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

​ 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，并且无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，且无须永久保留
• 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）

注意：容器崩溃不会从节点中移除 pod，因此 emptyDir 卷中的数据在容器崩溃时是安全的

​ 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@master volume]# kubectl create -f volume-emptydir.yaml
pod/volume-emptydir created

# 查看pod
[root@master volume]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-emptydir   2/2     Running   0          67s   10.244.2.46   node2   <none>           <none>

# 通过podIp访问nginx
[root@master volume]# curl 10.244.2.46

# 通过kubectl logs命令查看指定容器的标准输出
[root@master volume]# kubectl logs -f volume-emptydir -c busybox -n dev
10.244.0.0 - - [30/Nov/2022:02:16:18 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

​ 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。

hostPath 的用途如下：

• 运行需要访问 Docker 内部的容器；使用 /var/lib/docker 的 hostPath
• 在容器中运行 cAdvisor；使用 /dev/cgroups 的 hostPath
• 允许 pod 指定给定的 hostPath 是否应该在 pod 运行之前存在，是否应该创建，以及它应该以什么形式存在

除了所需的 path 属性之外，用户还可以为 hostPath 卷指定 type

使用这种卷类型时，请注意

• 由于每个节点上的文件都不同，具有相同配置（例如从 podTemplate 创建的）的 pod 在不同节点上的行为可能会有所不同
• 当 Kubernetes 按照计划添加资源感知调度时，将无法考虑 hostPath 使用的资源
• 在底层主机上创建的文件或目录只能由 root 写入。您需要在特权容器中以 root 身份运行进程，或修改主机上的文件权限以便写入 hostPath 卷

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

# 创建Pod
[root@master volume]# kubectl create -f volume-hostpath.yaml
pod/volume-hostpath created

# 查看Pod
[root@master volume]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-hostpath   2/2     Running   0          42s   10.244.1.40   node1   <none>           <none>


#访问nginx
[root@master volume]# curl 10.244.1.40

[root@master ~]# kubectl logs -f volume-hostpath -c busybox -n dev
10.244.0.0 - - [30/Nov/2022:02:28:12 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

# 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

​ 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，又会出现问题了，此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用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。

1）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master上安装nfs服务
[root@master ~]# yum install nfs-utils -y

# 准备一个共享目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/nfs -pv

# 将共享目录以读写权限暴露给192.168.109.0/24网段中的所有主机
[root@master ~]# vim /etc/exports
[root@master ~]# more /etc/exports
/root/data/nfs     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)

# 启动nfs服务
[root@master ~]# systemctl start nfs

2）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@master ~]# yum install nfs-utils -y

3）接下来，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: 192.168.233.90  #nfs服务器地址
        path: /root/data/nfs #共享文件路径

4）最后，运行下pod，观察结果

# 创建pod
[root@master volume]# kubectl create -f volume-nfs.yaml
pod/volume-nfs created

# 查看pod
[root@master volume]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
volume-nfs   2/2     Running   0          17s   10.244.2.47   node2   <none>           <none>

[root@master volume]# curl 10.244.2.47

[root@master data]# kubectl logs -f volume-nfs -c busybox -n dev
10.244.0.0 - - [30/Nov/2022:02:59:15 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

# 查看nfs服务器上的共享目录，发现已经有文件了
[root@master volume]# ls /root/data/nfs
access.log  error.log
[root@master volume]# cat /root/data/nfs/access.log
10.244.0.0 - - [30/Nov/2022:02:59:15 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 612 "-" "curl/7.29.0" "-"

​ 使用NFS提供存储，此时就要求用户会搭建NFS系统，并且会在yaml配置nfs。由于kubernetes支持的存储系统有很多，要求客户全都掌握，显然不现实。为了能够屏蔽底层存储实现的细节，方便用户使用， kubernetes引入PV和PVC两种资源对象。

​ PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

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 对象包含存储实现的细节，即 NFS、iSCSI 或特定于云供应商的存储系统。

​ PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

​ 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）

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：

• 存储：存储工程师维护
• PV： kubernetes管理员维护
• PVC：kubernetes用户维护

集群管理员创建一些 PV。它们带有可供群集用户使用的实际存储的细节。它们存在于 Kubernetes API 中，可用于消费

当管理员创建的静态 PV 都不匹配用户的 PersistentVolumeClaim 时，集群可能会尝试动态地为 PVC 创建卷。此配置基于 StorageClasses：PVC 必须请求 [存储类]，并且管理员必须创建并配置该类才能进行动态创建。声明该类为 "" 可以有效地禁用其动态配置

要启用基于存储级别的动态存储配置，集群管理员需要启用 API server 上的 DefaultStorageClass [准入控制器] 。例如，通过确保 DefaultStorageClass 位于 API server 组件的 --admission-control 标志，使用逗号分隔的有序值列表中，可以完成此操作

master 中的控制环路监视新的 PVC，寻找匹配的 PV（如果可能），并将它们绑定在一起。如果为新的 PVC 动态调配 PV，则该环路将始终将该 PV 绑定到 PVC。否则，用户总会得到他们所请求的存储，但是容量可能超出要求的数量。一旦 PV 和 PVC 绑定后，PersistentVolumeClaim 绑定是排他性的，不管它们是如何绑定的。 PVC 跟 PV 绑定是一对一的映射

PVC 保护的目的是确保由 pod 正在使用的 PVC 不会从系统中移除，因为如果被移除的话可能会导致数据丢失

注意：

当 pod 状态为 Pending 并且 pod 已经分配给节点或 pod 为 Running 状态时，PVC 处于活动状态

当启用PVC 保护 alpha 功能时，如果用户删除了一个 pod 正在使用的 PVC，则该 PVC 不会被立即删除。PVC 的删除将被推迟，直到 PVC 不再被任何 pod 使用

PV是存储资源的抽象，下面是资源清单文件:

apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应
  capacity:  # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
    storage: 2Gi
  accessModes:  # 访问模式
  storageClassName: # 存储类别
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

• 存储类型

  底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异

• 存储能力（capacity）

​ 目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置

• 访问模式（accessModes）

  用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：

  • ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
  • ReadOnlyMany（ROX）： 只读权限，可以被多个节点挂载
  • ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载

  需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同

• 回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）

  当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：

  • Retain （保留） 保留数据，需要管理员手工清理数据
  • Recycle（回收） 清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
  • Delete （删除） 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务

  需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同

• 存储类别

  PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别

  • 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定

  • 未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定

• 状态（status）

  一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：

  • Available（可用）： 表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
  • Bound（已绑定）： 表示 PV 已经被 PVC 绑定
  • Released（已释放）： 表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
  • Failed（失败）： 表示该 PV 的自动回收失败

实验

使用NFS作为存储，来演示PV的使用，创建3个PV，对应NFS中的3个暴露的路径。

1. 准备NFS环境

# 创建目录
[root@master ~]# mkdir /root/data/{pv1,pv2,pv3} -pv

# 暴露服务
[root@master ~]# more /etc/exports
/root/data/pv1     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv2     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)
/root/data/pv3     192.168.109.0/24(rw,no_root_squash)

# 重启服务
[root@master ~]#  systemctl restart nfs

2. 创建pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv1
spec:
  capacity: 
    storage: 1Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv1
    server: 192.168.233.90

---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv2
spec:
  capacity: 
    storage: 2Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv2
    server: 192.168.233.90
    
---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name:  pv3
spec:
  capacity: 
    storage: 3Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /root/data/pv3
    server: 192.168.233.90

# 创建 pv
[root@master ~]# kubectl create -f pv.yaml
persistentvolume/pv1 created
persistentvolume/pv2 created
persistentvolume/pv3 created

# 查看pv
[root@master ~]# kubectl get pv -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS      AGE   VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain        Available    10s   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain        Available    10s   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain        Available    9s    Filesystem

PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。下面是资源清单文件:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc
  namespace: dev
spec:
  accessModes: # 访问模式
  selector: # 采用标签对PV选择
  storageClassName: # 存储类别
  resources: # 请求空间
    requests:
      storage: 5Gi

PVC 的关键配置参数说明：

• 访问模式（accessModes）

​ 用于描述用户应用对存储资源的访问权限

• 选择条件（selector）

  通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选

• 存储类别（storageClassName）

  PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出

• 资源请求（Resources ）

  描述对存储资源的请求

实验

1. 创建pvc.yaml，申请pv

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc1
  namespace: dev
spec:
  accessModes: 
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
      
---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc2
  namespace: dev
spec:
  accessModes: 
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
     
---

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc3
  namespace: dev
spec:
  accessModes: 
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

# 创建pvc
[root@master ~]# kubectl create -f pvc.yaml
persistentvolumeclaim/pvc1 created
persistentvolumeclaim/pvc2 created
persistentvolumeclaim/pvc3 created

# 查看pvc
[root@master ~]# kubectl get pvc  -n dev -o wide
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE   VOLUMEMODE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX                           15s   Filesystem
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX                           15s   Filesystem
pvc3   Bound    pv3      3Gi        RWX                           15s   Filesystem

# 查看pv
[root@master ~]# kubectl get pv -o wide
NAME  CAPACITY ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS    CLAIM       AGE     VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWx        Retain          Bound    dev/pvc1    3h37m    Filesystem
pv2    2Gi        RWX        Retain          Bound    dev/pvc2    3h37m    Filesystem
pv3    3Gi        RWX        Retain          Bound    dev/pvc3    3h37m    Filesystem   

2. 创建pods.yaml, 使用pv

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: busybox
      image: busybox:1.30
      command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod1 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
      volumeMounts:
        - name: volume
          mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc1
        readOnly: false
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  namespace: dev
spec:
  containers:
    - name: busybox
      image: busybox:1.30
      command: ["/bin/sh","-c","while true;do echo pod2 >> /root/out.txt; sleep 10; done;"]
      volumeMounts:
        - name: volume
          mountPath: /root/
  volumes:
    - name: volume
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc2
        readOnly: false        

# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pods.yaml
pod/pod1 created
pod/pod2 created

# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE   
pod1   1/1     Running   0          14s   10.244.1.69   node1   
pod2   1/1     Running   0          14s   10.244.1.70   node1  

# 查看pvc
[root@master ~]# kubectl get pvc -n dev -o wide
NAME   STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES      AGE   VOLUMEMODE
pvc1   Bound    pv1      1Gi        RWX               94m   Filesystem
pvc2   Bound    pv2      2Gi        RWX               94m   Filesystem
pvc3   Bound    pv3      3Gi        RWX               94m   Filesystem

# 查看pv
[root@master ~]# kubectl get pv -n dev -o wide
NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM       AGE     VOLUMEMODE
pv1    1Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc1    5h11m   Filesystem
pv2    2Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc2    5h11m   Filesystem
pv3    3Gi        RWX            Retain           Bound    dev/pvc3    5h11m   Filesystem

# 查看nfs中的文件存储
[root@master ~]# more /root/data/pv1/out.txt
pod1
pod1
[root@master ~]# more /root/data/pv2/out.txt
pod2
pod2

PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：

• 资源供应：管理员手动创建底层存储和PV

• 资源绑定：用户创建PVC，kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV，并绑定

  在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的

  • 一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，用户的应用就可以使用这个PVC了

  • 如果找不到，PVC则会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV

  PV一旦绑定到某个PVC上，就会被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了

• 资源使用：用户可在pod中像volume一样使用pvc

  Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。

• 资源释放：用户删除pvc来释放pv

  当存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还被留在存储设备上，只有在清除之后该PV才能再次使用。

• 资源回收：kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收

  对于PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用