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配置和使用基本存储

一、什么是卷？

Pod容器中的文件在磁盘上是临时存放的，一旦容器崩溃就会造成文件丢失，容器重新启动也会丢掉运行过程中产生的数据，恢复到最初的状态。在同一个Pod中运行多个容器时，这些容器可能需要共享文件。 Kubernetes使用卷来解决这些问题。

kubernetes的卷是Pod的一部分，卷不是单独的对象，不能独立创建，只能在Pod中定义。卷关联到外部的存储设备之上的存储空间，独立于容器自身的文件系统。

卷也是Pod中所有容器挂载的共享目录，Pod中所有容器都可以访问卷，但必须要挂载，卷可以挂载到容器中的任何目录。Pod中的每个容器都必须单独指定每个卷的挂载位置，需要为Pod配置卷的相关参数。Pod本身的.spec.volumes字段用于定义卷；其容器的.spec.containers.volumeMounts字段用于指定将卷挂载到容器的路径。

卷的生命周期与挂载它的Pod相同，但是卷中的文件可能在卷消失后仍然存在，这取决于具体的卷的类型。

Docker也有卷的概念，但它对卷提供的管理功能有限。Docker的卷是磁盘上或另外一个容器内的目录，其生命周期不受管理。Docker提供卷驱动程序，但是其功能非常有限。

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二、卷的类型

• EmptyDir：一种简单的空目录，主要用于临时存储
• HostPath：将主机路径（主机的某个目录）挂载到容器中
• ConfigMap：特殊类型的卷，将Kubernetes特定的配置信息挂载到Pod
• PersistentVolumeClaim：Kubernetes的持久化存储类型
• NFS：将网络文件系统挂载到Pod中

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三、使用EmptyDir卷存储数据

1.了解EmptyDir卷

EmptyDir卷是Kubernetes中一种与Pod生命周期绑定的临时存储卷，当Pod被调度到节点时自动创建空目录供容器间共享数据，Pod删除时数据永久丢失，适用于缓存、临时文件共享等场景。

2.测试EmptyDir卷的使用

（1）编写配置文件

[root@master ~]# cat emptydir-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: emptydir-demo
spec:containers:- name: busyboximage: busyboxvolumeMounts:                # 容器挂载卷- name: pod-volume          # 要挂载的卷名称mountPath: /pod-data      # 挂载到容器的路径# 容器启动命令及参数command: ["/bin/sh"] args: ["-c","while true;do /bin/echo  $(date +%T) '记录' >> /pod-data/test.txt;sleep 60; done;"] volumes:                    # 在Pod级别定义卷- name: pod-volume        # 卷名称emptyDir: {}             # emptyDir卷

（2）创建Pod

[root@master ~]# kubectl apply -f emptydir-pod.yaml 
pod/emptydir-demo created

（3）进入该Pod容器的shell环境，列出该容器根目录下的子目录，可发现挂载卷的pod-data目录；查看该目录下由容器命令写入的test.txt文件，可发现该文件中记录的内容。

[root@master ~]# kubectl get po
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
emptydir-demo   1/1     Running   0          117s
[root@master ~]# kubectl exec -it emptydir-demo -- /bin/sh
/ # ls
bin       etc       lib       pod-data  root      tmp       var
dev       home      lib64     proc      sys       usr
/ # cat /pod-data/test.txt 
08:18:12 记录
08:19:12 记录
08:20:12 记录
/ # exit
[root@master ~]# 

（4）查看该Pod所在的节点，本例的pod在node1上运行

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
emptydir-demo   1/1     Running   0          3m39s   10.244.166.135   node1   <none>           <none>
[root@master ~]# 

（5）登录到node1节点主机上，从根目录下查找名称为EmptyDir卷名称的文件

[root@node1 ~]# find / -name pod-volume
/var/lib/kubelet/pods/4de96c82-982b-42f4-9203-19c33d0a9b32/volumes/kubernetes.io~empty-dir/pod-volume
/var/lib/kubelet/pods/4de96c82-982b-42f4-9203-19c33d0a9b32/plugins/kubernetes.io~empty-dir/pod-volume

其中第1个子目录是EmptyDir卷所在的目录，第2个子目录为EmptyDir卷的定义，目录路径中最长的字符串就是该Pod的全局唯一标识符

（6）继续查看EmptyDir卷所在目录的内容，可以发现Pod容器所使用的文件

[root@node1 ~]# ls /var/lib/kubelet/pods/4de96c82-982b-42f4-9203-19c33d0a9b32/volumes/kubernetes.io~empty-dir/pod-volume
test.txt
[root@node1 ~]# 

（7）切换回控制平面节点，删除pod

[root@master ~]# kubectl delete pod emptydir-demo
pod "emptydir-demo" deleted

（8）转到node1节点上查找pod-volume文件，可以发现找不到了，表明随着pod的删除，卷也被自动删除了

[root@node1 ~]# find / -name pod-volume
[root@node1 ~]# 

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四、使用HostPath卷挂载宿主机文件

1.了解HostPath卷

HostPath卷是Kubernetes中一种将宿主机节点上的目录或文件挂载到Pod的持久化存储卷，数据生命周期与节点而非Pod绑定，适用于单节点场景下的日志持久化、宿主机资源访问等需求，但存在安全风险与跨节点数据不一致的限制。

2.测试HostPath卷的使用

（1）编写Pod配置文件

[root@master ~]# cat hostpath-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: hostpath-demo
spec:containers:- name: busyboximage: busyboxvolumeMounts:                # 容器挂载卷- name: pod-volume          # 要挂载的卷名称mountPath: /pod-data      # 挂载到容器的路径# 容器启动命令及参数command: ["/bin/sh"] args: ["-c","while true;do /bin/echo  $(date +%T) '记录' >> /pod-data/test.txt;sleep 60; done;"] volumes:                    # 在Pod级别定义卷- name: pod-volume        # 卷名称hostPath:path: /test-data      # hostPath卷所在的路径

（2）创建Pod

[root@master ~]# kubectl apply -f hostpath-pod.yaml 
pod/hostpath-demo created

（3）进入该Pod容器的Shell环境，查看由容器命令写入的test.txt文件，可发现该文件中记录的内容

[root@master ~]# kubectl exec -it hostpath-demo -- /bin/sh
/ # cat /pod-data/test.txt
15:07:17 记录
15:08:17 记录
/ # exit

（4）查看该Pod所在的节点，可发现本例Pod在node1节点上

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
hostpath-demo   1/1     Running   0          2m21s   10.244.166.136   node1   <none>           <none>
[root@master ~]# 

（5）登录到node1节点上，可以发现kubernetes在该节点主机上自动创建了以HostPath卷名称命名的目录，且容器写入的文件位于该目录

[root@node1 ~]# ls /test-data/
test.txt
[root@node1 ~]# 

（6）回到控制平面，执行删除Pod

[root@master ~]# kubectl delete pod hostpath-demo
pod "hostpath-demo" deleted

（7）回到node1节点上查看，可以发现用作HostPath卷的目录仍然存在，其中容器操作的文件也存在

[root@node1 ~]# cat /test-data/test.txt 
15:07:17 记录
15:08:17 记录
15:09:17 记录
15:10:17 记录
15:11:17 记录
15:12:17 记录
15:13:17 记录
[root@node1 ~]# 

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五、使用NFS卷挂载NFS共享目录

1.准备NFS共享目录

（1）安装nfs服务器，并启动设置为开机自启

[root@master ~]# yum install -y nfs-utils rpcbind
[root@master ~]# systemctl start nfs-server && systemctl enable nfs-server
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service → /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.

（2）配置nfs共享目录

在控制平面节点上执行以下命令准备一个拟用于共享的目录

[root@master ~]# mkdir -p /test-storage/nfs

编辑/etc/exports文件，在其中添加以下内容将该目录的读写权限提供给192.168.10.0/24网段中所有主机

[root@master ~]# vim /etc/exports
[root@master ~]# cat /etc/exports
/test-storage/nfs 192.168.10.0/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)

列出可共享的NFS共享目录，并使共享目录生效

[root@master ~]# exportfs -av
exporting 192.168.10.0/24:/test-storage/nfs

（3）在集群中其他节点上测试对NFS共享目录的访问

[root@node1 ~]# yum install -y nfs-utils rpcbind
[root@node1 ~]# showmount -e 192.168.10.30
Export list for 192.168.10.30:
/test-storage/nfs 192.168.10.0/24

2.测试NFS卷的使用

（1）编写pod文件

[root@master ~]# cat nfs-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nfs-demo
spec:containers:- name: busyboximage: busyboxvolumeMounts:                # 容器挂载卷- name: pod-volume          # 要挂载的卷名称mountPath: /pod-data      # 挂载到容器的路径# 容器启动命令及参数command: ["/bin/sh"] args: ["-c","while true;do /bin/echo  $(date +%T) '记录' >> /pod-data/test.txt;sleep 60; done;"] volumes:                    # 在Pod级别定义卷- name: pod-volume        # 卷名称nfs:server: 192.168.10.30        # NFS服务器地址path: /test-storage/nfs      # 共享文件路径

（2）创建pod

[root@master ~]# kubectl apply -f nfs-pod.yaml 
pod/nfs-demo created

（3）进入该pod容器的shell环境，查看由容器命令写入的test.txt文件，可发现该文件中记录的内容

[root@master ~]# kubectl exec -it nfs-demo -- /bin/sh
/ # cat /pod-data/test.txt 
15:29:16 记录
15:30:16 记录
/ # exit

（4）查看NFS共享目录中的文件内容，可以发现pod中容器写入的新数据

[root@master ~]# cat /test-storage/nfs/test.txt 
15:29:16 记录
15:30:16 记录

（5）查看该pod所在的节点，发现本例的pod在节点node1上运行

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide
NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
nfs-demo   1/1     Running   0          2m55s   10.244.166.137   node1   <none>           <none>
[root@master ~]# 

（6）执行删除pod

[root@master ~]# kubectl delete pod nfs-demo
pod "nfs-demo" deleted

（7）执行创建pod

[root@master ~]# kubectl apply -f nfs-pod.yaml 
pod/nfs-demo created

（8）查看该pod所在的节点，发现已经被调度到node2节点上运行

[root@master ~]# kubectl get pod -o wide 
NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
nfs-demo   1/1     Running   0          45s   10.244.166.140   node2   <none>           <none>

如果没有在另一个节点上运行，可以在pod配置文件中指定选择器定义

nodeSelector: kubernetes.io/hostname: node2 # 调度到node2上运行

（9）进入该pod容器的shell环境，查看由容器命令写入的test.txt文件

[root@master ~]# kubectl exec -it nfs-demo -- /bin/sh
/ # cat /pod-data/test.txt 
15:29:16 记录
15:30:16 记录
15:31:16 记录
15:32:16 记录
15:33:16 记录
15:34:16 记录
15:35:16 记录
15:36:22 记录
15:37:22 记录
15:51:16 记录
15:52:16 记录
/ # exit

可以发现，不同节点之间的pod依然可以共享NFS卷中的数据

（10）删除所创建的pod，清理实验环境。注意保留NFS共享目录以供后续实验使用

[root@master ~]# kubectl delete pod nfs-demo
pod "nfs-demo" deleted