k8s之数据持久化

kubernetes存储卷：
我们知道默认情况下容器的数据都是非持久化的，在容器销毁以后数据也跟着丢失，所以docker提供了volume机制以便将数据持久化存储。类似的，k8s提供了更强大的volume机制和丰富的插件，解决了容器数据持久化和容器间共享数据的问题。

volume：
我们经常会说：容器和 Pod 是短暂的。
其含义是它们的生命周期可能很短，会被频繁地销毁和创建。容器销毁时，保存在容器内部文件系统中的数据都会被清除。为了持久化保存容器的数据，可以使用k8s volume。
Volume 的生命周期独立于容器，Pod 中的容器可能被销毁和重建，但 Volume 会被保留。

k8s支持的volume类型有emptydir，hostpath，persistentVolumeClaim，gcePersistentDisk，awsElasticBlockStore，nfs，iscsi，gitRepo，secret等等，完整列表及详细文档可参考 http://docs.kubernetes.org.cn/429.html。

在本文中主要实践以下几种volume类型：

1，EmptyDir（临时存储）：
emptyDir 是最基础的 Volume 类型。正如其名字所示，一个 emptyDir Volume 是 Host 上的一个空目录。也就是宿主机上没有指定的目录或文件，直接由pod内部映射到宿主机上。（类似于docker中的docker manager volume 挂载方式）

我们通过下面的例子来实践emptydir：

[root@master yaml]# vim emptydir.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: read-write
spec:
  containers:
  - name: write
    image: busybox
    volumeMounts:     #定义数据持久化
    - mountPath: /write     #定义挂载目录，该目录是pod内部的目录
      name: share-volume
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - echo "hello volumes" > /write/hello; sleep 3000;    

  - name: read     #在该pod内定义第二个容器
    image: busybox
    volumeMounts:
    - mountPath: /read
      name: share-volume
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - cat /read/hello; sleep 30000;
  volumes:
  - name: share-volume
    emptyDir: {}       #定义一个数据持久化的类型empytdir

我们模拟一个pod里运行了两个容器，两个容器共享一个volume，一个负责写入数据，一个负责读取数据。

//运行该pod， 并进行查看：
[root@master yaml]# kubectl  apply -f  emptydir.yaml 
pod/read-write created

[root@master yaml]# kubectl  get pod -o wide
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
read-write   2/2     Running   0          14s   10.244.2.2   node02   <none>           <none>

//我们分别查看两个容器中的挂载内容：
[root@master yaml]# kubectl  exec  -it read-write -c read cat /read/hello
hello volumes
[root@master yaml]# kubectl  exec  -it read-write -c write cat /write/hello
hello volumes

参数解释：
-c ：为指定某个容器，是--container= 的缩写，可以通过--help进行查看。

因为 emptyDir 是 Docker Host 文件系统里的目录，其效果相当于执行了 docker run -v /write 和 docker run -v /read。我们在node02
上通过 docker inspect 分别查看容器的详细配置信息，我们发现两个容器都 mount 了同一个目录：

    "Mounts": [
        {
            "Type": "bind",
            "Source": "/var/lib/kubelet/pods/756b4f4a-917a-414d-a7ee-523eecf05465/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume",
            "Destination": "/read",
            "Mode": "",
            "RW": true,
            "Propagation": "rprivate"
        },

        {
            "Type": "bind",
            "Source": "/var/lib/kubelet/pods/756b4f4a-917a-414d-a7ee-523eecf05465/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume",
            "Destination": "/write",
            "Mode": "",
            "RW": true,
            "Propagation": "rprivate"
        },

这里的"/var/lib/kubelet/pods/756b4f4a-917a-414d-a7ee-523eecf05465/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume"就是emptydir 挂载到dockerhost上的真正路径。
所以我们可以进入到该路径下进行查看：

[root@node02 ~]# cd /var/lib/kubelet/pods/756b4f4a-917a-414d-a7ee-523eecf05465/volumes/kubernetes.io~empty-dir/share-volume/
[root@node02 share-volume]# cat hello 
hello volumes

总结emptydir：
同个pod里边的不同容器，共享同一个持久化目录。当pod节点删除时，volume的内容也会被删除，但如果仅是容器被销毁，pod还在，则volume不受影响。也就是说emptydir的数据持久化的生命周期和使用的pod一致。一般作为临时存储使用，以及长时间任务的中间过程checkpoint的临时保存目录，及多容器共享目录。

2，hostPath：

• 1）将宿主机上已经存在的目录或文件挂载到容器内部。
• 2)这种持久化方式，运用场景不多，因为我们使用虚拟化技术的核心就是为了于宿主机进行隔离，但这种方式它增加了pod于节点之间的耦合。
• 3)一般对于k8s集群本身的数据持久化，和docker本身的数据持久化会使用这种方式。

比如 kube-apiserver 和 kube-controller-manager 就是这样的应用。
我们通过"kubectl edit -n kube-system pod kube-apiserver-master"命令来查看 kube-apiserver Pod 的配置，下面是 Volume 的相关部分：

volumeMounts:
- mountPath: /etc/ssl/certs
  name: ca-certs
  readOnly: true
- mountPath: /etc/pki
  name: etc-pki
  readOnly: true
- mountPath: /etc/kubernetes/pki
  name: k8s-certs
  readOnly: true

  volumes:
  - hostPath:
      path: /etc/ssl/certs
      type: DirectoryOrCreate
    name: ca-certs
  - hostPath:
      path: /etc/pki
      type: DirectoryOrCreate
    name: etc-pki
  - hostPath:
      path: /etc/kubernetes/pki
      type: DirectoryOrCreate
    name: k8s-certs

这里定义了三个 hostPath volume 分别是k8s-certs、ca-certs 和etc- pki，分别对应 Host 目录 /etc/kubernetes/pki、/etc/ssl/certs 和 /etc/pki。

如果 Pod 被销毁了，hostPath 对应的目录也还会被保留，从这点看，hostPath 的持久性比 emptyDir 强。不过一旦 Host 崩溃，hostPath 也就没法访问了。

3,pv & pvc

• PersistentVolume（pv）：统一的数据持久化目录，是指由集群管理员配置提供的某存储系统上的一段空间，它是对底层共享存储的抽象，将共享存储作为一种可由用户申请使用的资源，实现了“存储消费”机制。
• PersistentVolumeClaim（PVC）：用于pv持久化空间的一个申请(Claim)，声明。指定所需要的最低容量要求和访问模式，然后用户将持久卷声明的清单提交给 kubernetes api服务器，kubernetes将找到可匹配的持久卷并将其绑定到持久卷声明。

NFS PersistentVolume
通过 NFS 实践PV和PVC。

1）我们在master节点上部署nfs服务：

[root@master ~]# yum -y install nfs-utils
[root@master ~]# mkdir /nfsdata
[root@master ~]# vim /etc/exports   #编写nfs配置文件
/nfsdata 172.16.1.0/24(rw,sync,no_root_squash)
[root@master ~]# systemctl enable rpcbind
[root@master ~]# systemctl start rpcbind
[root@master ~]# systemctl enable nfs-server
[root@master ~]# systemctl start nfs-server

[root@master ~]# showmount -e   #查看是否挂载成功
Export list for master:
/nfsdata 172.16.1.0/24

2）创建pv：

[root@master yaml]# vim nfs-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  capacity:  
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: nfs
  nfs:
    path: /nfsdata     #指定nfs共享目录
    server: 172.16.1.30    #指定的是nfs服务器的ip地址

//通过以下命令来运行pv：
[root@master yaml]# kubectl apply -f  nfs-pv.yaml 
persistentvolume/nfs-pv created

字段解释：
capacity：指定pv的容量大小，目前，capacity仅支持空间设定，将来应该还可以指定IOPS和throughput。
accessModes：访问模式，有以下几种模式：
                                              ReadWriteOnce： 以读写的方式挂载到单个节点，命令行中简写为RWO。
                                              ReadOnlyMany：以只读的方式挂载到多个节点，命令行中简写为ROX。
                                              ReadWriteMany: 以读写的方式挂载到多个节点，命令行中简写为RWX。
 persistentVolumeReclaimPolicy：pv空间释放时的回收策略，有以下几种策略：
                                          Recycle：清除pv中的数据，然后自动回收。（自动回收策略是由pvc的保护机制保护的，当pv删除后，只要pvc还在数据就还在）
                                              Retain： 保持不动，由管理员手动回收。
                                              Delete： 删除云存储资源，仅部分云储存系统支持，如果AWS，EBS，GCE PD，Azure Disk和Cinder。
注意：这里的回收策略是指在pv被删除之后，所存储的源文件是否删除。
storageClassName：pv和pvc关联的依据。

//验证pv是否可用：
[root@master yaml]# kubectl  get pv
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv   1Gi （容量为1GB）       RWO （读写）          Recycle   （自动回收）       Available（可用的，确保是该状态才可被使用）           nfs（基于nfs来做的）                     18m（时间）

3）创建一个pvc：

[root@master yaml]# vim nfs-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce     #pv和pvc的访问模式必须一致
  resources:             #在该字段下的requests子字段中定义要申请的资源
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: nfs

运行该pvc：
[root@master yaml]# kubectl apply -f  nfs-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/nfs-pvc created

//验证pvc是否可用：
[root@master yaml]# kubectl  get pvc
NAME      STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
nfs-pvc   Bound   nfs-pv   1Gi        RWO            nfs            3m53s

[root@master yaml]# kubectl  get pv
NAME     CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM             STORAGECLASS   REASON   AGE
nfs-pv   1Gi        RWO            Recycle          Bound    default/nfs-pvc   nfs                     29m

确保此时pv和pvc的状态都为Bound，则表示绑定成功。

pv空间的使用。

接下来我们实践mysql的pv使用：
1）创建一个mysql的pod：

[root@master yaml]# vim mysql-pod.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:             #定义一个变量，将容器中mysqlroot密码映射到本地
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: 123.com     #密码为123.com
        ports:
        - containerPort: 3306
        volumeMounts:         #定义数据持久化
        - name: mysql-pv-storage
          mountPath: /var/lib/mysql   #该目录为默认的mysql数据持久化目录
      volumes:                     #该volumes字段为上面的一个解释
      - name: mysql-pv-storage        #注意名称要与上面的名称相同
        persistentVolumeClaim:      #指定pvc，注意下面声明的pvc要于之前创建的pvc名称一致
          claimName: nfs-pvc       
---
apiVersion: v1                  #创建一个service资源对象
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 3306
    targetPort: 3306
    nodePort: 30000
  selector:
    app: mysql

通过以下命令来运行pod：
[root@master yaml]# kubectl apply -f  mysql-pod.yaml 
deployment.extensions/mysql created
service/mysql created

//查看pod是否正常运行：
[root@master yaml]# kubectl  get pod -o wide mysql-68d65b9dd9-hf2bf 
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql-68d65b9dd9-hf2bf   1/1     Running   0          9m34s   10.244.1.3   node01   <none>           <none>

2）登录mysql数据库，进行写入数据：

[root@master yaml]# kubectl  exec  -it mysql-68d65b9dd9-hf2bf  -- mysql -u root -p123.com
Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.
mysql>

mysql> create database volumes_db;   #创建库
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> use volumes_db;      #进入库中
Database changed
mysql> create table my_id(     #创建表
    -> id int primary key,
    -> name varchar(25)
    -> );
Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)

mysql> insert into my_id values(1,'zhangsan');   #往表中写入数据
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> select * from my_id;    #查看数据
+----+----------+
| id | name     |
+----+----------+
|  1 | zhangsan |
+----+----------+
1 row in set (0.00 sec)

3）进行验证：
（1）手动删除pod，验证数据库内数据是否还会存在

[root@master ~]# kubectl  delete pod mysql-68d65b9dd9-hf2bf 
pod "mysql-68d65b9dd9-hf2bf" deleted

[root@master ~]# kubectl  get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql-68d65b9dd9-bf9v8   1/1     Running   0          26s    10.244.1.4   node01   <none>           <none>

删除pod后，kubernetes会生成新的pod，我们登录mysql查看
数据是否还会存在。

[root@master ~]# kubectl  exec  -it mysql-68d65b9dd9-bf9v8 -- mysql -u root -p123.com
Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

mysql> select * from volumes_db.my_id;  
+----+----------+
| id | name     |
+----+----------+
|  1 | zhangsan |
+----+----------+
1 row in set (0.01 sec)

可以看到数据依旧会存在。

2）模拟pod运行所在节点宕机，在新生成的pod内，数据是否恢复正常。
从上面查看pod的信息中，我们知道pod是运行在node01上，所以我们将集群中的node01主机关机。
##[root@node01 ~]# systemctl poweroff

过一段时间后，kubernetes会将pod迁移至集群中node02主机上：

[root@master ~]# kubectl  get nodes   #得知node01节点已经宕机
NAME     STATUS     ROLES    AGE   VERSION
master   Ready      master   39d   v1.15.0
node01   NotReady   <none>   39d   v1.15.0
node02   Ready      <none>   39d   v1.15.0

[root@master ~]# kubectl  get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS        RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql-68d65b9dd9-bf9v8   1/1     Terminating   0          15m   10.244.1.4   node01   <none>           <none>
mysql-68d65b9dd9-mvxdg   1/1     Running       0          83s   10.244.2.3   node02   <none>           <none>

可以看到pod已经迁移到了node02上。

最后我们登录mysql，验证数据是否恢复：

[root@master ~]# kubectl exec  -it mysql-68d65b9dd9-mvxdg  -- mysql -u root -p123.com
Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

mysql> select * from volumes_db.my_id;
+----+----------+
| id | name     |
+----+----------+
|  1 | zhangsan |
+----+----------+
1 row in set (0.09 sec)

可以得知在pod迁移之后，mysql服务正常运行，且数据也并没有丢失。。。

pv和pvc实现了mysql数据的持久化，分离了管理员和普通用户的职责，更适合生产环境。