2.2 主要概念 - Volume

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2023-12-01

我们知道默认情况下容器的数据都是非持久化的，在容器消亡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，Kubernetes 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。

与 Docker 不同，Kubernetes Volume 的生命周期与 Pod 绑定

容器挂掉后 Kubelet 再次重启容器时，Volume 的数据依然还在
而 Pod 删除时，Volume 才会清理。数据是否丢失取决于具体的 Volume 类型，比如 emptyDir 的数据会丢失，而 PV 的数据则不会丢

Volume 类型

目前，Kubernetes 支持以下 Volume 类型：

emptyDir
hostPath
gcePersistentDisk
awsElasticBlockStore
nfs
iscsi
flocker
glusterfs
rbd
cephfs
gitRepo
secret
persistentVolumeClaim
downwardAPI
azureFileVolume
azureDisk
vsphereVolume
Quobyte
PortworxVolume
ScaleIO
FlexVolume
StorageOS
local

注意，这些 volume 并非全部都是持久化的，比如 emptyDir、secret、gitRepo 等，这些 volume 会随着 Pod 的消亡而消失。

emptyDir

如果 Pod 设置了 emptyDir 类型 Volume， Pod 被分配到 Node 上时候，会创建 emptyDir，只要 Pod 运行在 Node 上，emptyDir 都会存在（容器挂掉不会导致 emptyDir 丢失数据），但是如果 Pod 从 Node 上被删除（Pod 被删除，或者 Pod 发生迁移），emptyDir 也会被删除，并且永久丢失。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: gcr.io/google_containers/test-webserver
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

hostPath

hostPath 允许挂载 Node 上的文件系统到 Pod 里面去。如果 Pod 需要使用 Node 上的文件，可以使用 hostPath。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: gcr.io/google_containers/test-webserver
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-pd
      name: test-volume
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:
      path: /data

NFS

NFS 是 Network File System 的缩写，即网络文件系统。Kubernetes 中通过简单地配置就可以挂载 NFS 到 Pod 中，而 NFS 中的数据是可以永久保存的，同时 NFS 支持同时写操作。

volumes:
- name: nfs
  nfs:
    # FIXME: use the right hostname
    server: 10.254.234.223
    path: "/"

gcePersistentDisk

gcePersistentDisk 可以挂载 GCE 上的永久磁盘到容器，需要 Kubernetes 运行在 GCE 的 VM 中。

volumes:
  - name: test-volume
    # This GCE PD must already exist.
    gcePersistentDisk:
      pdName: my-data-disk
      fsType: ext4

awsElasticBlockStore

awsElasticBlockStore 可以挂载 AWS 上的 EBS 盘到容器，需要 Kubernetes 运行在 AWS 的 EC2 上。

volumes:
  - name: test-volume
    # This AWS EBS volume must already exist.
    awsElasticBlockStore:
      volumeID: <volume-id>
      fsType: ext4

gitRepo

gitRepo volume 将 git 代码下拉到指定的容器路径中

  volumes:
  - name: git-volume
    gitRepo:
      repository: "git@somewhere:me/my-git-repository.git"
      revision: "22f1d8406d464b0c0874075539c1f2e96c253775"

使用 subPath

Pod 的多个容器使用同一个 Volume 时，subPath 非常有用

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-lamp-site
spec:
    containers:
    - name: mysql
      image: mysql
      volumeMounts:
      - mountPath: /var/lib/mysql
        name: site-data
        subPath: mysql
    - name: php
      image: php
      volumeMounts:
      - mountPath: /var/www/html
        name: site-data
        subPath: html
    volumes:
    - name: site-data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: my-lamp-site-data

FlexVolume

如果内置的这些 Volume 不满足要求，则可以使用 FlexVolume 实现自己的 Volume 插件。注意要把 volume plugin 放到 /usr/libexec/kubernetes/kubelet-plugins/volume/exec/<vendor~driver>/<driver>，plugin 要实现 init/attach/detach/mount/umount 等命令（可参考 lvm 的示例）。

  - name: test
    flexVolume:
      driver: "kubernetes.io/lvm"
      fsType: "ext4"
      options:
        volumeID: "vol1"
        size: "1000m"
        volumegroup: "kube_vg"

Projected Volume

Projected volume 将多个 Volume 源映射到同一个目录中，支持 secret、downwardAPI 和 configMap。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-test
spec:
  containers:
  - name: container-test
    image: busybox
    volumeMounts:
    - name: all-in-one
      mountPath: "/projected-volume"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: all-in-one
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: mysecret
          items:
            - key: username
              path: my-group/my-username
      - downwardAPI:
          items:
            - path: "labels"
              fieldRef:
                fieldPath: metadata.labels
            - path: "cpu_limit"
              resourceFieldRef:
                containerName: container-test
                resource: limits.cpu
      - configMap:
          name: myconfigmap
          items:
            - key: config
              path: my-group/my-config

本地存储限额

v1.7 + 支持对基于本地存储（如 hostPath, emptyDir, gitRepo 等）的容量进行调度限额，可以通过 --feature-gates=LocalStorageCapacityIsolation=true 来开启这个特性。

为了支持这个特性，Kubernetes 将本地存储分为两类

storage.kubernetes.io/overlay，即 /var/lib/docker 的大小
storage.kubernetes.io/scratch，即 /var/lib/kubelet 的大小

Kubernetes 根据 storage.kubernetes.io/scratch 的大小来调度本地存储空间，而根据 storage.kubernetes.io/overlay 来调度容器的存储。比如

为容器请求 64MB 的可写层存储空间

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ls1
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: hello
    image: busybox
    command: ["df"]
    resources:
      requests:
        storage.kubernetes.io/overlay: 64Mi

为 empty 请求 64MB 的存储空间

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ls1
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
  - name: hello
    image: busybox
    command: ["df"]
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: data
    emptyDir:
      sizeLimit: 64Mi

Mount 传递

在 Kubernetes 中，Volume Mount 默认是私有的，但从 v1.8 开始，Kubernetes 支持配置 Mount 传递（mountPropagation）。它支持两种选项

HostToContainer：这是开启 MountPropagation=true 时的默认模式，等效于 rslave 模式，即容器可以看到 Host 上面在该 volume 内的任何新 Mount 操作
Bidirectional：等效于 rshared 模式，即 Host 和容器都可以看到对方在该 Volume 内的任何新 Mount 操作。该模式要求容器必须运行在特权模式（即 securityContext.privileged=true）

注意：

使用 Mount 传递需要开启 --feature-gates=MountPropagation=true
rslave 和 rshared 的说明可以参考内核文档

Volume 快照

v1.8 新增了 pre-alpha 版本的 Volume 快照，但还只是一个雏形，并且其实现不在 Kubernetes 核心代码中，而是存放在 kubernetes-incubator/external-storage 中。

TODO: 补充 Volume 快照的设计原理和示例。

Windows Volume

Windows 容器暂时只支持 local、emptyDir、hostPath、AzureDisk、AzureFile 以及 flexvolume。注意 Volume 的路径格式需要为 mountPath: "C:\etc\foo" 或者 mountPath: "C:/etc/foo"。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-pod
spec:
  containers:
  - name: hostpath-nano
    image: microsoft/nanoserver:1709
    stdin: true
    tty: true
    volumeMounts:
    - name: blah
      mountPath: "C:\etc\foo"
      readOnly: true
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: windows
  volumes:
  - name: blah
    hostPath:
      path: "C:\AzureData"

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: empty-dir-pod
spec:
  containers:
  - image: microsoft/nanoserver:1709
    name: empty-dir-nano
    stdin: true
    tty: true
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
    - mountPath: C:/scratch
      name: scratch-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}
  - name: scratch-volume
    emptyDir: {}
  nodeSelector:
    beta.kubernetes.io/os: windows

API 版本对照表

Kubernetes 版本	Core API 版本
v1.5+	core/v1