Kubernetes.Хранилища данных (Persistent Volumes).NFS

Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!

Постоянные тома (Persistent Volumes, PV) — это единицы хранения, подготовленные админом. Они не зависят от подов и их скоротечной жизни.

Persistent Volume Claim (PVC) — это запросы на хранилище, то есть PV. С PVC можно привязать хранилище к ноде, и эта нода будет его использовать.

С хранилищем можно работать статически или динамически.

При статическом подходе админ заранее, до запросов, готовит PV, которые предположительно понадобятся подам, и эти PV вручную привязаны к конкретным подам с помощью явных PVC.

На практике специально определенные PV несовместимы с переносимой структурой Kubernetes — хранилище зависит от среды, вроде AWS EBS или постоянного диска GCE. Для привязки вручную нужно указать на конкретное хранилище в файле YAML.

Статический подход вообще противоречит философии Kubernetes: ЦП и память не выделяются заранее и не привязываются к подам или контейнерам. Они выдаются динамически.

Для динамической подготовки мы используем классы хранилища. Администратору кластера не нужно заранее создавать PV. Он создает несколько профилей хранилища, наподобие шаблонов. Когда разработчик делает запрос PVC, в момент запроса один из этих шаблонов создается и привязывается к поду.

Вот так, в самых общих чертах, Kubernetes работает с внешним хранилищем.

Работа с дисками в Kubernetes

Работа с дисковыми томами в Kubernetes проходит по следующей схеме:

Вы описываете типы файловых хранилищ с помощью Storage Classes и Persistent Volumes. Они могут быть совершенно разными от локальных дисков до внешних кластерных систем и дисковых полок.
Для подключения диска к поду вы создаете Persistent Volume Claim, в котором описываете потребности пода в доступе к хранилищу — объем, тип и т.д. На основе этого запроса используются либо готовые PV, либо создаются под конкретный запрос автоматически с помощью PV Provisioners.
В описании пода добавляете информацию о Persistent Volume Claim, который он будет использовать в своей работе.

Persistent Volumes

Условно Persistent Volumes можно считать аналогом нод в самом кластере Kubernetes. Допустим, у вас есть несколько разных хранилищ. К примеру, одно быстрое на SSD, а другое медленное на HDD. Вы можете создать 2 Persistent Volumes в соответствии с этим, а затем выделять подам место в этих томах. Кубернетис поддерживает огромное количество подключаемых томов с помощью плагинов.

Вот список наиболее популярных:

NFS
iSCSI
RBD
CephFS
Glusterfs
FC (Fibre Channel)

Полный список можно посмотреть в документации.

Persistent Volume Claim

PersistentVolumeClaim (PVC) есть не что иное как запрос к Persistent Volumes на хранение от пользователя. Это аналог создания Pod на ноде. Поды могут запрашивать определенные ресурсы ноды, то же самое делает и PVC. Основные параметры запроса:

объем pvc
тип доступа

Типы доступа у PVC могут быть следующие:

ReadWriteOnce – том может быть смонтирован на чтение и запись к одному поду.
ReadOnlyMany – том может быть смонтирован на много подов в режиме только чтения.
ReadWriteMany – том может быть смонтирован к множеству подов в режиме чтения и записи.

Ограничение на тип доступа может налагаться типом самого хранилища. К примеру, хранилище RBD или iSCSI не поддерживают доступ в режиме ReadWriteMany.

Один PV может использоваться только одним PVС. К примеру, если у вас есть 3 PV по 50, 100 и 150 гб. Приходят 3 PVC каждый по 50 гб. Первому будет отдано PV на 50 гб, второму на 100 гб, третьему на 150 гб, несмотря на то, что второму и третьему было бы достаточно и 50 гб. Но если PV на 50 гб нет, то будет отдано на 100 или 150, так как они тоже удовлетворяют запросу. И больше никто с PV на 150 гб работать не сможет, несмотря на то, что там еще есть свободное место.

Из-за этого нюанса, нужно внимательно следить за доступными томами и запросами к ним. В основном это делается не вручную, а автоматически с помощью PV Provisioners. В момент запроса pvc через api кластера автоматически формируется запрос к storage provider. На основе этого запроса хранилище создает необходимый PV и он подключается к поду в соответствии с запросом.

Storage Classes

StorageClass позволяет описать классы хранения, которые предлагают хранилища. Например, они могут отличаться по скорости, по политикам бэкапа, либо какими-то еще произвольными политиками. Каждый StorageClass содержит поля provisioner, parameters и reclaimPolicy, которые используются, чтобы динамически создавать PersistentVolume.

Можно создать дефолтный StorageClass для тех PVC, которые его вообще не указывают. Так же storage class хранит параметры подключения к реальному хранилищу. PVC используют эти параметры для подключения хранилища к подам.

Важный нюанс. PVC зависим от namespace. Если у вас SC будет с секретом, то этот секрет должен быть в том же namespace, что и PVC, с которого будет запрос на подключение.

Работа с PV в кластере

Проверим, есть ли у нас какие-то PV в кластере.

[root@minikub ~]# kubectl get pv
No resources found.

Ничего нет. Попробуем создать и применить какой-нибудь PVC и проверим, что произойдет. Для примера создаем pvc.yaml следующего содержания.

[root@minikub my-project]# cat pvc.yaml

[codesyntax lang="php"]

---
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: fileshare
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

---

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

spec:

accessModes:

- ReadWriteMany

resources:

requests:

storage: 1Gi

[/codesyntax]

Просим выделить нам 1 гб пространства с типом доступа ReadWriteMany. Применяем yaml.

# <strong>kubectl apply -f pvc.yaml
</strong>persistentvolumeclaim/fileshare created

# kubectl apply -f pvc.yaml

persistentvolumeclaim/fileshare created

Ждем немного и проверяем статус pvc.

[root@minikub my-project]# <strong>kubectl get pv</strong>
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS   REASON   AGE
pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/fileshare   standard                96s

смотрим где он был создан:
[root@minikub my-project]#<strong> kubectl describe pv pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a</strong>
Name:            pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a
Labels:          &lt;none&gt;
Annotations:     hostPathProvisionerIdentity: 6eb1415c-8e9b-11ea-b254-080027f7e7f2
                 pv.kubernetes.io/provisioned-by: k8s.io/minikube-hostpath
Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:    standard
Status:          Bound
Claim:           <strong>default/fileshare</strong>
Reclaim Policy:  Delete
Access Modes:    RWX
VolumeMode:      <strong>Filesystem</strong>
Capacity:        1Gi
Node Affinity:   &lt;none&gt;
Message:
Source:
    Type:          HostPath (bare host directory volume)
    <strong>Path:          /tmp/hostpath-provisioner/pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a</strong>
    HostPathType:
Events:            &lt;none&gt;

[root@minikub my-project]# kubectl get pv

NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE

pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a 1Gi RWX Delete Bound default/fileshare standard 96s

смотрим где он был создан:

[root@minikub my-project]# kubectl describe pv pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a

Name: pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a

Labels: <none>

Annotations: hostPathProvisionerIdentity: 6eb1415c-8e9b-11ea-b254-080027f7e7f2

pv.kubernetes.io/provisioned-by: k8s.io/minikube-hostpath

Finalizers: [kubernetes.io/pv-protection]

StorageClass: standard

Status: Bound

Claim: default/fileshare

Reclaim Policy: Delete

Access Modes: RWX

VolumeMode: Filesystem

Capacity: 1Gi

Node Affinity: <none>

Message:

Source:

Type: HostPath (bare host directory volume)

Path: /tmp/hostpath-provisioner/pvc-b4545341-5705-48a3-abcf-8e72d654bc6a

HostPathType:

Events: <none>

NFS хранилище в качестве Persistence Volume

Для простоты я взял в качестве хранилища PV nfs сервер. Для него не существует встроенного Provisioner, как к примеру, для Ceph

у нас установлен nfs сервер:
192.168.1.82 с директорией /nfs
и клиент, наш миникуб
192.168.1.120 с директорией /nfs-client

[root@minikub my-project]# df -h | grep /nfs-client
192.168.1.82:/nfs 20G 44M 19G 1% /nfs-client

на клиенте не забываем поставить все необходимые пакеты:

yum install nfs-utils nfs-utils-lib

1	yum install nfs-utils nfs-utils-lib

Создаем yaml файл pv-nfs.yaml с описанием Persistence Volume на основе NFS.

[root@minikub my-project]# vim pv-nfs.yaml

[codesyntax lang="php"]

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-nfs-share
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    server: 192.168.1.82
    path: /nfs-client

apiVersion: v1

kind: PersistentVolume

metadata:

spec:

capacity:

storage: 10Gi

accessModes:

- ReadWriteMany

persistentVolumeReclaimPolicy: Retain

nfs:

server: 192.168.1.82

path: /nfs-client

[/codesyntax]

Reclaim Policy

persistentVolumeReclaimPolicy — что будет происходить с pv после удаления pvc. Могут быть 3 варианта:

Retain — pv удален не будет.
Recycle — pv будет очищен.
Delete — pv будет удален.

Так как у нас нет Provisioner для nfs, удалять автоматически pv не получится. Так что у нас только 2 варианта — либо оставлять данные (retain), либо очищать том (recycle).

Добавляем описанный pv в кластер kubernetes.

[root@minikub my-project]# kubectl apply -f pv-nfs.yaml
persistentvolume/my-nfs-share created

Проверяем список pv и pvc

Мы просили в pvc только 1 Гб хранилища, но в pv было только хранилище с 10 Гб и оно было выдано. Как я и говорил раньше. Так что в случае ручного создания PV и PVC нужно самим следить за размером PV.

Подключаем хранилище к поду

Теперь подключим наш PVC в виде volume к какому-нибудь поду. Опишем его в конфиге pod-with-nfs.yaml

[codesyntax lang="php"]

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: pod-with-nfs
spec:
  containers:
    - name: app
      image: alpine
      volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /nfs-client
      command: ["/bin/sh"]
      args: ["-c", "sleep 500000"]
  volumes:
  - name: data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: fileshare

kind: Pod

apiVersion: v1

metadata:

spec:

containers:

- name: app

image: alpine

volumeMounts:

- name: data

mountPath: /nfs-client

command: ["/bin/sh"]

args: ["-c", "sleep 500000"]

volumes:

- name: data

persistentVolumeClaim:

claimName: fileshare

[/codesyntax]

Применяем.
# kubectl apply -f pod-with-nfs.yaml

Затем проверяйте статус запущенного пода.

# kubectl get pod
NAME           READY   STATUS              RESTARTS   AGE
pod-with-nfs   0/1     ContainerCreating   0          80s

# kubectl get pod

NAME READY STATUS RESTARTS AGE

pod-with-nfs 0/1 ContainerCreating 0 80s

Зайдем в его консоль и посмотрим, подмонтировалась ли nfs шара.

# kubectl exec -it pod-with-nfs sh

набрав
mount | grep nfs
мы увидим наш подмонтированный раздел

Попробуем теперь что-то записать в шару. Снова заходим на под и создаем текстовый файл.

# kubectl exec -it pod-with-nfs sh
# echo "test text" >> /mnt/nfs/test.txt

Теперь запустим еще один под и подключим ему этот же pvc. Для этого просто немного изменим предыдущий под, обозвав его pod-with-nfs2.

[codesyntax lang="php"]

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: pod-with-nfs2
spec:
  containers:
    - name: app
      image: alpine
      volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /nfs-client
      command: ["/bin/sh"]
      args: ["-c", "sleep 500000"]
  volumes:
  - name: data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: fileshare

kind: Pod

apiVersion: v1

metadata:

spec:

containers:

- name: app

image: alpine

volumeMounts:

- name: data

mountPath: /nfs-client

command: ["/bin/sh"]

args: ["-c", "sleep 500000"]

volumes:

- name: data

persistentVolumeClaim:

claimName: fileshare

[/codesyntax]

Запускаем под и заходим в него.
# kubectl apply -f pod-with-nfs2.yaml
# kubectl exec -it pod-with-nfs2 sh
# cat /mnt/nfs/test.txt
test text

Все в порядке, файл на месте. С внешними хранилищем в Kubernetes закончили.

Local Persistent Volume — хранилище Kubernetes на локальных дисках

Локальные тома, как и nfs, не имеют встроенного провизионера, так что нарезать их можно только вручную, создавая PV. Есть внешний provisioner — https://github.com/kubernetes-sigs/sig-storage-local-static-provisioner, но лично я его не проверял.

Создаем SC sc-local.yaml.

[codesyntax lang="php"]

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

kind: StorageClass

apiVersion: storage.k8s.io/v1

metadata:

provisioner: kubernetes.io/no-provisioner

volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

[/codesyntax]

Создаем вручную PV pv-local-node-1.yaml, который будет располагаться на kub-node-1 в /mnt/local-storage. Эту директорию необходимо вручную создать на сервере.

[codesyntax lang="php"]

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-local-node-1
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /mnt/local-storage
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - kub-node-1

apiVersion: v1

kind: PersistentVolume

metadata:

spec:

capacity:

storage: 10Gi

volumeMode: Filesystem

accessModes:

- ReadWriteOnce

persistentVolumeReclaimPolicy: Retain

storageClassName: local-storage

local:

path: /mnt/local-storage

nodeAffinity:

required:

nodeSelectorTerms:

- matchExpressions:

- key: kubernetes.io/hostname

operator: In

values:

- kub-node-1

[/codesyntax]

Создаем PVC pvc-local.yaml для запроса сторейджа, который передадим поду.

[codesyntax lang="php"]

---
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: local-volume
spec:
  storageClassName: "local-storage"
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

---

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

spec:

storageClassName: "local-storage"

accessModes:

- ReadWriteOnce

resources:

requests:

storage: 10Gi

[/codesyntax]

И в завершении создадим тестовый POD pod-with-pvc-local.yaml для проверки работы local storage.

[codesyntax lang="php"]

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: pod-with-pvc-local
spec:
  containers:
    - name: app
      image: alpine
      volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /mnt
      command: ["/bin/sh"]
      args: ["-c", "sleep 500000"]
  volumes:
  - name: data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: local-volume

kind: Pod

apiVersion: v1

metadata:

spec:

containers:

- name: app

image: alpine

volumeMounts:

- name: data

mountPath: /mnt

command: ["/bin/sh"]

args: ["-c", "sleep 500000"]

volumes:

- name: data

persistentVolumeClaim:

claimName: local-volume

[/codesyntax]

Применяем все вышеперечисленное в строго определенном порядке:

# kubectl apply -f sc-local.yaml
# kubectl apply -f pv-local-node-1.yaml
# kubectl apply -f pvc-local.yaml
# kubectl apply -f pod-with-pvc-local.yaml

# kubectl apply -f sc-local.yaml

# kubectl apply -f pv-local-node-1.yaml

# kubectl apply -f pvc-local.yaml

# kubectl apply -f pod-with-pvc-local.yaml

После этого посмотрите статус всех запущенных абстракций.

Проверим, что Local Persistent Volume правильно работает. Зайдем в под и создадим тестовый файл.

# kubectl exec -it pod-with-pvc-local sh
# echo "local srorage test" >> /mnt/local.txt

Теперь идем на сервер kub-node-1 и проверяем файл.

[root@kub-node-1 local-storage]# cat /mnt/local-storage/local.txt 
local srorage test

1 2	[root@kub-node-1 local-storage]# cat /mnt/local-storage/local.txt local srorage test

Все в порядке. Файл создан.

Если у вас возникли какие-то проблемы с POD, то в PVC будет ошибка:

waiting for first consumer to be created before binding

1	waiting for first consumer to be created before binding

И в это же время в поде:

0/6 nodes are available: 1 node(s) didn't find available persistent volumes to bind, 5 node(s) had taints that the pod didn't tolerate.

1	0/6 nodes are available: 1 node(s) didn't find available persistent volumes to bind, 5 node(s) had taints that the pod didn't tolerate.

Возникли ошибки из-за того, что в описании PV я ошибся в названии сервера, где будет доступен local storage. В итоге pod запускался, проверял pvc, а pvc смотрел на pv и видел, что адрес ноды с pv не соответствует имени ноды, где будет запущен pod. В итоге все висело в ожидании разрешения этих несоответствий.

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
	1	2	3	4	5	6
7	8	9	10	11	12	13
14	15	16	17	18	19	20
21	22	23	24	25	26	27
28	29	30

Centos

Kubernetes.Хранилища данных (Persistent Volumes).NFS

Работа с дисками в Kubernetes

Persistent Volumes

Persistent Volume Claim

Storage Classes

Работа с PV в кластере

NFS хранилище в качестве Persistence Volume

Reclaim Policy

Подключаем хранилище к поду

Local Persistent Volume — хранилище Kubernetes на локальных дисках

https://github.com/midnight47/