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第 12 屆 iThome 鐵人賽
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我真的覺得認為 K8s 到底在火什麼系列 第 24 篇

K8s 上的 Storage Class

12th鐵人賽 kubernetes
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在 K8s 中 StorageClass 對象的目的，就是不去創建 PV 而是透過 PVC 需求去建立 PV，這表示不必要再去管理 PV 資源，相較於 PVC 請求 PV 方式帶來更高的靈活性。

在創建 StorageClass 對象時，name 的定義一樣是重要的，PVC 在調用時會使用 storageClassName 去對應該 StorageClass 對象的 name，創建時還需定義以下通用字段

  • provisioner
    • 提供儲存的儲存系統，也就是供應商
  • parameter
    • 會依照 provisioner 的不同而有不同的參數
  • reclaimPolicy
    • PV 回收策略，預設是 Delete 否則可定義 Retain
  • volumeBindingMode
    • 定義讓 PVC 完成提供和綁定資源

GKE 上 StorageClass 實作

我們以 Nginx 為例，為它建立一個 StorageClass。我們會定義以下的 yaml。volumeBindingMode 字段可參考官方。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass #  定義 StorageClass
metadata:
  name: standard-us-centrall-a-b-c
provisioner: kubernetes.io/gce-pd # 提供儲存的地方
parameters:
  type: pd-standard # 使用一般類型硬碟
reclaimPolicy: Delete # 刪除後自動清除相關資源
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer 
allowedTopologies: # 這邊是設定儲存建立的區域
- matchLabelExpressions:
  - key: failure-domain.beta.kubernetes.io/zone
    values: # 建立區域有以下
    - us-central1-a
    - us-central1-b
    - us-central1-c

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim # 建立 PVC
metadata:
  name: nginx-pvc # 名稱
  namespace: default
  labels:
    app: nginx
    role: backend
spec: # 下面字段都說明過
  accessModes:
    - ReadOnlyMany
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
  storageClassName: standard-us-centrall-a-b-c # 這邊要對應 StorageClass 對象定義的 name

定義 Nginx 的 POD，控制器使用 Deployment。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - image: nginx:1.18
          name: nginx
          ports:
            - containerPort: 80
              name: "http-server"
          volumeMounts:
            - name: nginx-persistent-storage
              mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
        - name: nginx-persistent-storage
          persistentVolumeClaim: # PVC
            claimName: nginx-pvc # PVC 的 name 字段

當上面檔案都建立後，使用 apply 方式布署。布署完後先查看 StorageClass 是否被建立，結果如下有被建立。

$ kubectl get storageclass
NAME                         PROVISIONER            AGE
standard (default)           kubernetes.io/gce-pd   20d
standard-us-centrall-a-b-c   kubernetes.io/gce-pd   88s

接著查看 PVC 是否有綁定到 StorageClass 所建立的 PV，從下面結果看是有的，STATUS 為 Bound，用 describe 觀察 Events 也是可以觀察到成功的綁定。

$ kubectl get pvc
NAME        STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS                 AGE
nginx-pvc   Bound    pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037   8Gi        ROX            standard-us-centrall-a-b-c   109s

$ kubectl describe pvc nginx-pvc
Name:          nginx-pvc
Namespace:     default
StorageClass:  standard-us-centrall-a-b-c
Status:        Bound
Volume:        pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037
Labels:        app=nginx
               role=backend
Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
               pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
               volume.beta.kubernetes.io/storage-provisioner: kubernetes.io/gce-pd
               volume.kubernetes.io/selected-node: gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-r7rg
Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:      8Gi
Access Modes:  ROX
VolumeMode:    Filesystem
Mounted By:    nginx-deploy-56fc578995-xhf52 # 由我們建立的 POD 綁定
Events:
  Type     Reason                 Age                  From                         Message
  ----     ------                 ----                 ----                         -------
  Warning  ProvisioningFailed     2m15s                persistentvolume-controller  storageclass.storage.k8s.io "standard-us-centrall-a-b-c" not found
  Normal   WaitForFirstConsumer   73s (x5 over 2m13s)  persistentvolume-controller  waiting for first consumer to be created before binding
  Normal   ProvisioningSucceeded  65s                  persistentvolume-controller  Successfully provisioned volume pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037 using kubernetes.io/gce-pd

這邊是觀察 POD 部分，使用 describe 觀察 Volumes 部分在 ClaimName 下確實有綁定到 PVC，在觀察 Events 同樣有成功綁定訊息。

$ kubectl describe pods nginx-deploy-56fc578995-xhf52
Name:           nginx-deploy-56fc578995-xhf52
Namespace:      default
...
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Requests:
      cpu:        100m
    Environment:  <none>
    Mounts:
      /usr/share/nginx/html from nginx-persistent-storage (rw)
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-nnghk (ro)
...
Volumes:
  nginx-persistent-storage:
    Type:       PersistentVolumeClaim (a reference to a PersistentVolumeClaim in the same namespace)
    ClaimName:  nginx-pvc
    ReadOnly:   false
  default-token-nnghk:
...
Events:
  Type    Reason                  Age    From                                               Message
  ----    ------                  ----   ----                                               -------
  Normal  Scheduled               2m24s  default-scheduler                                  Successfully assigned default/nginx-deploy-56fc578995-xhf52 to gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-r7rg
  Normal  SuccessfulAttachVolume  2m19s  attachdetach-controller                            AttachVolume.Attach succeeded for volume "pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037"
...

查看 StroageClass 所建立的 PV，建立 CAPACITY 為設定的 8Gi，表示說這樣的使用方式可以避免空間浪費的可能。

$ kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM               STORAGECLASS                 REASON   AGE
pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037   8Gi        ROX            Delete           Bound    default/nginx-pvc   standard-us-centrall-a-b-c            4m4s
$ kubectl describe pv pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037
Name:              pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037
Labels:            failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1
                   failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-c
Annotations:       kubernetes.io/createdby: gce-pd-dynamic-provisioner
                   pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
                   pv.kubernetes.io/provisioned-by: kubernetes.io/gce-pd
Finalizers:        [kubernetes.io/pv-protection]
StorageClass:      standard-us-centrall-a-b-c
Status:            Bound
Claim:             default/nginx-pvc
Reclaim Policy:    Delete
Access Modes:      ROX
VolumeMode:        Filesystem
Capacity:          8Gi
Node Affinity:
  Required Terms:
    Term 0:        failure-domain.beta.kubernetes.io/zone in [us-central1-c]
                   failure-domain.beta.kubernetes.io/region in [us-central1]
Message:
Source:
    Type:       GCEPersistentDisk (a Persistent Disk resource in Google Compute Engine)
    PDName:     gke-cluster-1-1d54e52c-pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037
    FSType:     ext4
    Partition:  0
    ReadOnly:   false
Events:         <none>

下面兩張圖是在 GKE 上的呈現。Google 有一個qwiklab 也是針對於 StorageClass 進行實驗，有興趣的可以參考。

Other

$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
...
nginx-deploy-56fc578995-bsr8b       0/1     ContainerCreating   0          3m54s
nginx-deploy-56fc578995-svwc5       0/1     ContainerCreating   0          3m54s
nginx-deploy-56fc578995-xhf52       1/1     Running             0          11m
...
$ kubectl describe pod nginx-deploy-56fc578995-bsr8b
...
Events:
  Type     Reason              Age                 From                     Message
  ----     ------              ----                ----                     -------
  Normal   Scheduled           117s                default-scheduler        Successfully assigned default/nginx-deploy-56fc578995-bsr8b to gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-cxs1
  Warning  FailedAttachVolume  13s (x8 over 111s)  attachdetach-controller  AttachVolume.Attach failed for volume "pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037" : googleapi: Error 400: RESOURCE_IN_USE_BY_ANOTHER_RESOURCE - The disk resource 'projects/sunny-catwalk-286908/zones/us-central1-c/disks/gke-cluster-1-1d54e52c-pvc-dfb99470-421f-44ca-aa2c-7f47806f0037' is already being used by 'projects/sunny-catwalk-286908/zones/us-central1-c/instances/gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-r7rg'

以 ReplicaSet 來看在定義 POD 時需要讓它關聯至一個 PVC，而有多個副本時都會共享這個 PVC，因此都會綁定到相同的 PV。從結果來看不能針對每個 POD 去建立獨立的 PV，也就是說不能用 ReplicaSet 來分配每個 POD 一個獨立 PV，上面的錯誤就是這種情況。但是，透過手動創建 POD、一個 POD 對應一個 ReplicaSet 然後定義每個 POD 的 PVC 或是將共享的 PV 中利用目錄方式去建立每個 POD 的存取目錄，不過這些方式有點繁瑣，加上重新調度問題，這些還會再延伸出問題。在 K8s 中有一個 StatefulSet 的控制器可以將每個應用程式都分配一個專屬資源，這在後面章節在提。

如果上面的 ReplicaSet 資源要共享 PV 時，在 POD 中 containers 的 VolumeMounts 字段中將 readOnly 設置為 true。

readOnly 設置結果：Mounted read-only if true, read-write otherwise (false or unspecified). Defaults to false.

$ kubectl edit deploy nginx-deploy # 修改 replicas 個數
$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS              RESTARTS   AGE
nginx-deploy-6f4c7bf454-58xtd       0/1     ContainerCreating   0          11m
nginx-deploy-6f4c7bf454-6l7vs       1/1     Running             0          23m
nginx-deploy-6f4c7bf454-8blj5       1/1     Running             0          23m
nginx-deploy-6f4c7bf454-9wdzp       1/1     Running             0          23m
nginx-deploy-6f4c7bf454-c24p9       0/1     ContainerCreating   0          11m
nginx-deploy-6f4c7bf454-j8dcb       0/1     ContainerCreating   0          11m
nginx-deploy-6f4c7bf454-ksdxh       1/1     Running             0          11m # 成功
nginx-deploy-6f4c7bf454-ps7ps       0/1     ContainerCreating   0          11m
nginx-deploy-6f4c7bf454-wzd64       0/1     ContainerCreating   0          11m
nginx-deploy-6f4c7bf454-ztgnr       0/1     ContainerCreating   0          11m

以下從檔案更新個數在 apply 也是相同錯誤結果。

Events:
  Type     Reason              Age                   From                                               Message
  ----     ------              ----                  ----                                               -------
  Normal   Scheduled           9m55s                 default-scheduler                                  Successfully assigned default/nginx-deploy-6f4c7bf454-c24p9 to gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-8kvr
  Warning  FailedMount         66s (x4 over 7m52s)   kubelet, gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-8kvr  Unable to mount volumes for pod "nginx-deploy-6f4c7bf454-c24p9_default(618dce42-0312-481c-a2ad-17edf2c9a9fd)": timeout expired waiting for volumes to attach or mount for pod "default"/"nginx-deploy-6f4c7bf454-c24p9". list of unmounted volumes=[nginx-persistent-storage]. list of unattached volumes=[nginx-persistent-storage default-token-nnghk]
  Warning  FailedAttachVolume  43s (x12 over 9m50s)  attachdetach-controller                            AttachVolume.Attach failed for volume "pvc-451989b4-ecc8-4571-89ba-2de8c76181c5" : googleapi: Error 400: RESOURCE_IN_USE_BY_ANOTHER_RESOURCE - The disk resource 'projects/sunny-catwalk-286908/zones/us-central1-c/disks/gke-cluster-1-1d54e52c-pvc-451989b4-ecc8-4571-89ba-2de8c76181c5' is already being used by 'projects/sunny-catwalk-286908/zones/us-central1-c/instances/gke-cluster-1-default-pool-7dc8b11b-r7rg'

這邊的錯誤結果有待在釐清一下。

PV 與 PVC 生命週期

  1. 提供儲存
  • 靜態提供
    • 需要定義 PV，並由 PVC 匹配
  • 動態提供
    • PVC 去建立 PV
  1. 儲存綁定

PVC 找到符合的 PV 後建立關聯。當 PVC 無法有符合 PV 時，會等待到有符合的 PV 為止，只不過狀態並非是綁定。這邊提到說一個正在使用的 PVC 被刪除的話，並非是立即的，會直到無任何資源使用時才會刪除。

  1. 儲存回收

就是前面說的 Retained、Recycled 和 Deleted。

  1. 擴展 PVC

簡單來說是擴充容量大小，這功能並非所有儲存方案都有，詳細可看官方

參考資源


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    管理 Deployments
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