Kubernetes存储卷：容器磁盘存储的连接之道

### Kubernetes 存储卷：容器数据持久化与共享的解决方案 #### 1. 容器存储问题与 Kubernetes 存储卷的引入 在 Kubernetes 环境中，每个新容器启动时，其文件系统初始状态与构建镜像时添加的文件完全一致。而且，Pod 中的容器可能会因进程崩溃或存活探针检测到不健康状态而重启。这就导致新启动的容器无法访问前一个容器写入文件系统的数据，即便它们处于同一个 Pod 中。 但在某些场景下，我们希望新容器能延续前一个容器的工作，比如在物理机上重启进程。我们可能不需要持久化整个文件系统，但希望保留存储实际数据的目录。Kubernetes 通过定义存储卷来解决这个问题。存储卷并非像 Pod 那样的顶级资源，而是作为 Pod 的一部分进行定义，并且与 Pod 共享相同的生命周期。也就是说，当 Pod 启动时，存储卷会被创建；当 Pod 被删除时，存储卷也会被销毁。因此，存储卷的内容在容器重启时会保持持久化。容器重启后，新容器可以看到前一个容器写入存储卷的所有文件。此外，如果一个 Pod 包含多个容器，存储卷可以同时被所有容器使用。 #### 2. Kubernetes 存储卷概述 Kubernetes 存储卷是 Pod 的一个组件，在 Pod 的规范中进行定义，类似于容器的定义方式。它不是一个独立的 Kubernetes 对象，不能单独创建或删除。存储卷对 Pod 中的所有容器都可用，但需要在每个需要访问它的容器中进行挂载。在每个容器中，可以将存储卷挂载到其文件系统的任意位置。 ##### 2.1 存储卷示例说明 假设有一个包含三个容器的 Pod： - 第一个容器运行一个 Web 服务器，从 `/var/htdocs` 目录提供 HTML 页面，并将访问日志存储到 `/var/logs` 目录。 - 第二个容器运行一个代理，用于创建 HTML 文件并将其存储在 `/var/html` 目录。 - 第三个容器处理 `/var/logs` 目录中的日志（如轮转、压缩、分析等）。 每个容器都有明确的单一职责，但如果它们不共享磁盘存储，这个 Pod 就没有实际意义。因为内容生成器会将生成的 HTML 文件写入自己的容器内，而 Web 服务器由于运行在单独的隔离容器中，无法访问这些文件，只能提供一个空目录或容器镜像中 `/var/htdocs` 目录下的内容。同样，日志轮转器也将无事可做，因为其 `/var/logs` 目录将始终为空，没有日志写入。 然而，如果向 Pod 中添加两个存储卷，并将它们挂载到三个容器内的适当路径，就可以创建一个功能更强大的系统。例如，Pod 有一个名为 `publicHtml` 的存储卷，它在 Web 服务器容器中挂载到 `/var/htdocs` 目录，因为这是 Web 服务器提供文件的目录；在内容代理容器中挂载到 `/var/html` 目录，因为这是代理写入文件的位置。通过这样挂载同一个存储卷，Web 服务器将能够提供内容代理生成的内容。 另外，Pod 还有一个名为 `logVol` 的存储卷，用于存储日志。这个存储卷在 Web 服务器和日志轮转器容器中都挂载到 `/var/logs` 目录，但不在内容代理容器中挂载。即使容器和存储卷属于同一个 Pod，如果容器的规范中没有定义 `VolumeMount`，容器也无法访问存储卷的文件。 这两个存储卷最初可以为空，因此可以使用 `emptyDir` 类型的存储卷。Kubernetes 还支持其他类型的存储卷，这些存储卷可以在初始化时从外部源填充数据，或者将现有目录挂载到存储卷中。这个填充或挂载存储卷的过程在 Pod 的容器启动之前进行。 ##### 2.2 可用存储卷类型介绍 Kubernetes 提供了多种类型的存储卷，部分是通用类型，部分则特定于底层使用的存储技术。以下是一些常见的存储卷类型： - **emptyDir**：一个简单的空目录，用于存储临时数据。 - **hostPath**：用于将工作节点文件系统中的目录挂载到 Pod 中。 - **gitRepo**：通过检出 Git 仓库的内容来初始化的存储卷。 - **nfs**：将 NFS 共享挂载到 Pod 中。 - **gcePersistentDisk（Google Compute Engine 持久磁盘）、awsElasticBlockStore（Amazon Web Services 弹性块存储卷）、azureDisk（Microsoft Azure 磁盘卷）**：用于挂载云提供商特定的存储。 - **cinder、cephfs、iscsi、flocker、glusterfs、quobyte、rbd、flexVolume、vsphereVolume、photonPersistentDisk、scaleIO**：用于挂载其他类型的网络存储。 - **configMap、secret、downwardAPI**：特殊类型的存储卷，用于向 Pod 暴露某些 Kubernetes 资源和集群信息。 - **persistentVolumeClaim**：一种使用预配置或动态配置的持久存储的方式。 这些存储卷类型有不同的用途。特殊类型的存储卷（如 `secret`、`downwardAPI`、`configMap`）主要用于向在 Pod 中运行的应用程序暴露 Kubernetes 元数据，而不是用于存储数据。一个 Pod 可以同时使用多种不同类型的存储卷，并且 Pod 中的每个容器可以选择是否挂载存储卷。 #### 3. 使用存储卷在容器间共享数据 虽然存储卷在单个容器中使用时也很有用，但这里主要关注如何使用存储卷在 Pod 中的多个容器之间共享数据。 ##### 3.1 使用 emptyDir 存储卷 `emptyDir` 是最简单的存储卷类型，它初始化为一个空目录。Pod 内运行的应用程序可以将所需的文件写入其中。由于存储卷的生命周期与 Pod 绑定，当 Pod 被删除时，存储卷的内容将丢失。 `emptyDir` 存储卷特别适用于在同一个 Pod 中运行的容器之间共享文件。此外，当一个容器需要临时将数据写入磁盘时（例如对无法全部放入可用内存的大型数据集进行排序操作），也可以使用它。虽然数据也可以写入容器的文件系统本身，但这两种方式存在细微差别。容器的文件系统可能不可写，因此写入挂载的存储卷可能是唯一的选择。 ###### 3.1.1 在 Pod 中使用 emptyDir 存储卷 以一个简化的示例来说明，构建一个只包