006.OpenShift持久性存储

一 持久存储

1.1 持久存储概述

默认情况下，运行容器使用容器内的临时存储。Pods由一个或多个容器组成，这些容器一起部署，共享相同的存储和其他资源，可以在任何时候创建、启动、停止或销毁。使用临时存储意味着，当容器停止时，写入容器内的文件系统的数据将丢失。

当容器在停止时也需要持久的保存数据时，OpenShift使用Kubernetes持久卷(PVs)为pod提供持久存储。

1.2 持久存储场景

通常用于数据库，启动一个数据库的pod时提供的默认临时存储。如果销毁并重新创建数据库pod，则销毁临时存储并丢失数据。如果使用持久存储，则数据库将数据存储到pod外部的持久卷中。如果销毁并重新创建pod，数据库应用程序将继续访问存储数据的相同外部存储。

1.3 持久存储相关概念

持久卷（PV）是OpenShift资源，它只由OpenShift管理员创建和销毁。持久卷资源表示所有OpenShift节点都可以访问的网络连接存储。

持久性存储组件：

OCP使用Kubernetes持久卷(PV)技术，允许管理员为集群提供持久性存储。开发人员使用持久性卷声明(PVC)请求PV资源，而不需要了解具体的底层存储基础设施。

Persistent Volume：PV是OpenShift集群中的资源，由PersistentVolume API对象定义，它表示集群中由管理员提供的现有网络存储的一部分。它是集群中的资源，就像节点是集群资源一样。PV的生命周期独立于使用PV的任何单独pod。

Persistent Volume Claim：pvc由PersistentVolumeClaim API对象定义，该对象表示开发人员对存储的请求。它与pod类似，pod消耗节点资源，而pvc消耗PV资源。

1.4 持久存储插件

卷是挂载的文件系统，对pods及其容器可用，并且可以由许多本地或网络连接的存储进行备份。OpenShift使用插件来支持以下不同的后端用于持久存储：

• NFS
• GlusterFS
• OpenStack Cinder
• Ceph RBD
• AWS Elastic Block Store (EBS)
• GCE Persistent Disk
• iSCSI
• Fibre Channel
• Azure Disk and Azure File
• FlexVolume (allows for the extension of storage back-ends that do not have a built-in plug-in)
• VMWare vSphere
• Dynamic Provisioning and Creating Storage Classes
• Volume Security
• Selector-Label Volume Binding

1.5 PV访问模式

PV可以以resource provider的任何方式挂载在主机上，provider具有不同的功能，并且每个持久卷的访问模式都设置为该特定卷支持的特定模式。例如，NFS可以支持多个读/写客户端，但是特定的NFS PV可以在服务器上作为只读导出。

每个PV接收自己的一组访问模式，描述特定的持久卷的功能。

访问模式见下表：

访问模式	CLI缩写	描述
ReadWriteOnce	RWO	卷可以被单个节点挂载为读/写
ReadOnlyMany	ROX	卷可以由许多节点以只读方式挂载
ReadWriteMany	RWX	卷可以被许多节点挂载为读/写

PV claims与具有类似访问模式的卷匹配。唯一的两个匹配标准是访问模式和大小。claim的访问模式表示请求。因此，可以授予用户更大的访问权限，但绝不能减少访问权限。例如，如果一个claim请求RWO，但是惟一可用的卷是NFS PV (RWO+ROX+RWX)，那么claim将匹配NFS，因为它支持RWO。

所有具有相同模式的卷都被分组，然后按大小(从最小到最大)排序。

master上负责将PV绑定到PVC上的service接收具有匹配模式的组，并在每个组上迭代(按大小顺序)，直到一个大小匹配为止，然后将PV绑定到PVC上。

1.6 Persistent Volume Storage Classes

PV Claims可以通过在storageClassName属性中指定它的名称来选择性地请求特定的存储类。只有与PVC具有相同存储类名称的请求类的pv才能绑定到PVC。

集群管理员可以为所有PVC设置一个默认存储类，或者配置动态供应程序来服务一个或多个存储类，这些存储类将匹配可用PVC中的规范。

1.7 创建pv和PVC资源

pv是集群中的资源，pvc是对这些资源的请求，也充当对资源的claim检查。pv与PVCs的相互作用具有以下生命周期：

• 创建持久卷

集群管理员创建任意数量的pv，这些pv表示集群用户可以通过OpenShift API使用的实际存储的信息。

• 定义持久卷声明

用户创建具有特定存储量、特定访问模式和可选存储类的PVC。master监视新的pvc，要么找到匹配的PV，要么等待存储类创建一个供应程序，然后将它们绑定在一起。

• 使用持久存储

Pods使用claims作为卷。集群检查查找绑定卷的声明，并为pod绑定该卷。对于那些支持多种访问模式的卷，用户在将其声明用作pod中的卷时指定需要哪种模式。

一旦用户有了一个claim，并且该claim被绑定，绑定的PV就属于用户，使用过程中该PV都属于该用户。用户通过在pod的Volume中包含一个持久的卷claim来调度pod并访问其声明的pv。

1.8 使用NFS的PV

OpenShift使用随机uid运行容器，因此将Linux用户从OpenShift节点映射到NFS服务器上的用户并不能正常工作。作为OpenShift pv使用的NFS共享必须遵从如下配置：

• 属于nfsnobody用户和组。
• 拥有rwx------权限(即0700)。
• 使用all_squash选项

示例配置：

/var/export/vol *(rw,async,all_squash)

其他NFS export选项，例如sync和async，与OpenShift无关。如果使用任何一个选项，OpenShift都可以工作。但是，在高延迟环境中，添加async选项可以加快NFS共享的写操作(例如，将image push到仓库的场景)。

使用async选项更快，因为NFS服务器在处理请求时立即响应客户端，而不需要等待数据写到磁盘。

当使用sync选项时，则相反，NFS服务器只在数据写到磁盘之后才响应客户端。

注意：NFS共享文件系统大小和用户配额对OpenShift没有影响。PV大小在PV资源定义中指定。如果实际文件系统更小，则PV被创建并绑定。如果PV更大，OpenShift不会将使用的空间限制为指定的PV大小，并且允许容器使用文件系统上的所有空闲空间。OpenShift自身提供了存储配额和存储位置限制，可用于控制项目中的资源分配。

默认的SELinux策略不允许容器访问NFS共享。必须在每个OpenShift实例节点中更改策略，方法是将virt_use_nfs和virt_sandbox_use_nfs变量设置为true。

  1 # setsebool -P virt_use_nfs=true
  2 # setsebool -P virt_sandbox_use_nfs=true

1.9 NFS回收政策

NFS支持OpenShift的Recyclable插件，根据在每个持久卷上设置的策略处理自动执行回收任务。

默认情况下，持久卷被设置为Retain。Retain reclaim策略允许手动回收资源。当删除pv claim时，持久卷仍然存在，并且认为该卷已被释放。但它还不能用于另一个claim，因为来自前一个claim的数据仍然保留在卷上。此时管理员可以手动回收卷。

NFS卷及其回收策略设置为Recycle，表示在从claim中释放后将被清除。例如，当将NFS回收策略设置为Recycle后，在删除用户绑定到该卷的pv claim之后，会在该卷上运行rm -rf命令。在它被回收之后，NFS卷可以直接绑定到一个新的pv claim。

1.10 Supplemental group

Supplemental group是常规的Linux组。当一个进程在Linux中运行时，它有一个UID、一个GID和一个或多个Supplemental group。可以为容器的主进程设置这些属性。

Supplemental groupid通常用于控制对共享存储的访问，比如NFS和GlusterFS，而fsGroup用于控制对块存储(如Ceph的RBD活iSCSI)的访问。

OpenShift共享存储插件挂载卷，以便使挂载上的POSIX权限与目标存储上的权限匹配。例如，如果目标存储的所有者ID是1234，组ID是5678，那么宿主节点和容器中的挂载将具有相同的ID。因此，容器的主进程必须匹配一个或两个id，才能访问该卷。

  1 [root@node ~]# showmount -e
  2 Export list for master.lab.example.com:
  3 /var/export/nfs-demo *
  4 [root@services ~]# cat /etc/exports.d/nfs-demo.conf
  5 /var/export/nfs-demo
  6 ...
  7 [root@services ~]# ls -lZ /var/export -d
  8 drwx------. 10000000 650000 unconfined_u:object_r:usr_t:s0 /var/export/nfs-demo

图上示例，UID 10000000和组650000可以访问/var/export/nfs-demo export。通常，容器不应该作为root用户运行。在这个NFS示例中，如果容器不是作为UID 10000000运行的，并且不是组650000的成员，那么这些容器就不能访问NFS export。

1.11 通过fsgroup使用块存储

fsGroup定义了pod的“file-system group”ID，该ID被添加到容器的supplemental group中。supplemental group ID应用于共享存储，而fsGroup ID用于块存储。

块存储，如Ceph RBD、iSCSI和各种类型的云存储，通常专用于单个pod。与共享存储不同，块存储由pod接管，这意味着pod(或image)定义中提供的用户和组id应用于实际的物理块设备,块存储通常不共享。

1.12 SELINUX和卷security

除了SCC之外，所有预定义的安全上下文约束都将seLinuxContext设置为MustRunAs。最可能匹配pod需求的SCC迫使pod使用SELinux策略。pod使用的SELinux策略可以在pod本身、image、SCC或project(提供默认值)中定义。

SELinux标签可以在pod的securityContext中定义。，并支持user、role、type和level标签。

1.13 ELinuxContext选项

• MustRunAs

如果不使用预先分配的值，则要求配置seLinuxOptions。使用seLinuxOptions作为默认值，从而针对seLinuxOptions验证。

• RunAsAny

没有提供默认，允许指定任何seLinuxOptions。

二 持久卷练习

2.1 前置准备

准备完整的OpenShift集群，参考《003.OpenShift网络》2.1。

2.2 本练习准备

  1 [student@workstation ~]$ lab deploy-volume setup

2.3 配置NFS

本实验不详解NFS的配置和创建，直接使用/root/DO280/labs/deploy-volume/config-nfs.sh脚本实现，具体脚本内容可通过以下方式查看。

同时NFS由services节点提供。

  1 [root@services ~]# less -FiX /root/DO280/labs/deploy-volume/config-nfs.sh
  2 [root@services ~]# /root/DO280/labs/deploy-volume/config-nfs.sh		#创建NFS
  3 Export directory /var/export/dbvol created.
  4 [root@services ~]# showmount -e						#确认验证

2.4 node节点挂载NFS

  1 [root@node1 ~]# mount -t nfs services.lab.example.com:/var/export/dbvol /mnt
  2 [root@node1 ~]# mount | grep /mnt
  3 [root@node1 ~]# ll -a /mnt/		#检查相关权限

  1 [root@node1 ~]# umount /mnt/		#卸载

提示：建议node2也做以上挂载测试，测试完成后建议下载，NFS共享在OpenShift需要的时候会自动挂载。

2.5 创建持久卷

  1 [student@workstation ~]$ oc login -u admin -p redhat https://master.lab.example.com
  2 [student@workstation ~]$ less -FiX /home/student/DO280/labs/deploy-volume/mysqldb-volume.yml
  3 apiVersion: v1
  4 kind: PersistentVolume
  5 metadata:
  6   name: mysqldb-volume
  7 spec:
  8   capacity:
  9     storage: 3Gi
 10   accessModes:
 11   - ReadWriteMany
 12   nfs:
 13     path: /var/export/dbvol
 14     server: services.lab.example.com
 15   persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
 16 [student@workstation ~]$ oc create -f /home/student/DO280/labs/deploy-volume/mysqldb-volume.yml
 17 [student@workstation ~]$ oc get pv		#查看PV
 18 NAME    CAPACITYACCESS    MODES    RECLAIM    POLICY STATUS    CLAIM    STORAGECLASS    REASON    AGE
 19 mysqldb-volume    3Gi     RWX      Recycle    Available                                           1m

2.6 创建项目

  1 [student@workstation ~]$ oc login -u developer -p redhat https://master.lab.example.com
  2 [student@workstation ~]$ oc new-project persistent-storage

2.7 部署应用

  1 [student@workstation ~]$ oc new-app --name=mysqldb \
  2 --docker-image=registry.lab.example.com/rhscl/mysql-57-rhel7 \
  3 -e MYSQL_USER=ose \
  4 -e MYSQL_PASSWORD=openshift \
  5 -e MYSQL_DATABASE=quotes
  6 [student@workstation ~]$ oc status		#确认验证
  7 In project persistent-storage on server https://master.lab.example.com:443
  8
  9
 10 svc/mysqldb - 172.30.39.72:3306
 11   dc/mysqldb deploys istag/mysqldb:latest
 12     deployment #1 deployed 58 seconds ago - 1 pod

2.8 配置持久卷

  1 [student@workstation ~]$ oc describe pod mysqldb | grep -A2 'Volumes'	#查看当前pod的Volume
  2 Volumes:
  3   mysqldb-volume-1:
  4     Type:    EmptyDir (a temporary directory that shares a pod's lifetime)
  5 [student@workstation ~]$ oc set volumes dc mysqldb \
  6 --add --overwrite --name=mysqldb-volume-1 -t pvc \
  7 --claim-name=mysqldb-pvclaim \
  8 --claim-size=3Gi \
  9 --claim-mode='ReadWriteMany'		#修改dc并创建PVC
 10 [student@workstation ~]$ oc describe pod mysqldb | grep -E -A 2 'Volumes|ClaimName'	#查看验证

  1 [student@workstation ~]$ oc get pvc		#查看PVC
  2 NAME              STATUS    VOLUME           CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
  3 mysqldb-pvclaim   Bound     mysqldb-volume   3Gi        RWX                           2m

2.9 端口转发

  1 [student@workstation ~]$ oc get pod
  2 NAME              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
  3 mysqldb-2-r7wz8   1/1       Running   0          4m
  4 [student@workstation ~]$ oc port-forward mysqldb-2-r7wz8 3306:3306

2.10 测试数据库

  1 [student@workstation ~]$ mysql -h127.0.0.1 -uose -popenshift \
  2 quotes < /home/student/DO280/labs/deploy-volume/quote.sql	#填充数据测试
  3 [student@workstation ~]$ mysql -h127.0.0.1 -uose -popenshift \
  4 quotes -e "select count(*) from quote;"				#确认填充完成
  5 [student@workstation ~]$ ssh root@services ls -la /var/export/dbvol	#查看NFS服务端数据
  6 ……
  7 drwxr-x---. 2 nfsnobody nfsnobody       54 Jul 21 23:43 quotes
  8 ……
  9 [student@workstation ~]$ ssh root@services ls -la /var/export/dbvol/quotes
 10 total 116
 11 drwxr-x---. 2 nfsnobody nfsnobody    54 Jul 21 23:43 .
 12 drwx------. 6 nfsnobody nfsnobody  4096 Jul 21 23:39 ..
 13 -rw-r-----. 1 nfsnobody nfsnobody    65 Jul 21 23:39 db.opt
 14 -rw-r-----. 1 nfsnobody nfsnobody  8584 Jul 21 23:43 quote.frm
 15 -rw-r-----. 1 nfsnobody nfsnobody 98304 Jul 21 23:44 quote.ibd

2.11 删除PV

  1 [student@workstation ~]$ oc delete project persistent-storage	#删除项目
  2 project "persistent-storage" deleted
  3 [student@workstation ~]$ oc delete pv mysqldb-volume		#删除PV
  4 persistentvolume "mysqldb-volume" deleted

2.12 验证持久性

删除PV后验证数据是否会长期保留。

  1 [student@workstation ~]$ ssh root@services ls -la /var/export/dbvol
  2 ……
  3 drwxr-x---. 2 nfsnobody nfsnobody       54 Jul 21 23:43 quotes
  4 ……
  5 [student@workstation ~]$ ssh root@services rm -rf /var/export/dbvol/*	#使用rm才可以彻底删除

三 私有仓库持久存储

3.1 创建私有仓库持久卷

OCP内部仓库是source-to-image(S2I)流程的一个重要组件，该流程用于从应用程序源代码创建pod。S2I流程的最终输出是一个容器image，它被推送到OCP内部仓库，然后可以用于部署。

在生产环境中，通常建议为内部仓库提供一个持久性存储。否则，在重新创建registry pod之后，S2I创建的pod可能无法启动。例如，在master节点重新启动之后。

OpenShift安装程序配置并启动一个默认的持久仓库，该仓库使用NFS共享，由Inventory文件中的openshift_hosted_registry_storage_*变量定义。在生产环境中，Red Hat建议由外部专用的存储提供持久性存储，该服务器配置为弹性和高可用性。

高级安装程序将NFS服务器配置为使用外部NFS服务器上的持久存储，在[NFS]字段中定义的一个NFS服务器的列表。该服务器与openshift_hosted_registry_storage*变量一起使用，以配置NFS服务器。

示例配置：

  1 [OSEv3:vars]
  2 openshift_hosted_registry_storage_kind=nfs		#定义OCP存储后端
  3 openshift_hosted_registry_storage_access_modes=['ReadWriteMany']	#定义访问模式，默认为ReadWriteMany，表示允许多个节点以读写形式挂载
  4 openshift_hosted_registry_storage_nfs_directory=/exports		#定义NFS服务器上的NFS存储目录
  5 openshift_hosted_registry_storage_nfs_options='*(rw,root_squash)'	#定义存储卷的NFS选项。这些选项被添加到/etc/ exports.d/openshift-ansible.exports中。rw选项允许对NFS卷进行读写访问，root_squash选项阻止远程连接的根用户拥有root特权，并为nfsnobody分配用户ID
  6 openshift_hosted_registry_storage_volume_name=registry		#定义要用于持久仓库的NFS目录的名称
  7 openshift_hosted_registry_storage_volume_size=40Gi			#定义持久卷大小
  8 ... output omitted ...
  9 [nfs]
 10 services.lab.example.com

在为持久仓库安装和配置存储之后，OpenShift在OpenShift项目中创建一个名为register-volume的持久卷。持久性卷的容量为40gb，并且根据定义设置了Retain策略。同时默认项目中的pvc调用pv。

  1 [student@workstation ~]$ oc describe pv registry-volume
  2 Name:            registry-volume	#定义持久卷名
  3 Labels:          <none>
  4 Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller=yes
  5 StorageClass:
  6 Status:          Bound
  7 Claim:           default/registry-claim	#定义使用持久卷的声明
  8 Reclaim Policy:  Retain			#默认持久卷策略，具有Retain策略的卷在从其声明中释放后不会被擦除
  9 Access Modes:    RWX			#定义持久卷的访问模式，由Ansible inventory文件的openshift_hosted_registry_storage_access_modes=['ReadWriteMany']变量定义
 10 Capacity:        40Gi			#定义持久卷的大小，由Ansible inventory文件的openshift_hosted_registry_storage_volume_size变量定义
 11 Message:
 12 Source:					#定义存储后端的位置和NFS共享
 13     Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
 14     Server:    services.lab.example.com
 15     Path:      /exports/registry
 16     ReadOnly:  false
 17 Events:        <none>

运行以下命令，确认OpenShift内部仓库已配置registry-volume作为默认的PersistentVolumeClaim。

  1 [user@demo ~] oc describe dc/docker-registry | grep -A4 Volumes
  2   Volumes:
  3    registry-storage:
  4     Type:       PersistentVolumeClaim (a reference to a PersistentVolumeClaim in the same namespace)
  5     ClaimName:  registry-claim
  6     ReadOnly:   false

OCP内部仓库将image和metadata存储为普通文件和文件夹，这意味着可以检查PV源存储，查看仓库是否向其写入了文件。

在生产环境中，这是通过访问外部NFS服务器来完成的。但是，在本环境中，NFS共享是在services的VM上配置的，因此ssh至services查看，以便于验证OCP内部仓库成功将image存储到持久存储中。

示例：一个名为hello的应用程序在default命名空间中运行，下面的命令验证图像是否存储在持久存储中。

  1 [user@demo ~] ssh root@master ls -l \
  2 /var/export/registryvol/docker/registry/v2/repositories/default/

四 PV综合实验

4.1 前置准备

准备完整的OpenShift集群，参考《003.OpenShift网络》2.1。

4.2 本练习准备

[student@workstation ~]$ lab storage-review setup

4.3 配置NFS

本实验不详解NFS的配置和创建，直接使用/root/DO280/labs/deploy-volume/config-nfs.sh脚本实现，具体脚本内容可通过以下方式查看。

同时NFS由services节点提供。

  1 [root@services ~]# less -FiX /root/DO280/labs/storage-review/config-review-nfs.sh
  2 [root@services ~]# /root/DO280/labs/storage-review/config-review-nfs.sh		#创建NFS
  3 [root@services ~]# showmount -e							#确认验证

4.4 创建持久卷

  1 [student@workstation ~]$ oc login -u admin -p redhat https://master.lab.example.com
  2 [student@workstation ~]$ less -FiX /home/student/DO280/labs/storage-review/review-volume-pv.yaml
  3 apiVersion: v1
  4 kind: PersistentVolume
  5 metadata:
  6   name: review-pv
  7 spec:
  8   capacity:
  9     storage: 3Gi
 10   accessModes:
 11   - ReadWriteMany
 12   nfs:
 13     path: /var/export/review-dbvol
 14     server: services.lab.example.com
 15   persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
 16 [student@workstation ~]$ oc create -f /home/student/DO280/labs/storage-review/review-volume-pv.yaml
 17 [student@workstation ~]$ oc get pv		#查看PV
 18 NAME    CAPACITYACCESS    MODES    RECLAIM    POLICY STATUS    CLAIM    STORAGECLASS    REASON    AGE
 19 review-pv    3Gi     RWX      Recycle    Available                                           13s

4.5 部署模板

  1 [student@workstation ~]$ less -FiX /home/student/DO280/labs/storage-review/instructor-template.yaml
  2 [student@workstation ~]$ oc create -n openshift -f /home/student/DO280/labs/storage-review/instructor-template.yaml
  3 #使用模板创建应用至openshift namespace中

4.6 创建项目

  1 [student@workstation ~]$ oc login -u developer -p redhat https://master.lab.example.com
  2 [student@workstation ~]$ oc new-project instructor

4.7 web部署应用

浏览器访问： https://master.lab.example.com

选择Catalog

选择PHP，并使用instructor-template。

设置Application Hostname，然后直接下一步，模板会创建一个数据库服务器。

单击Continue to project overview以监视应用程序的构建过程。从提供的服务框架中，单击讲师。单击部署配置#1条目旁边的下拉箭头，打开部署面板。当构建完成时，build部分的Complete旁边应该出现一个绿色的复选标记。

4.9 端口转发

  1 [student@workstation ~]$ oc login -u developer -p redhat https://master.lab.example.com
  2 [student@workstation ~]$ oc get pod
  3 NAME                 READY     STATUS      RESTARTS   AGE
  4 instructor-1-9fmct   1/1       Running     0          43s
  5 instructor-1-build   0/1       Completed   0          2m
  6 mysql-1-f7rrq        1/1       Running     0          2m
  7 [student@workstation ~]$ oc port-forward mysql-1-f7rrq 3306:3306

4.10 填充数据库

  1 [student@workstation ~]$ mysql -h127.0.0.1 -u instructor -ppassword \
  2 instructor < /home/student/DO280/labs/storage-review/instructor.sql
  3 [student@workstation ~]$ mysql -h127.0.0.1 -u instructor -ppassword instructor -e "select * from instructors;"	#查看
  4 

4.11 测试访问

workstations的浏览器访问：http://instructor.apps.lab.example.com

4.11 测试添加数据

4.13 确认验证

  1 [student@workstation ~]$ lab storage-review grade		#环境脚本判断实验

4.14 清理删除

  1 [student@workstation ~]$ oc login -uadmin -predhat
  2 [student@workstation ~]$ oc delete project instructor
  3 [student@workstation ~]$ oc delete pv review-pv
  4 [student@workstation ~]$ ssh root@services
  5 [root@services ~]# rm -rf /var/export/review-dbvol
  6 [root@services ~]# rm -f /etc/exports.d/review-dbvol.exports