Kubernetes | 存储 - Storage

Zkeq

发布于 2023-05-13 15:09:21

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1. ConfigMap 描述信息

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。

ConfigMap 的创建

使用目录创建

$ ls docs/user-guide/configmap/kubectl/
game.properties
ui.properties

$ cat docs/user-guide/configmap/kubectl/game.properties
enemies=aliens
lives=3
enemies.cheat=true
enemies.cheat.level=noGoodRotten
secret.code.passphrase=UUDDLRLRBABAS
secret.code.allowed=true
secret.code.lives=30

$ cat docs/user-guide/configmap/kubectl/ui.properties
color.good=purple
color.bad=yellow
allow.textmode=true
how.nice.to.look=fairlyNice

$ kubectl create configmap game-config --from-file=docs/user-guide/configmap/kubectl

—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

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

$ kubectl create configmap game-config-2 --from-file=docs/user-guide/configmap/kubectl/game.properties

$ kubectl get configmaps game-config-2 -o yaml

—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

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

Pod 中使用 ConfigMap

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: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
    command: [ "/bin/sh", "-c", "env" ]
    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
    envFrom:
    - configMapRef:
        name: env-config
  restartPolicy: Never

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: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
    command: [ "/bin/sh", "-c", "echo $(SPECIAL_LEVEL_KEY) $(SPECIAL_TYPE_KEY)" ]
    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

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。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: dapi-test-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
    command: [ "/bin/sh", "-c", "cat /etc/config/special.how" ]
    volumeMounts:
    - name: config-volume
      mountPath: /etc/config
  volumes:
  - name: config-volume
    configMap:
      name: special-config
  restartPolicy: Never

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: hub.atguigu.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

$ kubectl exec `kubectl get pods -l run=my-nginx -o=name|cut -d "/" -f2` cat /tmp/log_level
DEBUG

特别注意 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 patch deployment my-nginx --patch '{"spec": {"template": {"metadata": {"annotations": {"version/config": "20190411" }}}}}'

这个例子里我们在 .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：

使用该 ConfigMap 挂载的 Env 不会同步更新
使用该 ConfigMap 挂载的 Volume 中的数据需要一段时间（实测大概10秒）才能同步更新

2. `Secret` 的作用

Secret 解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题，而不需要把这些敏感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.

Secret 有三种类型：

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](<http://kubernetes.io/dockerconfigjson>)：用来存储私有 docker registry 的认证信息

`Service Account`

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

$ kubectl run nginx --image nginx
deployment "nginx" created
$ kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-3137573019-md1u2 1/1 Running 0 13s
$ kubectl exec nginx-3137573019-md1u2 ls /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
ca.crt
namespace
token

`Opaque` `Secret`

Ⅰ、创建说明

Opaque 类型的数据是一个 map 类型，要求 value 是 base64 编码格式：

$ echo -n "admin" | base64
YWRtaW4=
$ echo -n "1f2d1e2e67df" | base64
MWYyZDFlMmU2N2Rm

secrets.yml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysecret
  type: Opaque
data:
  password: MWYyZDFlMmU2N2Rm
  username: YWRtaW4=

Ⅱ、使用方式

1、将 Secret 挂载到 Volume 中

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

使用 Kuberctl 创建 docker registry 认证的 Secret

在创建 Pod 的时候，通过 imagePullSecrets 来引用刚创建的 myregistrykey

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: foo
spec:
  containers:
  - name: foo
    image: roc/awangyang:v1
    imagePullSecrets:
    - name: myregistrykey

3. Volume

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丢失——容器以干净的状态（镜像最初的状态）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这些问题。

背景

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，当这个容器重启时数据仍然得以保存。当然，当 Pod 不再存在时，卷也将不复存在。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。

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

`emptyDir`

当 Pod 被分配给节点时，首先创建 emptyDir 卷，并且只要该 Pod 在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，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的相同或不同路径上。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, 因此 emptyDir 卷中的数据在容器崩溃时是安全的.

emptyDir 的用法有：

暂存空间，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:
    - image: k8s.gcr.io/test-webserver
      name: test-container
      volumeMounts:
        - mountPath: /cache
          name: cache-volume
  volumes:
    - name: cache-volume
      emptyDir: {}

`hostPath`

hostPath 卷将主机节点的文件系统中的文件或目录挂载到集群中。

hostPath 的用途如下：

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。
允许 pod 指定给定的 hostPath 是否应该在 pod 运行之前存在，是否应该创建，以及它应该以什么形式存在。

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

值	行为
	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。

使用这种卷类型是请注意，因为：

由于每个节点上的文件都不同，具有相同配置（例如从 podTemplate 创建的）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。您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。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
    - image: k8s.gcr.io/test-webserver
      name: test-container
      volumeMounts:
        - mountPath: /test-pd
          name: test-volume
  volumes:
    - name: test-volume
      hostPath:
        # directory location on host
        path: /data
        # this field is optional
        type: Directory

4. 存储 PV - PVC 概念

`PersistentVolume (PV)`

是由管理员设置的存储，它是群集的一部分。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 之类的卷插件，但具有独立于使用 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。

`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）。声明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）。

静态 PV

集群管理员创建一些 PV。它们带有可供群集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。

动态

当管理员创建的静态 PV 都不匹配用户的 PersistentVolumeClaim 时，集群可能会尝试动态地为 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。

要启用基于存储级别的动态存储配置，集群管理员需要启用 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。

绑定

master 中的控制环路监视新的 PVC，寻找匹配的 PV（如果可能），并将它们绑定在一起。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，PersistentVolumeClaim 绑定是排他性的，不管它们是如何绑定的。PVC 跟 PV 绑定是一对一的映射。

持久化卷声明的保护

PVC 保护的目的是确保由 pod 正在使用的 PVC 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。

当启用 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。

持久化卷类型

PersistentVolume 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 (Ceph Block Device)、StorageOS
CephFS、Cinder (OpenStack block storage)、Glusterfs、VsphereVolume
Quobyte Volumes、HostPath、VMware Photon、Portworx Volumes、ScaleIO Volumes

持久卷演示代码

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  mountOptions:
  - hard
  - nfsvers=4.1
  nfs:
    path: /tmp
    server: 172.17.0.2

PV 访问模式

PersistentVolume 可以以资源提供者支持的任何方式挂载到主机上。如下表所示，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。

访问模式	描述
ReadWriteOnce	该卷可以被单个节点以读/写模式挂载
ReadOnlyMany	该卷可以被多个节点以只读模式挂载
ReadWriteMany	该卷可以被多个节点以读/写模式挂载

在命令行中，访问模式缩写为：

RWO - ReadWriteOnce
ROX - ReadOnlyMany
RWX - ReadWriteMany

存储插件	ReadWriteOnce	ReadOnlyMany	ReadWriteMany
AWSElasticBlockStore	✓	-	-
AzureFile	✓	✓	✓
AzureDisk	✓	-	-
CephFS	✓	✓	✓
Cinder	✓	-	-
FC	✓	✓	-
FlexVolume	✓	✓	-
Flocker	✓	-	-
GCEPersistentDisk	✓	✓	-
Glusterfs	✓	✓	✓
HostPath	✓	-	-
iSCSI	✓	✓	-
PhotonPersistentDisk	✓	-	-
Quobyte	✓	✓	✓
NFS	✓	✓	✓
RBD	✓	✓	-
VsphereVolume	✓	-	-（当 pod 并列时有效）
PortworxVolume	✓	-	✓
ScaleIO	✓	✓	-
StorageOS	✓	-	-

回收策略

Retain（保留）——手动回收
Recycle（回收）——基本擦除（ rm -rf /thevolume/* ）
Delete（删除）——关联的存储资产

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（失败）——该卷的自动回收失败，命令行会显示绑定到 PV 的 PVC 的名称

持久化演示说明 - NFS

Ⅰ、安装 NFS 服务器

yum install -y nfs-common nfs-utils rpcbind
mkdir /nfsdata
chmod 666 /nfsdata
chown nfsnobody /nfsdata
cat /etc/exports
/nfsdata *(rw,no_root_squash,no_all_squash,sync)
systemctl start rpcbind
systemctl start nfs

Ⅱ、部署 PV

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfspv1
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /data/nfs
    server: 10.66.66.10

Ⅲ、创建服务并使用 PVC

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
    - port: 80
      name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: k8s.gcr.io/nginx-slim:0.8
          ports:
            - containerPort: 80
              name: web
          volumeMounts:
            - name: www
              mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumeClaimTemplates:
        - metadata:
            name: www
          spec:
            accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
            storageClassName: "nfs"
            resources:
              requests:
                storage: 1Gi

关于 StatefulSet
- 匹配 Pod name (网络标识) 的模式为：$(statefulset名称)-$(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： $(podname).(headless server name)，也就意味着服务间是通过 Pod 域名来通信而非 Pod IP，因为当 Pod 所在 Node 发生故障时， Pod 会被飘移到其它 Node 上，Pod IP 会发生变化，但是 Pod 域名不会有变化。
- StatefulSet 使用 Headless 服务来控制 Pod 的域名，这个域名的 FQDN 为：$(service name).$(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](<http://volumeclaimtemplates.name/>))-(pod_name)，比如上面的 volumeMounts.name=www， Pod name=web-[0-2]，因此创建出来的 PVC 是 www-web-0、www-web-1、www-web-2。
- 删除 Pod 不会删除其 pvc，手动删除 pvc 将自动释放 pv。
StatefulSet 的启停顺序：
- 有序部署：部署 StatefulSet 时，如果有多个 Pod 副本，它们会被顺序地创建（从 0 到 N-1），在下一个 Pod 运行之前所有之前的 Pod 必须都是 Running 和 Ready 状态。
- 有序删除：当 Pod 被删除时，它们被终止的顺序是从 N-1 到 0。
- 有序扩展：当对 Pod 执行扩展操作时，与部署一样，它前面的 Pod 必须都处于 Running 和 Ready 状态。
StatefulSet 使用场景：
- 稳定的持久化存储，即 Pod 重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于 PVC 来实现。
- 稳定的网络标识符，即 Pod 重新调度后其 PodName 和 HostName 不变。
- 有序部署，有序扩展，基于 init containers 来实现。
- 有序收缩。