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持久卷

简介​

在 k8s 中 PersistentVolume 子模块提供了一组 API ： 将存储如何供应的细节从其如何被使用中抽象出来。

为了实现这点，又引入了两个 API 资源：PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim。

持久卷（PersistentVolume，PV）是集群中的一块存储，可以由管理员事先供应，或者 使用存储类（Storage Class）来动态供应。 持久卷是集群资源，就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样，也是使用 卷插件来实现的，只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。 此 API 对象中记述了存储的实现细节，无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。

持久卷申领（PersistentVolumeClaim，PVC）表达的是用户对存储的请求。概念上与 Pod 类似。 Pod 会耗用节点资源，而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源（CPU 和内存）；同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式 （例如，可以要求 PV 卷能够以 ReadWriteOnce、ReadOnlyMany 或 ReadWriteMany 模式之一来挂载，参见访问模式）。尽管 PersistentVolumeClaim 允许用户消耗抽象的存储资源，常见的情况是针对不同的 问题用户需要的是具有不同属性（如，性能）的 PersistentVolume 卷。 集群管理员需要能够提供不同性质的 PersistentVolume，并且这些 PV 卷之间的差别不 仅限于卷大小和访问模式，同时又不能将卷是如何实现的这些细节暴露给用户。 为了满足这类需求，就有了 存储类（StorageClass） 资源。

StorageClass 为管理员提供了描述存储 "类" 的方法。 不同的类型可能会映射到不同的服务质量等级或备份策略，或是由集群管理员制定的任意策略。 Kubernetes 本身并不清楚各种类代表的什么。这个类的概念在其他存储系统中有时被称为 "配置文件". 每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段， 这些字段会在 StorageClass 需要动态分配 PersistentVolume 时会使用到。StorageClass 对象的命名很重要，用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时，管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数，一旦创建了对象就不能再对其更新。

卷和申领的生命周期​

PV 卷是集群中的资源。PVC 申领是对这些资源的请求，也被用来执行对资源的申领检查。 PV 卷和 PVC 申领之间的互动遵循如下生命周期：

供应​

PV 卷的供应有两种方式：静态供应或动态供应。

静态供应​

集群管理员创建若干 PV 卷。这些卷对象带有真实存储的细节信息，并且对集群 用户可用（可见）。PV 卷对象存在于 Kubernetes API 中，可供用户消费（使用）

动态供应​

如果管理员所创建的所有静态 PV 卷都无法与用户的 PersistentVolumeClaim 匹配， 集群可以尝试为该 PVC 申领动态供应一个存储卷。 这一供应操作是基于 StorageClass 来实现的：PVC 申领必须请求某个 存储类，同时集群管理员必须 已经创建并配置了该类，这样动态供应卷的动作才会发生。 如果 PVC 申领指定存储类为 ""，则相当于为自身禁止使用动态供应的卷。

为了基于存储类完成动态的存储供应，集群管理员需要在 API 服务器上启用 DefaultStorageClass 设置授权。 举例而言，可以通过保证 DefaultStorageClass 出现在 API 服务器组件的 --enable-admission-plugins 标志值中实现这点；该标志的值可以是逗号 分隔的有序列表。关于 API 服务器标志的更多信息，可以参考 kube-apiserver 文档。

绑定​

用户创建一个带有特定存储容量和特定访问模式需求的 PersistentVolumeClaim 对象； 在动态供应场景下，这个 PVC 对象可能已经创建完毕。 主控节点中的控制回路监测新的 PVC 对象，寻找与之匹配的 PV 卷（如果可能的话）， 并将二者绑定到一起。 如果为了新的 PVC 申领动态供应了 PV 卷，则控制回路总是将该 PV 卷绑定到这一 PVC 申领。 否则，用户总是能够获得他们所请求的资源，只是所获得的 PV 卷可能会超出所请求的配置。 一旦绑定关系建立，则 PersistentVolumeClaim 绑定就是排他性的，无论该 PVC 申领是 如何与 PV 卷建立的绑定关系。 PVC 申领与 PV 卷之间的绑定是一种一对一的映射，实现上使用 ClaimRef 来记述 PV 卷 与 PVC 申领间的双向绑定关系。

如果找不到匹配的 PV 卷，PVC 申领会无限期地处于未绑定状态。 当与之匹配的 PV 卷可用时，PVC 申领会被绑定。 例如，即使某集群上供应了很多 50 Gi 大小的 PV 卷，也无法与请求 100 Gi 大小的存储的 PVC 匹配。当新的 100 Gi PV 卷被加入到集群时，该 PVC 才有可能被绑定。

使用​

Pod 将 PVC 申领当做存储卷来使用。集群会检视 PVC 申领，找到所绑定的卷，并 为 Pod 挂载该卷。对于支持多种访问模式的卷，用户要在 Pod 中以卷的形式使用申领 时指定期望的访问模式。

一旦用户有了申领对象并且该申领已经被绑定，则所绑定的 PV 卷在用户仍然需要它期间 一直属于该用户。用户通过在 Pod 的 volumes 块中包含 persistentVolumeClaim 节区来调度 Pod，访问所申领的 PV 卷。 相关细节可参阅使用申领作为卷。

保护使用中的存储对象​

保护使用中的存储对象（Storage Object in Use Protection）这一功能特性的目的 是确保仍被 Pod 使用的 PersistentVolumeClaim（PVC）对象及其所绑定的 PersistentVolume（PV）对象在系统中不会被删除，因为这样做可能会引起数据丢失。

说明： 当使用某 PVC 的 Pod 对象仍然存在时，认为该 PVC 仍被此 Pod 使用。

如果用户删除被某 Pod 使用的 PVC 对象，该 PVC 申领不会被立即移除。 PVC 对象的移除会被推迟，直至其不再被任何 Pod 使用。 此外，如果管理员删除已绑定到某 PVC 申领的 PV 卷，该 PV 卷也不会被立即移除。 PV 对象的移除也要推迟到该 PV 不再绑定到 PVC。

你可以看到当 PVC 的状态为 Terminating 且其 Finalizers 列表中包含 kubernetes.io/pvc-protection 时，PVC 对象是处于被保护状态的。

$ kubectl describe pvc gitea-data-pvc -n devops
Name:          gitea-data-pvc
Namespace:     devops
StorageClass:  microk8s-localhost
Status:        Bound
Volume:        gitea-data-pv
Labels:        app=gitea
Annotations:   control-plane.alpha.kubernetes.io/leader:
                 {"holderIdentity":"76beea0f-f8c4-11eb-8e3c-2af9db8e5bc3","leaseDurationSeconds":15,"acquireTime":"2021-08-11T09:05:48Z","renewTime":"2021-...
               pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      500Gi
Access Modes:  RWX
VolumeMode:    Filesystem
Used By:       gitea-c4b69d788-pq7jv
Events:        <none>

PV是对底层网络共享存储的抽象，将共享存储定义为一种“资源”，比如Node也是容器应用可以消费的资源。PV由管理员创建和配置，与共享存储的具体实现直接相关。

PVC则是用户对存储资源的一个“申请”，就像Pod消费Node资源一样，PVC能够消费PV资源。PVC可以申请特定的存储空间和访问模式。

StorageClass，用于标记存储资源的特性和性能，管理员可以将存储资源定义为某种类别，正如存储设备对于自身的配置描述（Profile）。根据StorageClass的描述可以直观的得知各种存储资源的特性，就可以根据应用对存储资源的需求去申请存储资源了。存储卷可以按需创建。

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