Kubernetes 集群实战（微课版）课件 项目6 管理存储和配置信息

Kubernetes集群实战（微课版）工业和信息化精品系列教材——云计算技术项目6

管理存储和配置信息能力CAPACITY要求了解Kubernetes卷的概念和类型，学会使用卷实现基本存储理解PV和PVC的概念并掌握其基本用法学会组合使用PV和PVC实现持久化卷的管理理解StorageClass的概念，掌握使用StorageClass实现动态卷制备的方法学会使用ConfigMap和Secret为容器提供配置和敏感信息任务6.2配置和使用持久化卷任务6.1配置和使用基本存储任务6.3管理配置信息和敏感信息任务6.1配置和使用基本存储任务说明01OPTION02OPTION03OPTION了解卷的概念和常用的卷类型学会使用Empty卷存储数据学会使用HostPath卷存储数据04OPTION掌握NFS卷的配置和使用方法任务6.1配置和使用基本存储相关知识6.1.1什么是卷卷是Pod的一部分，卷不是单独的对象，不能独立创建，只能在Pod中定义。卷关联到外部的存储设备之上的存储空间，独立于容器自身的文件系统。卷是Pod中所有容器挂载的共享目录，Pod中所有容器都可以访问卷，但必须要挂载，卷可以挂载到容器中的任何目录。卷的生命周期与挂载它的Pod相同，但是卷中的文件可能在卷消失后仍然存在，这取决于具体的卷类型。任务6.1配置和使用基本存储相关知识6.1.2卷的类型EmptyDirHostPathConfigMapPersistentVolumeClaimNFS任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.1使用EmptyDir卷存储数据了解EmptyDir卷EmptyDir挂载后就是一个空目录。EmptyDir卷的生命周期与Pod相同。EmptyDir的主要使用场景用作缓存空间为耗时较长的计算任务提供检查点Pod不同容器之间共享文件任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.1使用EmptyDir卷存储数据测试EmptyDir卷的使用编写定义Pod的配置文件apiVersion:v1kind:Podmetadata:name:emptydir-demospec:containers:-name:busyboximage:busyboxvolumeMounts:#容器挂载卷

-name:pod-volume#要挂载的卷名称

mountPath:/pod-data#挂载到容器的路径

#容器启动命令及参数

command:["/bin/sh"]args:["-c","whiletrue;do/bin/echo$(date+%T)'记录'>>/pod-data/test.txt;sleep60;done;"]volumes:#在Pod级别定义卷

-name:pod-volume#卷名称

emptyDir:{}#emptyDir卷任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.1使用EmptyDir卷存储数据测试EmptyDir卷的使用创建名为emptydir-demo的Pod。进入该Pod的容器的Shell，列出该容器根目录下的子目录。#kubectlexec-itemptydir-demo--/bin/sh/#lsbindevetchomepod-dataprocrootsystmpusrvar/#cat/pod-data/test.txt02:52:26记录02:53:26记录/#exit查看该Pod所在的节点，本例的Pod在node02节点上运行。登录到node02节点主机上，从根目录下查找名称为EmptyDir卷名称的文件，可以发现Kubernetes在节点上自动创建了以EmptyDir卷名称命名的目录。任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.1使用EmptyDir卷存储数据测试EmptyDir卷的使用继续查看EmptyDir卷所在目录的内容，可以发现Pod容器所使用的文件。ls/var/lib/kubelet/pods/33a2a82d-1a1e-45c5-90a2-38f64a88464c/volumes/kubernetes.io~empty-dir/pod-volumetest.txt切回控制平面节点上，执行kubectldeletepodemptydir-demo命令删除上述Pod。转到node02节点上查找pod-volume文件，可以发现已找不到了，这就表明随着Pod的删除，EmptyDir卷也被自动删除了。任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.2使用HostPath卷挂载宿主机文件了解HostPath卷HostPath是主机路径，能将节点主机的文件系统上的文件或目录直接挂载到Pod中。HostPath卷中的内容不会随着Pod的删除而消失。HostPath卷的主要使用场景运行一个需要访问Docker内部的容器。在容器中运行cAdvisor进行监控时，以HostPath方式挂载/sys目录。其他用到节点主机文件的场景。任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.2使用HostPath卷挂载宿主机文件测试HostPath卷的使用创建定义Pod的配置文件。

volumes:#在Pod级别定义卷

-name:pod-volume#卷名称

hostPath:path:/test-data#hostPath卷所在的路径创建名为hostpath-demo的Pod。进入该Pod的容器的Shell，查看由容器命令写入的test.txt文件，可发现该文件中记录的内容。[root@master01~]#kubectlexec-ithostpath-demo--/bin/sh/#cat/pod-data/test.txt06:47:58记录06:48:58记录/#exit任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.2使用HostPath卷挂载宿主机文件测试HostPath卷的使用查看该Pod所在的节点，可发现本例的Pod在node02节点上运行。登录到node02节点主机上，可以发现Kubernetes在该节点主机上自动创建了以hostPath卷名称命名的目录，且容器写入的文件位于该目录。#ls/test-datatest.txt回到控制平面节点上，执行kubectldeletepodhostpath-demo命令删除所创建的Pod。回到node02节点上查看，可以发现用作hostPath卷的目录仍然存在，其中容器操作的文件也存在。[root@node02~]#cat/test-data/test.txt06:47:58记录......06:51:58记录任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.3使用NFS卷挂载NFS共享目录准备NFS共享目录（1）部署NFS服务器。直接在控制平面节点上安装NFS服务器。（2）配置NFS共享目录。#mkdir-p/test-storage/nfs编辑/etc/exports文件。/test-storage/nfs/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)（3）在Kubernetes集群中的其他节点上测试对NFS共享目录的访问。#showmount-e0Exportlistfor0:/test-storage/nfs/24任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.3使用NFS卷挂载NFS共享目录测试NFS卷的使用（1）创建定义Pod的配置文件。volumes:#在Pod级别定义卷

-name:pod-volume#卷名称

nfs:server:0#NFS服务器地址

path:/test-storage/nfs#共享文件路径（2）创建名为nfs-demo的Pod。（3）进入该Pod的容器的Shell，查看由容器命令写入的test.txt文件，可发现该文件中记录的内容。#kubectlexec-itnfs-demo--/bin/sh/#cat/pod-data/test.txt09:56:19记录/#exit（4）查看NFS共享目录中的文件内容，可以发现Pod中容器写入的新数据。[root@master01~]#cat/test-storage/nfs/test.txt09:56:19记录09:57:19记录任务6.1配置和使用基本存储任务实现任务6.1.3使用NFS卷挂载NFS共享目录测试NFS卷的使用（5）查看该Pod所在的节点，发现本例的Pod在node02节点上运行。（6）执行kubectldeletepodnfs-demo命令删除该Pod。（7）再次执行kubectlcreate-f/k8sapp/06/nfs-pod.yaml命令创建Pod。（8）查看该Pod所在的节点，发现Pod已改到node01节点上运行。#kubectlgetpod-owideNAMEREADYSTATUSRESTARTSAGEIPNODE...nfs-demo1/1Running07s30node01...（9）进入该Pod的容器的Shell，查看由容器命令写入的test.txt文件。[root@master01~]#kubectlexec-itnfs-demo--/bin/sh/#cat/pod-data/test.txt09:56:19记录......10:02:42记录任务6.2配置和使用持久化卷任务6.1配置和使用基本存储任务6.3管理配置信息和敏感信息任务6.2配置和使用持久化卷任务说明01OPTION02OPTION03OPTION了解PV和PVC的概念和持久化存储机制了解PV和PVC的定义方法理解StorageClass的概念和运行机制04OPTION掌握PV和PVC的创建和使用方法05OPTION学会创建StorageClass并在NFS后端存储中实现PV的动态制备任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.1PV与PVC的持久化存储机制PV描述的是具体的持久化卷，是对底层各类存储资源的一种抽象，能够屏蔽底层存储实现的具体细节。PV主要由Kubernetes管理员进行创建和配置。PVC是对存储需求的声明，描述的是Pod希望使用的持久化存储的属性，比如卷存储的大小、可读写权限等。任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.2PV的定义apiVersion:v1#API版本kind:PersistentVolume#资源类型metadata:#元数据

name:string#资源名称

labels:#标签

-name:stringannotations:#注解

-name:stringspec:capacity:#存储能力，目前只支持存储空间的设置

storage:stringvolumeMode:string#卷模式

accessModes:[]#访问模式

storageClassName:sring#StorageClass(存储类)名称

persistentVolumeReclaimPolicy:string#回收策略

type(string):#后端存储类型，与底层存储资源对应

......#后端存储的详细定义

mountOptions:#可选的挂载选项

......任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.3PVC的定义apiVersion:v1#API版本kind:PersistentVolumeClaim#资源类型metadata:#元数据（可以指定名称空间）

......spec:accessModes:[]#访问模式

volumeMode:string#卷模式

resources:#资源

requests:#资源请求

storage:string#请求的存储空间

storageClassName:sring#StorageClass名称

selector:#标签选择器

......任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.4PV和PVC的生命周期资源制备资源绑定资源使用资源保护资源回收任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.5StorageClass什么是StorageClassStorageClass提供了一种描述存储“类”的方法。不同的类可能会映射到不同的存储服务质量等级、存储备份策略，或者是其他策略等。通过StorageClass的定义，管理员可以将存储资源定义为某种类型的资源，利用StorageClass根据PVC请求实现PV的动态创建，进一步简化运维管理成本。任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.5StorageClassStorageClass的工作机制任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.5StorageClassStorageClass的定义apiVersion:storage.k8s.io/v1#API版本kind:StorageClass#资源类型metadata:#元数据

name:standard#名称provisioner:kubernetes.io/aws-ebs#制备器parameters:#参数

type:gp2reclaimPolicy:Retain#回收策略allowVolumeExpansion:true#是否允许扩展mountOptions:#挂载选项

-debugvolumeBindingMode:Immediate#卷绑定模式任务6.2配置和使用持久化卷相关知识6.2.5StorageClass动态卷制备启用动态卷制备功能。使用动态卷制备功能。apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:test-dvpspec:accessModes:-ReadWriteOncestorageClassName:standardresources:requests:storage:30Gi使用默认的StorageClass。任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.1创建基于NFS的PV准备NFS共享目录（1）创建要共享的物理目录。#mkdir-p/test-storage/nfs1/test-storage/nfs2（2）修改/etc/exports配置文件，增加两个共享目录。/test-storage/nfs1/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)/test-storage/nfs2/24(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)（3）使该配置文件生效。#exportfs-avexporting/24:/test-storage/nfs2exporting/24:/test-storage/nfs1exporting/24:/test-storage/nfs任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.1创建基于NFS的PV创建PV（1）编写定义PV的配置文件。apiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:nfs-pv1spec:capacity:storage:5Gi#定义PV的大小

volumeMode:Filesystem#卷模式

accessModes:-ReadWriteMany#访问模式

persistentVolumeReclaimPolicy:Recycle#回收策略

nfs:#存储类型

path:/test-storage/nfs1server:0---任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.1创建基于NFS的PV创建PV（1）编写定义PV的配置文件。apiVersion:v1kind:PersistentVolumemetadata:name:nfs-pv2spec:capacity:storage:3Gi#定义PV的大小

volumeMode:Filesystem#卷模式

accessModes:-ReadWriteOnce#访问模式

persistentVolumeReclaimPolicy:Recycle#回收策略

nfs:#存储类型

path:/test-storage/nfs2server:0任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.1创建基于NFS的PV创建PV（2）基于该配置文件创建PV。#kubectlcreate-f/k8sapp/06/nfs-pv.yamlpersistentvolume/nfs-pv1createdpersistentvolume/nfs-pv2created（3）查看所创建的PV。#kubectlgetpvNAMECAPACITYACCESSMODESRECLAIMPOLICYSTATUSCLAIM...AGEnfs-pv15GiRWXRecycleAvailable12snfs-pv23GiRWORecycleAvailable8s任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.2基于PVC使用PV创建PVC（1）编写定义PVC的配置文件。apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:nfs-pvc1spec:accessModes:-ReadWriteMany#访问模式

volumeMode:Filesystem#卷模式

resources:requests:storage:4Gi#声明存储的大小---任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.2基于PVC使用PV创建PVC（1）编写定义PVC的配置文件。apiVersion:v1kind:PersistentVolumeClaimmetadata:name:nfs-pvc2spec:accessModes:-ReadWriteOnce#访问模式

volumeMode:Filesystem#卷模式

resources:requests:storage:3Gi#声明存储的大小任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.2基于PVC使用PV创建PVC（2）基于配置文件创建PVC。（3）查看所创建的PVC。#kubectlgetpvcNAMESTATUSVOLUMECAPACITYACCESSMODESSTORAGECLASSAGEnfs-pvc1Boundnfs-pv15GiRWX83snfs-pvc2Boundnfs-pv23GiRWO83s（4）查看之前的PV。#kubectlgetpvNAMECAPACITYACCESSMODESRECLAIMPOLICYSTATUSCLAIM...AGEnfs-pv15GiRWXRecycleBounddefault/nfs-pvc155mnfs-pv23GiRWORecycleBounddefault/nfs-pvc254m任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.2基于PVC使用PV使用PVC——Pod将PVC作为卷使用，并通过卷访问存储资源（1）编写定义Pod的配置文件。volumes:#在Pod级别定义卷

-name:pod-volume#卷名称

persistentVolumeClaim:claimName:nfs-pvc1#PVC名称

readOnly:false#不使用只读模式（2）创建名为pvc-demo的Pod。（3）进入该Pod的容器的Shell，查看由容器命令写入的test.txt文件。#kubectlexec-itpvc-demo--/bin/sh/#cat/pod-data/test.txt09:55:03记录/#exit任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.2基于PVC使用PV使用PVC——Pod将PVC作为卷使用，并通过卷访问存储资源（4）删除该Pod。（5）观察PVC，可以发现所用的PVC没有发生变化。#kubectlgetpvcNAMESTATUSVOLUMECAPACITYACCESSMODESSTORAGECLASSAGEnfs-pvc1Boundnfs-pv15GiRWX15mnfs-pvc2Boundnfs-pv23GiRWO15m（6）删除所创建的PVC。（7）观察PV，可以发现PV处于Released（已释放）状态。#kubectlgetpvNAMECAPACITYACCESSMODESRECLAIMPOLICYSTATUSCLAIM...AGEnfs-pv15GiRWXRecycleReleaseddefault/nfs-pvc159mnfs-pv23GiRWORecycleReleaseddefault/nfs-pvc259m（8）删除所创建的PV。（9）查看PV对应的NFS共享目录，发现由Pod容器写入的test.txt文件仍然保存下来。任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备获取NFS服务器的连接信息获取nfs-subdir-external-provisioner软件包创建ServiceAccount部署nfs-subdir-external-provisioner组件apiVersion:apps/v1kind:Deploymentmetadata:name:nfs-client-provisionerlabels:app:nfs-client-provisionernamespace:default#可以根据项目需要替换名称空间spec:replicas:1strategy:type:Recreate#设置升级策略为删除再创建（默认为滚动更新）

selector:matchLabels:app:nfs-client-provisioner任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备部署nfs-subdir-external-provisioner组件template:metadata:labels:app:nfs-client-provisionerspec:serviceAccountName:nfs-client-provisionercontainers:-name:nfs-client-provisioner#针对国内网络环境修改其中镜像仓库的地址

#image:registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2image:/weiyigeek/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2

任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备部署nfs-subdir-external-provisioner组件volumeMounts:#卷挂载点

-name:nfs-client-rootmountPath:/persistentvolumesenv:#制备器名称和值，以后创建的StorageClass的provisioner字段要用到它

-name:PROVISIONER_NAMEvalue:k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner-name:NFS_SERVERvalue:0#NFS服务器设置，需与卷定义的配置保持一致

-name:NFS_PATHvalue:/test-storage/nfs#NFS共享目录，需与卷定义的配置保持一致

volumes:#卷定义

-name:nfs-client-rootnfs:server:0#NFS服务器设置

path:/test-storage/nfs#NFS共享目录任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备创建基于NFS共享存储的StorageClassapiVersion:storage.k8s.io/v1kind:StorageClassmetadata:name:nfs-storage#StorageClass对象名称，供PVC引用

annotations:#设置为默认的StorageClassstorageclass.kubernetes.io/is-default-class:"true"#卷制备器名称，必须和nfs-subdir-external-provisioner组件的PROVISIONER_NAME的值一致provisioner:k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisionerparameters:archiveOnDelete:"true"#设置为"false"时删除PVC不会保留数据，"true"则保留数据任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备创建用于测试的PVCkind:PersistentVolumeClaimapiVersion:v1metadata:name:test-sc-pvcspec:storageClassName:nfs-storage#需要与前面创建的StorageClass名称一致

accessModes:-ReadWriteOnceresources:requests:storage:1Mi任务6.2配置和使用持久化卷任务实现任务6.2.3基于StorageClass实现动态卷制备创建Pod测试PV的使用spec:containers:-name:test-sc-podimage:busybox:latestcommand:-"/bin/sh"args:-"-c"-"touch/mnt/SUCCESS&&exit0||exit1"#创建名为"SUCCESS"的文件

volumeMounts:-name:nfs-pvcmountPath:"/mnt"restartPolicy:"Never"volumes:-name:nfs-pvcpersistentVolumeClaim:claimName:test-sc-pvc#通过PVC请求PV任务6.2配置和使用持久化卷任务6.1配置和使用基本存储任务6.3管理配置信息和敏感信息任务6.3管理配置信息和敏感信息任务说明01OPTION02OPTION03OPTION了解ConfigMap及其基本用法了解Secret及其基本用法学会使用ConfigMap为应用程序注入配置信息04OPTION学会使用Secret为应用程序提供敏感信息任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.1什么是ConfigMapConfigMap是一种用于存储应用程序所需配置信息的API对象，用于保存配置信息的键值对，可以用来保存单个属性，也可以用来保存整个配置文件。ConfigMap适合将非机密性的信息保存到键值对中。使用ConfigMap时，Pod可以将其用作环境变量、命令行参数或者卷中的配置文件。ConfigMap不适合用来保存大量数据。任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.2创建ConfigMap使用命令行创建ConfigMapkubectlcreateconfigmap<map-name><data-source>kubectlcreateconfigmapmap-name--from-file=[key=]source--from-file=[key=]sourcekubectlcreateconfigmapmap-name--from-file=config-files-dirkubectlcreateconfigmapmap-name--from-literal=key1=value1--from-literal=key2=value2kubectlcreateconfigmapmap-name--from-env-file=env-file任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.2创建ConfigMap基于配置文件创建ConfigMapapiVersion:v1#API版本kind:ConfigMap#资源类型为ConfigMapmetadata:#元数据（主要定对象义名称、名称空间）

name:stringnamespace:stringdata:#ConfigMap对象的数据

KEY1:Value1#键值对

KEY2:Value2......任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.3使用ConfigMap通过环境变量获取ConfigMap的数据spec:containers:......command:["/bin/sh","-c","env"]env:#定义环境变量

-name:string#环境变量名称

valueFrom:configMapKeyRef:#定义要赋给环境变量的值

name:string#指定要引用的ConfigMap对象

key:string#指定要引用的ConfigMap对象中的键名

-name:string#可以定义多个环境变量

......任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.3使用ConfigMap通过挂载卷的方式使用ConfigMap的数据spec:containers:......volumeMounts:#在容器级定义挂载点

-name:string#要挂载的卷名称

mountPath:string#容器中的挂载目录

volumes:#在Pod级定义卷

-name:string#卷名称

configMap:name:string#填充卷的ConfigMap对象的名称任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.4什么是SecretSecret是一种加密存储的资源对象。适合提供密码、令牌或密钥这类数据量较小的敏感信息。Secret与ConfigMap非常类似，都是键值对形式，创建和使用方法基本相同，不同的是Secret会加密存储。Secret有很多类型。任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.4什么是SecretSecret是一种加密存储的资源对象。适合提供密码、令牌或密钥这类数据量较小的敏感信息。Secret与ConfigMap非常类似，都是键值对形式，创建和使用方法基本相同，不同的是Secret会加密存储。Secret有很多类型。任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.5创建Secret使用kubectl命令创建Secret（1）分别将用户名和密码写入存储相应的文本文件中。（2）执行以下命令将上述文本文件打包并创建一个名为db-user-pass的Secret对象。（3）查看所创建的Secret对象的详细信息。（4）查看创建的Secret的具体内容，可以发现其中的值已被编码。（5）通用型Secret采用Base64编码，可以进行解码。任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.5创建Secret基于配置文件管理SecretapiVersion:v1kind:Secret#资源类型metadata:name:demo-secret#Secret名称type:Opaque#Secret类型stringData:#提供未编码数据

username:admindata:#提供已编码的数据

password:YWJjMTIz任务6.3管理配置信息和敏感信息相关知识6.3.6使用SecretSecret可以作为环境变量暴露给Pod中的容器使用，也可以以卷的形式挂载Secret也可用于系统中的其他部分。在Pod的容器定义中可以使用valueFrom字段将Secret的单个键值对作为环境变量。在Pod中通过挂载卷的方式使用Secret的数据，用法基本同ConfigMap。任务6.3管理配置信息和敏感信息任务实现任务6.3.1使用ConfigMap为Tomcat提供配置文件（1）编写Tomcat配置文件。（2）基于tomcat-users.xml文件创建一个名为tomcat-users-config的ConfigMap对象。（3）查看该ConfigMap对象的信息，获知其存储的键值对数据中，tomcat-users.xml文件名为键名，tomcat-users.xml文件内容为键值。（4）编写定义Tomcat的Deployment和Service对象的配置文件。volumeMounts:-name:tomcat-users-config#要挂载的卷的名称

#容器挂载的目录路径为/usr/local/tomcat/conf，文件名为tomcat-