[Day21] 如何動態提供 & 管理儲存資源 - Storage Class & PersistentVolumeClaim

2018鐵人賽 devops kubernetes

zxcvbnius

2018-01-09 20:37:40

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前言

不知讀者是否還有印象前一天學習筆記最後提到，當我們希望將 AWS EBS 掛載在 Pod 的某個指定路徑之前，我們須先手動輸入 awscli 指令，創建一個 EBS，指定自己要的型態/type、空間大小/size、以及指定 該 EBS 的所在地/Region ，並取得該 EBS 的 VolumeID 後，再透過 YAML 設定檔掛載在 Pod 指定的路徑底下。

如果今天我們只有一兩個 Pod 有掛載 Volumes 的需求，這些指令看似沒什麼。但當今天需要處理數以千計的 Pod 且依照每個 Pod 不同的需求，還需掛載不同型態、不同大小、不同所在地的 Volumes 時，這樣的步驟似乎就顯得擾人。不但不好管理，且當 Pod 不小心掛掉後，或是我們將某應用服務(Pod)收起來後，我們還需 額外管理、手動刪除沒在使用的 Volumes。幸好，Kubernetes 提供了我們另一個元件 - Persistent Volumes ，不只能幫我們定義每個 Volumes 物件規格，還能因應當下需求而動態產生相對應的 Volumes。Kubernetes 這樣貼心的設計，也使得我們可以統一查看、管理這些 Volumes 的使用狀態。

以 AWS EBS 為例，當 Pod 停止運行或該 EBS 不再掛載到任何服務上時，Kubernetes 還能幫我們自動從 AWS 上銷毀該物件，避免被收取不必要的費用，大大提升 Volume 的彈性與可用性。

今天的學習筆記中，將介紹幾個新物件：

Storage Class
PersistentVolumeClaim
如何將動態產生的 Volume 掛載在特定 Pod 中

Storage Class

類似於程式語言中 類別(Class) 的概念，透過 Kubernetes 提供的 Storage Class 元件，我們可以依據需求，根據 Volumes 的提供者(provisioner)、類型(type)、所在地(Region)，以及回收政策(reclaimPolicy)去定義不同的 Storage Class,以 ebs-standard-storage-class.yaml 為例，

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
  zone: us-west-2
reclaimPolicy: Delete

apiVersion
目前 api 版號為 storage.k8s.io/v1
metadata.name
定義該 SotrageClass 物件的名稱
provisioner
在這個設定檔中，我們希望儲存空間使用 AWS 的 EBS 服務
parameters.type
在該欄位中，可以定義 EBS 的的種類，若 provisioner 為 kubernetes.io/aws-ebs 但沒有設定該值的話，預設皆為 gps。更多關於 AWS EBS 有支援的種類可以參考該連結
parameters.zone
代表我們希望該 EBS 可以放置在 AWS 的 us-west-2(Oregon) 這個 region。值得特別注意的是，AWS 的 EBS 只能供 EC2 使用，且 EBS 的所在地必須與 EC2 相同。
reclaimPolicy
是指由該 Storage Class 作為模板產出的 Volumes ，在綁定的 Pod 消失後的行為。Kubernetes 提供兩種型別，Delete 與 Retain。Delete 代表當綁定的 Pod 消失後，該 Volume 相對應得資源(ex. EBS)也會自動移除，我們無需再額外下指令操作刪除；Retain 的行為與直接在 Pod 定義檔中指定 Volume 相同，則是只即便 Pod 消失後，Volume 相對應的物件資源並不會跟著消失。StorageClass 預設的行為為Delete。

此外，Kubernetes 的官網也列出了所有支援 Storage Class 的供應商 (Provisioner)，有興趣的讀者不妨可以看看除了 AWSElasticBlockStore plugin 以外，Kubernetes 還提供哪些類型的 plugin。

PersistentVolumeClaim

PersistentVolumeClaim 可以透過我們設定好的 Storage Class 的模板，創建出我們所需要的資源。不再需要預先創建好外部儲存資源(例如：已架好的 NFS，以申請可用的 AWS EBS 或是 GCE Persistent Disk)，而是可以根據 Kubernetes Cluster 內部的需求，動態產生相對應的儲存區塊，並與 Cluster 中其他的物件的物件綁定(bind)使用。在解除綁定後，PersistentVolumeClaim 也可以根據 Storage Class 設定的回收機制(Reclaim Policy)決定是否要保存該 Volume 或是刪除。

以 my-persistent-volume-claim.yaml 為例，

apiVersion: v1
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
  storageClassName: standard

apiVersion
目前 api 版號為 storage.k8s.io/v1
metadata.name
定義該 PersistentVolumeClaim 物件的名稱
spec.accessModes
Kubernetes 提供三種 Access Modes，分別為ReadWriteOnce，ReadOnlyMany，ReadWriteMany，用途如下：
- ReadWriteOnce
  該 PersistentVolumeClaim 產生出來的 Volume 同時只可以掛載在同一個 Node 上提供讀寫功能。
- ReadOnlyMany
  該 PersistentVolumeClaim 產生出來的 Volume 同時可以在多個 Node 上提供讀取功能
- ReadWriteMany
  該 PersistentVolumeClaim 產生出來的 Volume 同時可以在多個 Node 上提供讀寫功能

然而需要注意的是，不是每種 Volume Plugin 都提供這些功能。以 AWS EBS 為例，AWS EBS 只支援 ReadWriteOnce，只允許該 Volume 同時間只能供一個 Node 讀寫。Kubernetes 的官網上也列出所有不同類型的 Volume Plugin 支援的模式，讀者在選擇 Volume Plugin 時，需注意該 Volume Plugin 能否滿足應用端的需求。

spec.resources.requestes.storage
代表我們請求的儲存空間大小為 8 GB
spec.storageClassName
指定我們選擇想使用哪個 Storage Class 作為模板。在這個設定檔中，我們指定剛剛創建名稱為 standard 的 Storage Class。如此，Kubernetes 會幫我們在 AWS 中創建一個 8G 大小且位於 Oregon 的 EBS。

如何將動態產生的 Volume 掛載在特定 Pod 中

最後，在設定好 PersistentVolumeClaim 格式後，我們可以將這個動態產生的 PersistentVolumeClaim 與我們指定的 Pod 互相綁定，以 my-pod.yaml 為例，

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: apiserver
  labels:
    app: apiserver
    tier: backend
spec:
  containers:
  - name: my-pod
    image: zxcvbnius/docker-demo
    ports:
    - containerPort: 3000
    volumeMounts:
    - name: my-pvc
      mountPath: "/tmp"
  volumes:
  - name: my-pvc
    persistentVolumeClaim:
      claimName: myclaim

可以看到在 my-pod.yaml 中，多了兩個欄位 spec.containers.volumeMounts 與 spec.volumes，

spec.containers.volumeMounts.name
我們指定的 volume 的名稱
spec.containers.volumeMounts.mountPath
希望在 container 中掛載的路徑
spec.volumes.persistentVolumeClaim
指定我們將使用的 PersistentVolumeClaim 物件的名稱
spec.volumes.name
給定該 PersistentVolumeClaim 物件對應的名稱，供spec.containers.volumeMounts.name 使用

如此，當下次我們在創建 my-pod 時，Kubernetes 會幫我們去尋找相對應的資源，並將 Volume 掛載在該 Pod 底下。當 my-pod 消失時，我們也可以將檔案、資料保存下來囉！

總結

雖然今天沒有透過 kubectl create 或 kubectl get 等指令帶著讀者實做。然而在明天的學習筆記中，我們將延續先前在 AWS 上架設的 Kubernetes Cluster，介紹如何將過去兩天所學習到的物件，在 AWS 上架設 Stateful 的 Wordpress Application。