相应的 PV。
  • 使用举例
    • 创建PV
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    • 创建PVC
      阿里云《云原生》公开课笔记 第九章 应用存储和持久化数据卷：核心知识
    • 各方面符合要求的PVC才能和PV进行绑定（accessModes、storageClassName、volumeMode相同，storage可以比PV小）

dynamic volume provisioning

  • 概念:K8s 集群中的管控组件，会结合 PVC 和 StorageClass 的信息动态，生成用户所需要的存储（PV），将 PVC 和 PV 进行绑定后，pod 就可以使用 PV 了。通过 StorageClass 配置生成存储所需要的存储模板，再结合用户的需求动态创建 PV 对象，做到按需分配。
  • StorageClass:提供了一种描述存储“类”的方法，满足用户不同的服务质量级别、备份策略等
    • 主要包含三个字段：Provisioner、parameters、reclaimpolicy
      • Provisioner：指定配置PV的卷的类型
  • 使用方法
    • 创建PV的模板StorageClass
    • 创建PVC文件，增加一个字段StorageClassName
    • Pod使用该PVC，通过persistentVolumeClaim.claimName

PV的状态流转

阿里云《云原生》公开课笔记 第九章 应用存储和持久化数据卷：核心知识

  • 当用户在使用完 PVC，将其删除后，这个 PV 就处在 released 状态
  • 当 PV 已经处在 released 状态下，它是没有办法直接回到 available 状态，无法被一个新的 PVC 去做绑定。解决方案：
    • 举例：K8s中的 StatefulSet 管理的 Pod 带存储的迁移。原理：在删除 pod 之后，不要去删除 PVC 对象，这样给 PV 绑定的 PVC 还是存在的，下次 pod 使用的时候，就可以直接通过 PVC 去复用。
    • 新建一个 PV 对象，之前的 released 的 PV 的相关字段的信息填到新的 PV 对象里面，这样的话，这个 PV 就可以结合新的 PVC 了。

架构设计

  • csi ：container storage interface，两部分组成
    • k8s社区实现：csi-provisioner 和csi-attacher controller
    • 云存储厂商实现：对接云存储厂商的 OpenApi，主要是实现真正的 create/delete/mount/unmount 存储的相关操作，csi-controller-server和csi-node-server。
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  • Pod使用PV：
    • 用户在提交 PVC yaml 的时候，首先会在集群中生成一个 PVC 对象，然后 PVC 对象会被 csi-provisioner controller watch到，csi-provisioner 会结合 PVC 对象以及 PVC 对象中声明的 storageClass，通过 GRPC 调用 csi-controller-server，然后，到云存储服务这边去创建真正的存储，并最终创建出来 PV 对象。由集群中的 PV controller 将 PVC 和 PV 对象做 bound 之后，这个 PV 就可以被使用了。
    • 提交 pod 之后，首先会被调度器调度选中某一个合适的node，之后该 node 上面的 kubelet 在创建 pod 流程中会通过首先 csi-node-server 将我们之前创建的 PV 挂载到我们 pod 可以使用的路径，然后 kubelet 开始 create && start pod 中的所有 container。
  • 通过csi使用存储的主要流程
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    • 第一个阶段(Create阶段)：用户提交完 PVC，由 csi-provisioner 创建存储，并生成 PV 对象，之后 PV controller 将 PVC 及生成的 PV 对象做 bound，bound 之后，create 阶段就完成了；
    • 第二个阶段（attach阶段）：之后用户在提交 pod yaml 的时候，首先会被调度选中某一个 合适的node，等 pod 的运行 node 被选出来之后，会被 AD Controller watch 到 pod 选中的 node，它会去查找 pod 中使用了哪些 PV。然后它会生成一个内部的对象叫 VolumeAttachment 对象，从而去触发 csi-attacher去调用csi-controller-server 去做真正的 attache 操作，attach操作调到云存储厂商OpenAPI。这个 attach 操作就是将存储 attach到 pod 将会运行的 node 上面；
    • 第三个阶段（mount阶段）：第三个阶段 发生在kubelet 创建 pod的过程中，它在创建 pod 的过程中，首先要去做一个 mount，这里的 mount 操作是为了将已经attach到这个 node 上面那块盘，进一步 mount 到 pod 可以使用的一个具体路径，之后 kubelet 才开始创建并启动容器。

相关指令

  • kubectl get pv
  • kubectl get pod -n [namespace-name] -o wide
  • kubectl exec -it [pod-name] bash -n [namespace-name]

自测题目

https://gitchat.****.net/columnTopic/5d8b028049b2b1063b5594a2

漏选了B：
在 Pod 中声明使用 volume 需要配置哪些字段？ （多选题） ABC

  • A. .spec.volumes
  • B. .spec.initContainers.volumeMounts
  • C. .spec.containers.volumeMounts

在 Pod 中声明使用 volume 常见类型？（多选题） ABCD

  • A. 本地存储
  • B. 网络存储
  • C. Projected Volume(投射卷)
  • D. PVC+PV 持久化存储

以下有关 PVC 和 PV 分开设计的好处说法错误的有？（单选题） C

  • A. 职责分离(用户只用关心怎么使用，cluster admin 关心如何实现)
  • B. 简化用户使用存储所需了解的存储知识
  • C. 可以使多个 PVC 对应到同一 PV 上，以满足多对一共享需求

漏选了B：
使用 Static Provision 的 PV 需要 k8s 集群管理员和用户分别做什么？（多选题） ABCD

  • A. Kubernetes 集群管理员预先创建存储
  • B. Kubernetes 集群管理员根据预创建的存储创建相应的 PV 对象
  • C. 用户创建 PVC 对象声明存储需求
  • D. 用户在 Pod 中通过声明自己具体如何使用存储

使用 Dynamic Provision 的 PV 需要 k8s 集群管理员和用户分别做什么？（多选题） ABC

  • A. Kubernetes 集群管理员创建不同类型存储所需的不同的 StorageClass 对象
  • B. 用户创建 PVC 对象声明存储需求，并在 PVC 对象中通过 storageClassName 字段说明需要的存储类型
  • C. 用户在Pod中通过声明自己具体如何使用存储

有关 PVC 和 PV Bound 的说法不正确的有？（单选题） D

  • A. Bound 操作是由 PersistentVolumeController 来执行的
  • B. 处在 Bound 状态的 PVC 对象 .spec.volumeName 字段 == PV name
  • C. 处在 Bound 状态的 PV 对象 .spec.ClaimRef 记录了 bound 的 PVC 对象的信息
  • D. unbound(删除 pvc 对象)的 PV 对象可以直接被新的 PVC 对象 bound

FlexVolume 以及 CSI 哪个是当前 k8s 社区更推荐 out-of-tree volume plugins 实现方式？（单选题）B

  • A. FlexVolume
  • B. CSI(Container Storage Interface)

在 Kubernetes PVC+PV 体系下通过 CSI 实现的 volume plugins 包括？（多选题） AB

  • A. Kubernetes 社区驱动实现的通用功能部分（https://kubernetes-csi.github.io/）
  • B. 云存储厂商实现的对接其OpenAPIs的driver部分
  • C. 自定义 CRD 以及 Controller

在 Kubernetes PVC+PV 体系下通过 CSI 实现的 volume plugins 动态创建 pv 到 pv 可被 pod。 使用不包括下面哪些阶段？（单选题）D

  • A. create volume
  • B. attach volume
  • C. mount volume
  • D. create & start container

在 Kubernetes PVC+PV 体系下通过 CSI 实现的 volume plugins 动态创建 pv 到 pv 可被 pod 使用有哪些组件需要参与？（多选题） ABC

  • A. PersistentVolumeController + CSI-Provisoner + CSI controller plugin
  • B. AttachDetachController + CSI-Attacher + CSI controller plugin
  • C. Kubelet + CSI node plugin

附录

  • POSIX：可移植操作系统接口（英语：Portable Operating System Interface，缩写为POSIX）是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行软件，而定义API的一系列互相关联的标准的总称。

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