【K8S】Kubernetes的基本数据存储详解EmptyDir / HostPath / NFS

一、 介绍

容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引用了Volume的概念。

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。

Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。

kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：

简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS

高级存储：PV、PVC

配置存储：ConfigMap、Secret

二、 基本存储

1、EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且必须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。

EmptyDir用途如下：

• 临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且必须永久保留

• 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

接下来，通过一个容器之间文件共享的案例来使用一下EmptyDir。在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。

创建⼀个volume-emptydir.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: volume-emptydir
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts: #将logs-volume挂在到nginx容器中，对应的目录为 /var/log/nginx
- name: logs-volume
mountPath: /var/log/nginx
- name: busybox
image: busybox:1.30
command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"] # 初始命令，动态读取指定文件中内容
volumeMounts: # 将logs-volume挂在到busybox容器中，对应的目录为 /logs
- name: logs-volume
mountPath: /logs
volumes: # 声明volume， name为logs-volume，类型为emptyDir
- name: logs-volume
emptyDir: {}

创建Pod

[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
pod/volume-emptydir created

查看pod

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-emptydir -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
volume-emptydir 2/2 Running 0 97s 10.42.2.9 node1 ......

通过podIp访问nginx

[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.9
......

通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出

[root@k8s-master01 ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox
10.42.1.0 - - [27/Jun/2021:15:08:54 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0"
"-"

2、HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。

创建⼀个volume-hostpath.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: volume-hostpath
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- name: logs-volume
mountPath: /var/log/nginx
- name: busybox
image: busybox:1.30
command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
volumeMounts:
- name: logs-volume
mountPath: /logs
volumes:
- name: logs-volume
hostPath:
path: /root/logs
type: DirectoryOrCreate # 目录存在就使⽤，不存在就先创建后使用

关于type的值的几点说明：

DirectoryOrCreate 目录存在就使用，不存在就先创建后使用
Directory 目录必须存在
FileOrCreate 文件存在就使用，不存在就先创建后使用
File 文件必须存在
Socket unix套接字必须存在
CharDevice 字符设备必须存在
BlockDevice 块设备必须存在

创建Pod

[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
pod/volume-hostpath created

查看Pod

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-hostpath -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE ......
pod-volume-hostpath 2/2 Running 0 16s 10.42.2.10 node1 ......

访问nginx

[root@k8s-master01 ~]# curl 10.42.2.10
[root@k8s-master01 ~]# kubectl logs -f volume-emptydir -n dev -c busybox

接下来就可以去host的/root/logs目录下查看存储的文件了，注意: 下面的操作需要到Pod所在的节点运行（案例中是node1）

[root@node1 ~]# ls /root/logs/
access.log error.log

同样的道理，如果在此目录下创建一个文件，到容器中也是可以看到的

3、NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，就会出现问题了，此时需要准备单独的⽹络存储系统，比较常见的用NFS、CIFS。

NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。

首先要准备nfs的服务器，这里为了简单，直接是master节点做nfs服务器

# 在nfs上安装nfs服务
[root@nfs ~]# yum install nfs-utils -y
# 准备一个共享目录
[root@nfs ~]# mkdir /root/data/nfs -pv
# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.5.0/24网段中的所有主机
[root@nfs ~]# vim /etc/exports
[root@nfs ~]# more /etc/exports
/root/data/nfs 192.168.5.0/24(rw,no_root_squash)
# 启动nfs服务
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs　

接下来，要在的每个node节点上都安装下nfs，这样的目的是为了node节点可以驱动nfs设备，在node上安装nfs服务，注意不需要启动

[root@k8s-master01 ~]# yum install nfs-utils -y

就可以编写pod的配置文件了，创建volume-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: volume-nfs
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- name: logs-volume
mountPath: /var/log/nginx
- name: busybox
image: busybox:1.30
command: ["/bin/sh","-c","tail -f /logs/access.log"]
volumeMounts:
- name: logs-volume
mountPath: /logs
volumes:
- name: logs-volume
nfs:
server: 192.168.5.6 #nfs服务器地址
path: /root/data/nfs #共享文件路径

最后运行下pod，观察结果

[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
pod/volume-nfs created

查看pod

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods volume-nfs -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
volume-nfs 2/2 Running 0 2m9s

查看nfs服务器上的共享目录，发现已经有文件了

[root@k8s-master01 ~]# ls /root/data/
access.log error.log