k8s教程（Volume篇）-PVC详解

01 引言

声明：本文为《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）》的读书笔记

在上一篇博客《k8s教程（Volume篇）-PV详解》，我们了解了持久卷的工作原理，本文继续深入学习PVC。

02 PVC详解

PVC作为用户对存储资源的需求申请，主要涉及存储空间请求、访问模式、 PV选择条件和存储类别等信息的设置。

2.1 参数配置

下例声明的PVC具有如下属性：申请8GiB存储空间，访问模式为ReadWriteOnce，PV选择条件为包含release=stable标签并且包含条件为environment In[dev]的标签，存储类别为“slow”（要求在系统中已存在名为slow的StorageClass)：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeclaim 
metadata:
	name: myclaim 
spec:
	accessModes:
		- ReadWriteOnce
	volumeMode: Filesystem
	resources:
		requests:
			storage: 8Gi
	storageClassName: slow 
	selector:
		matchLabels:
			release: "stable"
		matchExpressions:
			- {
    
    key: environment, operator: In, values: [dev]}

对PVC的关键配置参数说明如下：

2.1.1 资源请求(Resources）

资源请求(Resources）：描述对存储资源的请求，通过 resources.requests.storage字段设置需要的存储空间大小。

2.1.2 访问模式 (Access Modes)

访问模式 (Access Modes)：PVC也可以设置访问模式，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。其三种访问模式的设置与PV的设置相同。

2.1.3 存储卷模式(Volume Modes)

存储卷模式(Volume Modes)：PVC也可以设置存储卷模式，用于描述希望使用的PV存储卷模式，包括文件系统（Filesystem）和块设备 (Block) 。

PVC设置的存储卷模式应该与PV存储卷模式相同，以实现绑定，如果不同，则可能出现不同的绑定结果。在各种组合模式下是否可以绑定的结果如下图所示：

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PV的存储卷模式	PVC的存储卷模式	是否可以绑定
未设定	未设定	可以绑定
未设定	Block	无法绑定
未设定	FileSystem	可以绑定
Block	未设定	无法绑定
Block	Block	可以绑定
Block	FileSystem	无法绑定
FileSystem	FileSystem	可以绑定
FileSystem	Block	无法绑定
FileSystem	未设定	可以绑定

2.1.4 PV选择条件 (Selector）

PV选择条件 (Selector）：通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的各种PV进行筛选。系统将根据标签选出合适的PV与该PVC进行绑定。

对选择条件可以使用matchLabels和matchExpressions进行设置，如果两个字段都已设置，则Selector的逻辑将是两组条件同时满足才能完成匹配。

2.1.5 存储类别(Class)

存储类别(Class)：PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别（通过storageClassName字段指定），以减少对后端存储特性的详细信息的依赖。只有设置了该Class的PV才能被系统选出，并与该PVC进行绑定。

PVC也可以不设置 Class 需求，如果 storageClassName 字段的值被设置为空 (storageClassName=""），则表示该PVC不要求特定的Class，系统将只选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。PVC也可以完全不设置storageClassName字段， 此时将根据系统是否启用了名为DefaultStorageClass的admission controller进行相应的操作。

---

启用DefaultStorageClass：要求集群管理员己定义默认的StorageClass。

• 如果在系统中不存在默认的StorageClass，则等效于不启用DefaultStorageClass的情况；
• 如果存在默认的StorageClass，则系统将自动为PVC创建一个PV （使用默认StorageClass的后端存储），并将它们进行绑定；
• 集群管理员设置默认 StorageClass 时，会在 StorageClass 的定义中加上一个 annotation“storageclass.kubernetes.io/is-default-class=true”；
• 如果管理员将多个StorageClass都定义为default，则由于不唯一，系统将无法创建PVC。

---

未启用DefaultStorageClass：等效于PVC设置storageClassName的值为空(storageClassName=“），即只能选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。

• 当Selector和Class都进行了设置时，系统将选择两个条件同时满足的PV与之匹配。

另外，如果PVC设置了Selector，则系统无法使用动态供给模式为其分配PV。

03 Pod使用PVC

在PVC创建成功之后，Pod就可以以存储卷（Volume）的方式使用PVC的存储资源了。

PVC受限于命名空间，Pod在使用PVC时必须与PVC处于同一个命名空间。

Kubernetes为Pod挂载PVC的过程如下：系统在Pod所在的命名空间中找到其配置的PVC，然后找到PVC绑定的后端PV，将PV存储挂载到Pod所在Node的目录下，最后将Node的目录挂载到Pod的容器内。

3.1 举例

3.1.1 举例：默认模式 (Filesystem）

在Pod中使用PVC时，需要在YAML配置中设置PVC类型的Volume，然后在容器中通过volumeMounts.mountPath设置容器内的挂载目录，示例如下：

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

3.1.2 举例：存储卷模式为块设备（Block）

如果存储卷模式为块设备（Block），则PVC的配置与默认模式 (Filesystem）略有不同，下面对如何使用裸块设备 （Raw Block Device) 进行说明。

假设使用裸块设备的PV已创建，例如：

apiVersion: V1
kind: PersistentVolume 
metadata:
	name: block-pv 
spec:
	capacity:
		storage: 10Gi 
	accessModes:
		- ReadwriteOnce
	volumeMode: Block
	persistentVolumeReclaimPolicy: Retain 
	fc:
		targetWwNs: ["50060e801049cfa1"]
		lun: 0
		readOnly: false

---

PVC的YAML配置示例如下：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
	name: block-pvc 
spec:
	accessModes:
		- ReadWriteOnce
	volumeMode: Block
	resources:
		requests:
			storage: 10Gi

---

使用裸块设备PVC的Pod定义如下：

与文件系统模式PVC的用法不同，容器不使用volumeMounts设置挂载目录，而是通过volumeDevices字段设置块设备的路径devicePath

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
	name: pod-with-block-volume
spec:
	containers:
		- name: fc-container
	      image: fedora:26
	      conmand: ["/bin/sh", "-c"] 
	      args: ["tail -f /dev/nul1"]
	      volumeDevices:
			- name: data
		      devicePath: /dev/xvda
	volumes:
		- name: data
	    persistentVolumeClaim:
	    	claimName: block-pvc

---

在某些应用场景中，同一个Volume可能会被多个Pod或者一个Pod中的多个容器共享，此时可能存在各应用程序需要使用不同子目录的需求。这可以通过Pod 的volumeMounts定义的subPath字段进行设置。通过对subPath的设置，在容器中将以subPath设置的目录而不是在Volume中提供的默认根目录作为根目录使用。

下面的两个容器共享同一个PVC（及后端PV)，但是各自在Volume中可以访问的根目录由subPath进行区分，mysql容器使用Volume中的mysql子目录作为根目录，php容器使用Volume中的html子目录作为根目录：

apiVersion: v1 
kind: Pod
metadata:
	name: mysql 
spec:
	containers:
	- name: mysql 
	  image: mysql 
	  env:
	  	name: MY_SQL_ROOT_PASSWORD 
		value: "rootpasswd" 
	volumeMounts:
	- mountPath: /var/lib/mysql 
	  name: site-data
	  subPath: mysql
	- name: php
	  image: php:7.0-apache 
	volumeMounts:
	- mountPath: /var/www/html 
	  name: site-data
	  suoPath: html
	volumes:
	- name: site-data
	  persistentVolumeClain:
	  	claimName: site-data-pvc

注意，subPath中的路径名称不能以“/”开头，需要用相对路径的形式。

在一些应用场景中，如果希望通过环境变量来设置subPath路径，例如使用 Pod名称作为子目录的名称，则可以通过 subPathExpr 字段提供支持。subPathExpr字段用于将Downward API的环境变量设置为存储卷的子目录。需要注意的是，subPathExpr字段和subPath字段是互斥的，不能同时使用。

下面的例子通过Downward API将Pod名称设置为环境变量POD_NAME，然后在挂载存储卷时设置subPathExpr=$ (POD_NAME) 子目录：

apiversion: v1
kind: Pod
metadata:
	name: pod1
spec:
	containers:
	- name: container1
	  env:
	  - name: POD_NAME 
	    valueFrom:
			fieldRef:
				apiVersion: v1
				fieldPath: metadata.name
	    image: busybox
		command: ["sh","-c", "while [true];do do echo 'Hello';sleep 10; done | tee -a /logs/hello .txt" ]
		volumeMounts:
	    - name: workdir1
	      mountPath: /logs
		  subPathExpr: $ (POD NAME) 
   restartPolicy: Never 
   volumes:
   - name: workdir1
	 hostPath:
	 	path: /var/log/pods

04 文末

本文主要讲解了PVC，以及Pod使用PVC，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！