kubernetes数据持久化实战

作者: wencst 分类: docker,云计算,微服务,架构设计 发布时间: 2019-04-10 14:34 阅读: 436 次

默认情况下Pod挂载在磁盘上的文件生命周期与Pod生命周期是一致的,若Pod出现崩溃的情况,kubelet 将会重启它,这将会造成Pod中的文件将丢失,因为Pod会以镜像最初的状态重新启动。在实际应用当中,开发者有很多时候需要将容器中的数据保留下来,比如在Kubernetes中部署了MySql,不能因为MySql容器挂掉重启而上面的数据全部丢失;其次,在 Pod 中同时运行多个容器时,这些容器之间可能需要共享文件。也有的时候,开发者需要预置配置文件,使其在容器中生效,例如自定义了mysql.cnf文件在MySql启动时就需要加载此配置文件。这些都将是今天将要实战解决的问题。

今天这篇文将讲解下面几种常用存储类型:

  • secret
  • configMap
  • emptyDir
  • hostPath
  • nfs
  • persistentVolumeClaim

SECRET

Secret对象允许您存储和管理敏感信息,例如密码,OAuth令牌和ssh密钥。将此类信息放入一个secret中可以更好地控制它的用途,并降低意外暴露的风险。

▌使用场景

鉴权配置文件挂载

▌使用示例

在CI中push构建好的镜像就可以将docker鉴权的config.json文件存入secret对象中,再挂载到CI的Pod中,从而进行权限认证。

  • 首先创建secret
$ kubectl create secret docker-registry docker-config  --docker-server=https://hub.docker.com --docker-username=username --docker-password=password
secret/docker-config created

新建docker-pod.yaml文件,粘贴以下信息:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: docker
spec:
  containers:
  - name: docker
    image: docker
    command:
      - sleep
      - "3600"
    volumeMounts:
    - name: config
      mountPath: /root/.docker/
  volumes:
  - name: config
    secret:
      secretName: docker-config
      items:
      - key: .dockerconfigjson
        path: config.json
        mode: 0644

Docker Pod挂载secret

$ kubectl apply -f docker-pod.yaml
pod/docker created

查看挂载效果

$ kubectl exec docker -- cat /root/.docker/config.json
{"auths":{"https://hub.docker.com":{"username":"username","password":"password","auth":"dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ="}}}

清理环境

$ kubectl delete pod docker
$ kubectl delete secret docker-config

ConfigMap

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。这些配置信息需要与docker image解耦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。

▌使用场景

配置信息文件挂载

▌使用示例

使用ConfigMap中的数据来配置Redis缓存

  • 创建example-redis-config.yaml文件,粘贴以下信息:
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: example-redis-config
data:
  redis-config: |
    maxmemory 2b
    maxmemory-policy allkeys-lru
创建ConfigMap
$ kubectl apply -f example-redis-config.yaml
configmap/example-redis-config created

创建example-redis.yaml文件,粘贴以下信息:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis
spec:
  containers:
  - name: redis
    image: kubernetes/redis:v1
    env:
    - name: MASTER
      value: "true"
    ports:
    - containerPort: 6379
    resources:
      limits:
        cpu: "0.1"
    volumeMounts:
    - mountPath: /redis-master-data
      name: data
    - mountPath: /redis-master
      name: config
  volumes:
    - name: data
      emptyDir: {}
    - name: config
      configMap:
        name: example-redis-config
        items:
        - key: redis-config
          path: redis.conf

Redis Pod挂载ConfigMap测试

$ kubectl apply -f example-redis.yaml
pod/redis created

查看挂载效果

$ kubectl exec -it redis redis-cli
$ 127.0.0.1:6379> CONFIG GET maxmemory
1) "maxmemory"
2) "2097152"
$ 127.0.0.1:6379> CONFIG GET maxmemory-policy
1) "maxmemory-policy"
2) "allkeys-lru"

清理环境

$ kubectl delete pod redis
$ kubectl delete configmap example-redis-config

EmptyDir

当使用emptyDir卷的Pod在节点创建时,会在该节点创建一个新的空目录,只要该Pod运行在该节点,该目录会一直存在,Pod内的所有容器可以将改目录挂载到不同的挂载点,但都可以读写emptyDir内的文件。当Pod不论什么原因被删除,emptyDir的数据都会永远被删除(一个Container Crash 并不会在该节点删除Pod,因此在Container crash时,数据不会丢失)。默认情况下,emptyDir支持任何类型的后端存储:disk、ssd、网络存储。也可以通过设置 emptyDir.medium 为Memory,kubernetes会默认mount一个tmpfs(RAM-backed filesystem),因为是RAM Backed,因此 tmpfs 通常很快。但是会在容器重启或者crash时,数据丢失。

▌使用场景

同一Pod内各容器共享存储

▌使用示例

在容器a中生成hello文件,通过容器b输出文件内容

  • 创建test-emptydir.yaml文件,粘贴以下信息:
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-emptydir
spec:
  containers:
  - image: alpine
    name: container-a
    command:
      - /bin/sh
    args:
      - -c
      - echo 'I am container-a' >> /cache-a/hello && sleep 3600
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache-a
      name: cache-volume
  - image: alpine
    name: container-b
    command:
      - sleep
      - "3600"
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache-b
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

创建Pod

kubectl apply -f test-emptydir.yaml
pod/test-emptydir created

测试

$ kubectl exec test-emptydir -c container-b -- cat /cache-b/hello
I am container-a

清理环境

$ kubectl delete pod test-emptydir

HostPath

将宿主机对应目录直接挂载到运行在该节点的容器中。使用该类型的卷,需要注意以下几个方面:

  1. 使用同一个模板创建的Pod,由于不同的节点有不同的目录信息,可能会导致不同的结果
  2. 如果kubernetes增加了已知资源的调度,该调度不会考虑hostPath使用的资源
  3. 如果宿主机目录上已经存在的目录,只可以被root可以写,所以容器需要root权限访问该目录,或者修改目录权限

▌使用场景

运行的容器需要访问宿主机的信息,比如Docker内部信息/var/lib/docker目录,容器内运行cadvisor,需要访问/dev/cgroups

▌使用示例

使用Docker socket binding模式在列出宿主机镜像列表。

  • 创建test-hostpath.yaml文件,粘贴以下信息:
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-hostpath
spec:
  containers:
  - image: docker
    name: test-hostpath
    command:
      - sleep
      - "3600"
    volumeMounts:
    - mountPath: /var/run/docker.sock
      name: docker-sock
  volumes:
  - name: docker-sock
    hostPath:
      path: /var/run/docker.sock
      type: Socket

创建test-hostpath Pod

$ kubectl apply -f test-hostpath.yaml
pod/test-hostpath created

测试是否成功

$ kubectl exec test-hostpath docker images
REPOSITORY      IMAGE ID        CREATED         SIZE
docker          639de9917ae1    13 days ago     171MB
...

NFS存储卷

NFS 卷允许将现有的 NFS(网络文件系统)共享挂载到您的容器中。不像 emptyDir,当删除 Pod 时,nfs 卷的内容被保留,卷仅仅是被卸载。这意味着 nfs 卷可以预填充数据,并且可以在 pod 之间共享数据。 NFS 可以被多个写入者同时挂载。

  • 重要提示:您必须先拥有自己的 NFS 服务器然后才能使用它。

▌使用场景

不同节点Pod使用统一nfs共享目录

▌使用示例

  • 创建test-nfs.yaml文件,粘贴以下信息:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: test-nfs
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: store
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: store
    spec:
      volumes:
      - name: data
        nfs:
          server: nfs.server.com
          path: /
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - store
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: alpine
        image: alpine
        command:
          - sleep
          - "3600"
        volumeMounts:
        - mountPath: /data
          name: data

创建测试deployment

$ kubectl apply -f test-nfs.yaml
deployment/test-nfs created

查看pod运行情况

$ kubectl get po -o wide
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP              NODE      NOMINATED NODE
test-nfs-859ccfdf55-kkgxj   1/1       Running   0          1m        10.233.68.245   uat05     <none>
test-nfs-859ccfdf55-aewf8   1/1       Running   0          1m        10.233.67.209   uat06     <none>
进入Pod中进行测试
# 进入uat05节点的pod中
$ kubectl exec -it test-nfs-859ccfdf55-kkgxj sh
# 创建文件
$ echo "uat05" > /data/uat05
# 退出uat05节点的pod
$ edit
# 进入uat06节点的pod中
$ kubectl exec -it test-nfs-859ccfdf55-aewf8 sh
# 查看文件内容
$ cat /data/uat05
uat05

清理环境

$ kubectl delete deployment test-nfs

PersistentVolumeClaim

上面所有例子中我们都是直接将存储挂载到的pod中,那么在kubernetes中如何管理这些存储资源呢?这就是Persistent Volume和Persistent Volume Claims所提供的功能。

● PersistentVolume 子系统为用户和管理员提供了一个 API,该 API 将如何提供存储的细节抽象了出来。为此,我们引入两个新的 API 资源:PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim。

  • 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 Volume 的实现,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)。虽然 PersistentVolumeClaims 允许用户使用抽象存储资源,但用户需要具有不同性质(例如性能)的 PersistentVolume 来解决不同的问题。集群管理员需要能够提供各种各样的 PersistentVolume,这些PersistentVolume 的大小和访问模式可以各有不同,但不需要向用户公开实现这些卷的细节。对于这些需求,StorageClass 资源可以实现。

● 在实际使用场景里,PV 的创建和使用通常不是同一个人。这里有一个典型的应用场景:管理员创建一个 PV 池,开发人员创建 Pod 和 PVC,PVC 里定义了Pod所需存储的大小和访问模式,然后 PVC 会到 PV 池里自动匹配最合适的 PV 给 Pod 使用。

▌使用示例

  • 创建PersistentVolume
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mypv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: slow
  mountOptions:
    - hard
    - nfsvers=4.0
  nfs:
    path: /tmp
    server: 172.17.0.2

创建PersistentVolumeClaim

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  volumeMode: Filesystem
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  volumeName: mypv

创建Pod绑定PVC

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
    - name: myfrontend
      image: nginx
      volumeMounts:
      - mountPath: "/var/www/html"
        name: mypd
  volumes:
    - name: mypd
      persistentVolumeClaim:
        claimName: myclaim

查看pod运行情况验证绑定结果

$ kubectl get po -o wide
NAME    READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP              NODE      NOMINATED NODE
mypod   1/1       Running   0          1m        10.233.68.249   uat05     <none>
$ kubectl exec -it mypod sh
$ ls /var/www/html

清理环境

$ kubectl delete pv mypv
$ kubectl delete pvc myclaim
$ kubectl delete po mypod

总结

本次实战中使用了secret存储docker认证凭据,更好地控制它的用途,并降低意外暴露的风险。

使用configMap对redis进行缓存配置,这样即使redis容器挂掉重启configMap中的配置依然会生效。接着又使用emptyDir来使得同一Pod中多个容器的目录共享,在实际应用中开发者通常使用initContainers来进行预处理文件,然后通过emptyDir传递给Containers。然后再使用hostPath来访问宿主机的资源,当网路io达不到文件读写要求时,可考虑固定应用只运行在一个节点上然后使用hostPath来解决文件读写速度的要求。

NFS和PersistentVolumeClaim的例子实质上都是试容器挂载的nfs服务器共享目录,但这些资源一般都只掌握在了管理员手中,开发人员想要获取这部分资源那么就不是这么友好了,动态存储类(StorageClass)就能很好的解决此类问题。

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