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k8s如何使用NFS作為StorageClass提供動態(tài)存儲

 更新時間：2024年09月30日 10:33:46   作者：小馬運維的一天  
本文主要介紹了k8s中的StorageClass,包括其定義、引入的原因、實現(xiàn)方式、定義方法以及回收策略對數(shù)據(jù)的影響等,首先,StorageClass是在K8s集群中創(chuàng)建用于動態(tài)PV的管理,可以鏈接至不同的后端存儲,對存儲的請求可以指向StorageClass

一、概要

本文主要以下幾方面介紹k8s中的StorageClass:

  • 什么是StorageClass
  • 為什么要引入StorageClass
  • StorageClass實現(xiàn)方式
  • 定義StorageClass（NFS）
  • 關(guān)于StorageClass回收策略對數(shù)據(jù)的影響
  • 設(shè)置默認的StorageClass

二、什么是StorageClass

存儲類，在K8s集群中創(chuàng)建用于動態(tài)PV的管理，可以鏈接至不同的后端存儲，比如Ceph、GlusterFS、NFS等。之后對存儲的請求可以指向StorageClass，然后StorageClass會自動的創(chuàng)建、刪除PV。

每個 StorageClass 都包含provisioner、parameters和reclaimPolicy字段， 這些字段會在 StorageClass 需要動態(tài)制備 PersistentVolume 以滿足 PersistentVolumeClaim (PVC) 時使用到。

StorageClass可以定義以下屬性：

  • volumeBindingMode：指定持久卷綁定模式，可以是"Immediate"或"WaitForFirstConsumer"。"Immediate"表示持久卷將立即綁定到聲明的請求，而"WaitForFirstConsumer"表示持久卷將等待第一個消費者使用它之前才進行綁定
  • provisioner：指定用于創(chuàng)建持久卷的存儲提供商。不同的存儲提供商可能具有不同的實現(xiàn)和配置要求
  • parameters：存儲提供商特定的參數(shù)，用于配置持久卷的創(chuàng)建和屬性。例如，可以指定存儲容量、存儲類別、訪問模式等
  • reclaimPolicy：指定在釋放持久卷時應(yīng)如何處理底層存儲資源?？梢赃x擇"Retain"（保留）、"Delete"（刪除）或"Recycle"（回收）
  • MountOptions：通過StorageClass動態(tài)創(chuàng)建的PV可以使用MountOptions指定掛載參數(shù)。如果指定的卷插件不支持指定的掛載選項，就不會被創(chuàng)建成功，因此在設(shè)置時需要進行確認。
  • AllowVolumeExpansion：是否允許對PV進行擴容，需要后端存儲支持，一般不推薦進行縮容

注意：

  • StorageClass 對象的命名很重要，用戶使用這個命名來請求生成一個特定的類。
  • 當(dāng)創(chuàng)建 StorageClass 對象時，管理員設(shè)置 StorageClass 對象的命名和其他參數(shù)，一旦創(chuàng)建了對象就不能再對其更新。

三、為什么要引入StorageClass

雖然使用PV和PVC能屏蔽一些存儲使用上的細節(jié)，降低了存儲使用的復(fù)雜度，但是也會有另一個問題無法解決。當(dāng)公司Kubernetes集群很多，并且使用它們的技術(shù)人員過多時，對于PV的創(chuàng)建是一個很耗時、耗力的工作，并且達到一定規(guī)模后，過多的PV將難以維護。所以就需要某種機制用于自動管理PV的生命周期，比如創(chuàng)建、刪除、自動擴容等，于是Kubernetes就設(shè)計了一個名為StorageClass（縮寫為SC，沒有命名空間隔離性）的東西，通過它可以動態(tài)管理集群中的PV，這樣Kubernetes管理員就無須浪費大量的時間在PV的管理中。

在Kubernetes中，管理員可以只創(chuàng)建StorageClass“鏈接”到后端不同的存儲，比如Ceph、GlusterFS、OpenStack的Cinder、其他公有云提供的存儲等，之后有存儲需求的技術(shù)人員，創(chuàng)建一個PVC指向?qū)?yīng)的StorageClass即可，StorageClass會自動創(chuàng)建PV供Pod使用，也可以使用StatefulSet的volumeClaimTemplate自動分別為每個Pod申請一個PVC。

四、StorageClass實現(xiàn)方式

StorageClass的實現(xiàn)方式取決于Kubernetes集群所使用的存儲插件和存儲提供商。不同的存儲插件和提供商可能有不同的實現(xiàn)細節(jié)和配置要求。

針對不同廠商的存儲管理，k8s編寫相應(yīng)的代碼。而不同廠商為了適配k8s，都會提供一個驅(qū)動(CSI或者Fiex Volume)安裝到k8s集群中，然后StorageClass只需要配置該驅(qū)動即可，驅(qū)動器會代替StorageClass管理存儲。

每個 StorageClass 都有一個制備器（Provisioner），用來決定使用哪個卷插件制備 PV。 該字段必須指定。

五、定義StorageClass（NFS）

下面演示一個基本的StorageClass配置，使用nfs作為后端存儲，NFS類型的sc只建議在測試環(huán)境使用，因為NFS存在性能瓶頸及單點故障問題，生產(chǎn)環(huán)境推薦使用分布式存儲。

1.環(huán)境準(zhǔn)備

主機IP用途版本安裝方式備注
10.3.248.136k8s-masterv1.24.4二進制安裝了nfs-until
10.3.248.143k8s-node01v1.24.4二進制安裝了nfs-until
10.3.248.144k8s-node02v1.24.4二進制安裝了nfs-until
10.3.248.134NFS-SERVER

2.創(chuàng)建NFS的sa及rbac

vim nfs-rbac.yaml

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: default        #根據(jù)實際環(huán)境設(shè)定namespace,下面類同
---
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: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    # replace with namespace where provisioner is deployed
    namespace: default
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
    # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: 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
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    # replace with namespace where provisioner is deployed
    namespace: default
roleRef:
  kind: Role
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

創(chuàng)建

kubectl apply -f nfs-rbac.yaml

3.創(chuàng)建NFS資源的StroageClass

vim nfs-storageClass.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: managed-nfs-storage
provisioner: test-nfs-storage #這里的名稱要和provisioner配置文件中的環(huán)境變量PROVISIONER_NAME保持一致
parameters:
#  archiveOnDelete: "false"
#    archiveOnDelete: "true"

創(chuàng)建

kubectl apply -f nfs-storageClass.yaml

4.創(chuàng)建NFS provisioner

vim nfs-provisioner.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  labels:
    app: nfs-client-provisioner
  # replace with namespace where provisioner is deployed
  namespace: default #與RBAC文件中的namespace保持一致
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  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: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/k8s_study_rfb/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.0
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME
              value: test-nfs-storage  #provisioner名稱,請確保該名稱與 nfs-StorageClass.yaml文件中的provisioner名稱保持一致
            - name: NFS_SERVER
              value: 10.3.248.134   #NFS Server IP地址
            - name: NFS_PATH
              value: "/data/k8s"    #NFS掛載卷
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 10.3.248.134  #NFS Server IP地址
            path: "/data/k8s"     #NFS 掛載卷

創(chuàng)建

kubectl apply -f nfs-provisioner.yaml

5.查看狀態(tài)

# kubectl get sc 
NAME                  PROVISIONER        RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
managed-nfs-storage   test-nfs-storage   Retain          Immediate           false                  13d

6.創(chuàng)建測試pod驗證

創(chuàng)建pvc鏈接至nfs的的storgeClass

vim pvc-claim.yaml

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: test-claim
  annotations:
    #與nfs-storageClass.yaml metadata.name保持一致
    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "managed-nfs-storage" 
spec:
  storageClassName: "managed-nfs-storage"
  accessModes:
    - ReadWriteMany
    #- ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

創(chuàng)建并查看PVC：要確保狀態(tài)為Bound，如果為pending，肯定是有問題 ，需要進一步檢查原因

# kubectl apply -f pvc-claim.yaml
# kubectl get pvc 
NAME         STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
test-claim   Bound    pvc-ae9942dc-73ea-4cea-ab1b-f26baf0b61f9   1Gi        RWX            managed-nfs-storage   4m20s

創(chuàng)建pod

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment-pvc
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: 10.3.248.134:10080/k8s/nginx:1.25.2
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts: 
        - mountPath: /usr/share/nginx/html
          name: nfs-pvc-claim
      volumes: 
        - name: nfs-pvc-claim   # name of volume
          persistentVolumeClaim: 
            claimName: test-claim  # name of pvc

創(chuàng)建

kubectl apply -f pvc-nginx.yaml

進入pod創(chuàng)建一個文件

# kubectl get pod 
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-5d5f87db5b-v5r2r   1/1     Running   0          3d23h
nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2     1/1     Running   0          3m2s
# kubectl exec -it nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2 -- bash 
root@nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2:/# cd /usr/share/nginx/html/
root@nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2:/usr/share/nginx/html# echo "Hello NFS StorgeClass" >index.html
root@nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2:/usr/share/nginx/html# 
exit

訪問nginx的pod

# kubectl get pod -owide 
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nfs-client-provisioner-5d5f87db5b-v5r2r   1/1     Running   0          3d23h   172.16.178.203   mongodb   <none>           <none>
nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2     1/1     Running   0          5m46s   172.16.178.212   mongodb   <none>           <none>
# curl 172.16.178.212
Hello NFS StorgeClass

刪除pod再次訪問

# kubectl delete pod nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2
pod "nginx-deployment-pvc-7774b9d564-rnwl2" deleted
# kubectl get pod -owide 
NAME                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
nfs-client-provisioner-5d5f87db5b-v5r2r   1/1     Running   0          4d    172.16.178.203   mongodb      <none>           <none>
nginx-deployment-pvc-7774b9d564-2gmfk     1/1     Running   0          26s   172.28.82.243    k8s-master   <none>           <none>
# curl 172.28.82.243
Hello NFS StorgeClass

此時我們可以發(fā)現(xiàn)進入pod創(chuàng)建的文件已經(jīng)持久化存儲了，即使刪除了pod文件不會丟失。

六、關(guān)于StorageClass回收策略對數(shù)據(jù)的影響

1.第一種配置

   archiveOnDelete: "false"  
   reclaimPolicy: Delete   #默認沒有配置,默認值為Delete

測試結(jié)果

  • 1.pod刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 2.sc刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 3.刪除PVC后,PV被刪除且NFS Server對應(yīng)數(shù)據(jù)被刪除

2.第二種配置

   archiveOnDelete: "false"  
   reclaimPolicy: Retain

測試結(jié)果

  • 1.pod刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 2.sc刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 3.刪除PVC后,PV不會別刪除,且狀態(tài)由Bound變?yōu)镽eleased,NFS Server對應(yīng)數(shù)據(jù)被保留
  • 4.重建sc后,新建PVC會綁定新的pv,舊數(shù)據(jù)可以通過拷貝到新的PV中

3.第三種配置

   archiveOnDelete: "ture"  
   reclaimPolicy: Retain

測試結(jié)果

  • 1.pod刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 2.sc刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 3.刪除PVC后,PV不會別刪除,且狀態(tài)由Bound變?yōu)镽eleased,NFS Server對應(yīng)數(shù)據(jù)被保留
  • 4.重建sc后,新建PVC會綁定新的pv,舊數(shù)據(jù)可以通過拷貝到新的PV中

4第四種配置

  archiveOnDelete: "ture"  
  reclaimPolicy: Delete

測試結(jié)果

  • 1.pod刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 2.sc刪除重建后數(shù)據(jù)依然存在,舊pod名稱及數(shù)據(jù)依然保留給新pod使用
  • 3.刪除PVC后,PV不會別刪除,且狀態(tài)由Bound變?yōu)镽eleased,NFS Server對應(yīng)數(shù)據(jù)被保留
  • 4.重建sc后,新建PVC會綁定新的pv,舊數(shù)據(jù)可以通過拷貝到新的PV中

總結(jié):除以第一種配置外,其他三種配置在PV/PVC被刪除后數(shù)據(jù)依然保留

七、設(shè)置默認的StorageClass

官網(wǎng)地址改變默認 StorageClass | Kubernetes

kubectl patch命令

kubectl patch storageclass standard -p '{"metadata": {"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"false"}}}'

這里的standard是你選擇的 StorageClass 的名字。

注意：最多只能有一個 StorageClass 能夠被標(biāo)記為默認。 如果它們中有兩個或多個被標(biāo)記為默認，Kubernetes 將忽略這個注解， 也就是它將表現(xiàn)為沒有默認 StorageClass。

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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