【K8S系列】深入解析K8S中PV 和PVC

在 Kubernetes 中，PV（持久卷）和 PVC（持久卷声明）之间的关系是一种动态匹配和绑定关系，用于实现 Pod 与存储资源的解耦。

一、概念介绍

1.1 PV（持久卷）：

• PV 是集群中的一块网络存储，它独立于 Pod 存在。PV 可以是各种存储系统，如云提供商的存储、NFS、iSCSI、本地存储等。
• 管理员负责创建 PV，并配置其细节，如容量、访问模式（ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany）、存储类别等。
• PV 有自己的生命周期，它的状态包括可用（Available）、绑定（Bound）、释放（Released）、回收（Retained）等状态。

1.2 PVC（持久卷声明）：

• PVC 是对 PV 的请求，它定义了 Pod 对存储的需求。在创建 Pod 时，可以通过 PVC 来请求存储资源。
• PVC 可以指定所需的存储容量、访问模式等参数，但通常不需要指定具体的 PV，而是通过标签选择器来动态匹配 PV。
• PVC 的存在使得 Pod 与具体的存储实现解耦，提高了可移植性。

1.3 关系：

• PVC 与 PV 之间是一种声明与提供的关系。PVC 声明了对存储资源的需求，而 PV 则是提供这些资源的实际载体。
• 当 PVC 被创建时，Kubernetes 会尝试将其与满足其要求的 PV 进行绑定。匹配的过程是根据 PVC 的标签选择器和 PV 的标签进行匹配，只有匹配成功的 PV 才能被绑定到 PVC。
• 一旦绑定成功，Pod 可以通过 PVC 访问 PV 提供的存储资源。
• 如果没有合适的 PV 可以绑定，PVC 将处于 Pending 状态，直到有合适的 PV 可用为止。

总之，PV 和 PVC 之间的关系是一种动态的匹配和绑定关系，它们使得 Pod 与存储资源的具体实现解耦，提高了灵活性和可移植性。

二、示例介绍

下面通过一个简单的示例来说明 PV 和 PVC 的关系。

假设我们有一个 Kubernetes 集群，并且我们想要创建一个 Pod，这个 Pod 需要使用一个持久卷来存储数据。我们将按照以下步骤进行操作：

2.1 创建 PV（持久卷）：

首先，我们需要创建一个 PV，它可以是任何一种存储系统，比如 NFS。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: example-pv
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    path: /path/to/nfs/volume
    server: nfs-server-ip

2.2 创建 PVC（持久卷声明）：

接下来，我们创建一个 PVC，用于声明对 PV 的需求。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: example-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

2.3 Pod 使用 PVC：

最后，我们创建一个 Pod，并将 PVC 与 Pod 关联起来，以便 Pod 可以访问 PV 提供的存储资源。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: example-pvc

2.4 总结

在这个示例中，创建了一个 PV，它代表了一个 NFS 挂载点，然后创建了一个 PVC，声明了对 1GB 存储的需求。

最后，创建了一个 Pod，并将 PVC 与 Pod 关联起来，Pod 可以通过 PVC 访问 PV 提供的存储资源。

这样，PV 和 PVC 就建立了关系，Pod 可以使用 PVC 来访问持久卷提供的存储空间。

三、项目示例

假设我们有一个需求：我们想在 Kubernetes 中运行一个 WordPress 应用程序，并且希望 WordPress 的数据持久化存储在一个持久卷中。

3.1 创建 PV（持久卷）：

首先，我们创建一个 PV，用于存储 WordPress 的数据。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: wordpress-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /mnt/data

在这个示例中，我们使用了 hostPath 来定义一个本地存储的 PV。

3.2 创建 PVC（持久卷声明）：

然后，我们创建一个 PVC，用于声明对 PV 的需求。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: wordpress-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

3.3 部署 WordPress Pod：

最后，我们创建一个 WordPress 的 Deployment，并将 PVC 与 Deployment 关联起来。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: wordpress
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
    spec:
      containers:
      - name: wordpress
        image: wordpress:latest
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: wordpress-persistent-storage
          mountPath: /var/www/html
      volumes:
      - name: wordpress-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: wordpress-pvc

在这个示例中，创建了一个 Deployment 来运行 WordPress，将 PVC 与 Deployment 关联起来，并将 PVC 中的持久卷挂载到 WordPress 容器的 /var/www/html 目录下。

通过这个示例，我们可以看到 PV 和 PVC 的关系：PVC 声明了对持久卷的需求，而 PV 则提供了实际的存储资源。Pod 使用 PVC 来访问 PV 提供的存储资源，从而实现了数据持久化。

四、拓展

部署 WordPress 在 Kubernetes 上完整的步骤：

4.1 创建 MySQL 数据库

首先，我们需要创建一个 MySQL 数据库，WordPress 需要一个数据库来存储数据。

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-secret
type: Opaque
data:
  mysql-root-password: base64_encoded_password
  mysql-password: base64_encoded_password
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pv-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:5.7
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: mysql-root-password
            - name: MYSQL_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: mysql-password
          ports:
            - containerPort: 3306
          volumeMounts:
            - name: mysql-persistent-storage
              mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
        - name: mysql-persistent-storage
          persistentVolumeClaim:
            claimName: mysql-pv-claim

4.2 创建 WordPress

接下来，我们需要创建 WordPress 应用程序，并连接到 MySQL 数据库。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: wordpress-pv-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: wordpress
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
    spec:
      containers:
        - name: wordpress
          image: wordpress:latest
          env:
            - name: WORDPRESS_DB_HOST
              value: "mysql:3306"
            - name: WORDPRESS_DB_NAME
              value: "wordpress"
            - name: WORDPRESS_DB_USER
              value: "root"
            - name: WORDPRESS_DB_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: mysql-password
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - name: wordpress-persistent-storage
              mountPath: /var/www/html
      volumes:
        - name: wordpress-persistent-storage
          persistentVolumeClaim:
            claimName: wordpress-pv-claim

4.3 创建 Service

最后，我们需要创建 Service 来公开 WordPress 应用程序。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: wordpress
spec:
  selector:
    app: wordpress
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: LoadBalancer

以上步骤创建了一个 WordPress 应用程序，并将其连接到一个 MySQL 数据库。

WordPress 的数据和 MySQL 的数据都被持久化存储。

最后，通过 Service，WordPress 应用程序可以通过外部 IP 地址访问。