Storage Classes: 動態設定儲存

在 Kubernetes 中，StorageClass 是用來描述儲存類型的對象，它定義了儲存提供者的類型和設定，使用戶可以動態地請求不同類型的儲存資源。這篇文章將深入介紹 Kubernetes 的 StorageClass 及其設定，幫助你理解如何動態管理和設定儲存。

什麼是 StorageClass？

StorageClass 是 Kubernetes 中的一種資源對象，提供了一個機制來描述不同儲存類型。它允許用戶在部署應用程式時，動態地申請不同的儲存類型，而不需要知道底層的儲存細節。這樣的抽象層讓儲存管理更靈活且易於管理。

為什麼需要 StorageClass？

1. 動態儲存請求：用戶可以在創建 PersistentVolumeClaim (PVC) 時，自動動態創建 PersistentVolume (PV)，不需要手動提前創建 PV。
2. 靈活性：根據應用需求，可以選擇不同的儲存類型，如高性能 SSD 或大容量 HDD，讓資源使用更符合應用特性。
3. 簡化管理：儲存管理員可以預先定義多種 StorageClass，供用戶選擇，減少了每次手動設定 PV 的繁瑣過程。

StorageClass儲存流程圖解

以下是 Kubernetes 中 Pod 與 PersistentVolume 之間的儲存經由StorageClass 的過程示意：

這張圖展示了容器如何通過 PersistentVolumeClaim (PVC) 和 StorageClass，最終取得所需的持久化儲存資源。從圖中可以看到，Pod 內的容器將本地的 /var/dir 掛載到定義的 Volume，而這個 Volume 由 PVC 描述並由 StorageClass 管理，最終映射到具體的 PersistentVolume 上。

這樣的儲存設計讓 Kubernetes 的儲存資源管理變得靈活且動態化，大大提高了儲存管理的效率與應用程式的可用性。

StorageClass 的主要屬性

• provisioner：指定儲存供應商，例如 kubernetes.io/aws-ebs、kubernetes.io/gce-pd、kubernetes.io/nfs。
• parameters：設定特定儲存供應商的參數，如磁碟類型、區域等。
• reclaimPolicy：指定當 PVC 被刪除時，PV 的回收策略（例如 Delete 或 Retain）。
• volumeBindingMode：定義 PV 何時綁定到 PVC（Immediate 或 WaitForFirstConsumer）。

Default StorageClass

在 Kubernetes 中，Default StorageClass 是 Cluster 中用來為 PersistentVolumeClaim (PVC) 提供預設儲存的 StorageClass。當用戶創建 PVC 時，如果沒有指定 storageClassName，Kubernetes 會自動選擇被標記為 default 的 StorageClass 來滿足該 PVC 的儲存需求。這使得儲存設定更加簡便，特別是對於需要動態設定儲存的應用。

Default StorageClass 的工作原理

在 Cluster 中存在多個 StorageClass 時，Cluster管理員可以選擇一個作為預設的 StorageClass，在指定了預設之後，即使用戶沒有明確指定 storageClassName，Kubernetes 也會自動使用該預設的 StorageClass 來動態設定 PersistentVolume (PV)。

查看目前的 Default StorageClass

可以使用以下指令查看 Cluster 中的 StorageClass 並確認哪一個是預設的：

kubectl get storageclass

輸出結果中，帶有 (default) 標記的 StorageClass 就是目前 Cluster 中的預設 StorageClass。

設定或更改 Default StorageClass

如果你想設定某個 StorageClass 為預設，可以使用以下指令：

kubectl patch storageclass <storageclass-name> -p '{"metadata": {"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"true"}}}'

關於 Default StorageClass 的注意事項

1. Cluster中只能有一個 Default StorageClass：如果同時有多個 StorageClass 被設置為預設，可能會導致 PVC 創建時的儲存設定錯誤。

2. 動態設定儲存：當 PVC 沒有指定 storageClassName 時，Kubernetes 會使用預設的 StorageClass 動態創建 PV 並綁定到該 PVC 上。

3. Cluster管理員的角色：Cluster 管理員應該根據應用場景和需求選擇最合適的 StorageClass 作為預設，確保預設儲存符合大部分應用的需求。

如何定義一個 StorageClass？

以下是一個基於 NFS 的 StorageClass 設定範例：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-csi
provisioner: nfs.csi.k8s.io
parameters:
  server: 192.168.1.99
  share: /
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: Immediate
mountOptions:
  - nfsvers=4.1

說明：

• server：指向 NFS 伺服器的服務名稱或 IP 位址。
• share：使用 NFS 伺服器的根目錄作為共享路徑。若有特定的導出目錄，則應該在此設置正確路徑。
• reclaimPolicy: Delete：當 PVC 被刪除時，對應的 PV 也將被自動刪除。如果需要保留 PV，可以設置為 Retain。
• volumeBindingMode: Immediate：在 PVC 創建時立即綁定 PV。若希望延遲綁定至實際使用時，可設置為 WaitForFirstConsumer。
• mountOptions: nfsvers=4.1：指定 NFS 的版本為 4.1，根據你的 NFS 伺服器和需求可進行調整。

定義一個預設的 StorageClass

如果要將這個 StorageClass 設定為預設，可以使用以下標籤：

annotations:
  storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"

以下是一個基於 NFS 的預設 StorageClass 設定範例：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-csi
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"
provisioner: nfs.csi.k8s.io
parameters:
  server: 192.168.1.99
  share: /
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: Immediate

這樣一來，當用戶創建 PVC 而未指定 storageClassName 時，Kubernetes 會自動使用這個 NFS StorageClass 來創建 PV。

部署與使用 StorageClass

部署 NFS StorageClass

kubectl apply -f nfs-storageclass.yaml

成功部署後的訊息：

storageclass.storage.k8s.io/nfs-csi created

使用 StorageClass 的 PersistentVolumeClaim

以下是一個基於 NFS StorageClass 的 PersistentVolumeClaim 設定：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: nfs-csi

創建 PersistentVolumeClaim：

kubectl apply -f pvc-example.yaml

創建成功的訊息：

persistentvolumeclaim/nfs-pvc created

檢查 PVC 狀態：

kubectl get pvc

當 PVC 狀態為 Bound 時，表示其已經成功綁定並可正常使用。

管理 StorageClass 和動態設定儲存

查看 StorageClass

以下指令可以查看目前的 Storageclass ：

kubectl get storageclass

查看指定 StorageClass 的詳細資訊：

kubectl describe storageclass nfs-storage-class

更新 StorageClass

kubectl edit storageclass nfs-storage-class

總結

今天我們學習了如何使用 Kubernetes 的 StorageClass 來動態設定儲存，以及如何創建和使用 NFS StorageClass。這些知識將幫助你更靈活地管理 Kubernetes 中的動態儲存資源，從而提高應用程式的可靠性和可用性。

接下來，我們將探討更多 Kubernetes 的核心概念和實踐，如 ReplicaSet 和 StatefulSet，這將進一步深化你對 Kubernetes 的理解和應用。