Kubernetes 的動態儲存資源組態機制簡化了儲存管理的複雜性，讓開發者無需手動組態 PV 即可動態取得儲存資源。PVC 成為請求和使用儲存資源的核心物件，透過 StorageClass 的定義，Kubernetes 能夠自動化地建立和繫結 PV，滿足應用程式對持久化儲存的需求。這篇文章將會逐步示範如何在 minikube 環境中使用動態儲存組態，並解釋 StorageClass、PVC 和 PV 之間的互動關係。同時，也會探討一些進階儲存主題，例如短暫卷的使用、CSI 卷克隆的應用，以及如何擴充套件 PVC 的容量，讓讀者更全面地理解 Kubernetes 的儲存管理機制。
動態儲存資源組態與 PersistentVolumeClaim 的角色
在 Kubernetes 中，動態儲存資源組態（Dynamic Storage Provisioning）是一種強大的功能，能夠根據需求自動建立儲存資源，而無需手動組態 PersistentVolume（PV）。在這個過程中，PersistentVolumeClaim（PVC）物件扮演著至關重要的角色。
理解 StorageClass 和其作用
StorageClass 是 Kubernetes 中的一個資源物件，它定義了儲存資源的型別和組態。當建立 PVC 時，可以指定要使用的 StorageClass。StorageClass 物件包含了一個 provisioner，它負責與底層儲存技術進行互動，例如 Amazon EBS 或 Google Persistent Disk。
在我們的實驗環境中，我們使用的是 minikube 叢集，預設的 StorageClass 名為 standard，它使用 k8s.io/minikube-hostpath 作為 provisioner。這個 provisioner 負責在主機檔案系統上自動建立 hostPath 型別的 PV。
# gce-pd-sc.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: slow
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:
type: pd-standard
內容解密：
apiVersion和kind定義了資源的型別和版本。metadata包含了資源的中繼資料，例如名稱。provisioner指定了要使用的儲存技術，例如 Google Persistent Disk。parameters定義了儲存資源的組態，例如型別。
PersistentVolumeClaim 的新角色
當使用動態儲存資源組態時，PVC 物件將扮演新的角色。由於 PV 是由 StorageClass 自動建立的，因此 PVC 成為唯一需要管理的物件。
讓我們透過建立一個 NGINX Pod 來示範這個過程，該 Pod 將掛載一個動態建立的 hostPath 型別 PV。
首先，建立一個新的 namespace：
$ kubectl create ns dynamicstorage
namespace/dynamicstorage created
然後，檢查叢集中是否有可用的 StorageClass：
$ kubectl get sc
NAME PROVISIONER RECLAIMPOLICY VOLUMEBINDINGMODE ALLOWVOLUMEEXPANSION AGE
standard (default) k8s.io/minikube-hostpath Delete Immediate false 21d
內容解密：
kubectl get sc命令用於取得叢集中的 StorageClass 資源。NAME列出了 StorageClass 的名稱。PROVISIONER指定了要使用的儲存技術。
接下來，建立一個 PVC 物件，它將動態建立一個 hostPath 型別的 PV：
# pvc-dynamic.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: my-dynamic-hostpath-pvc
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: standard # 非常重要！
resources:
requests:
storage: 1Gi
selector:
matchLabels:
type: hostpath
env: prod
$ kubectl apply -f pvc-dynamic.yaml -n dynamicstorage
persistentvolumeclaim/my-dynamic-hostpath-pvc created
檢查 PV 和 PVC 的狀態：
$ kubectl get pod,pvc,pv -n dynamicstorage
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS VOLUMEATTRIBUTESCLASS AGE
persistentvolumeclaim/my-dynamic-hostpath-pvc Bound pvc-4597ab27-c894-40de-a7ac-1b6ca961bcdc 1Gi RWO standard <unset> 7s
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS VOLUMEATTRIBUTESCLASS REASON AGE
內容解密：
kubectl get pod,pvc,pv命令用於取得 Pod、PVC 和 PV 的狀態。STATUS列出了資源的狀態，例如 Bound 或 Pending。VOLUME列出了 PV 的名稱。
動態儲存與進階儲存主題
在 Kubernetes 中，動態儲存供應（Dynamic Provisioning）提供了一種自動化的方式來建立和管理持久化儲存（Persistent Storage）。透過 StorageClass，我們可以根據需求動態地建立 PersistentVolume（PV）並將其與 PersistentVolumeClaim（PVC）繫結。
動態儲存供應實務
首先，我們需要建立一個 StorageClass 物件，定義如何動態供應 PV。然後，透過建立 PVC 來請求儲存資源，Kubernetes 便會根據 StorageClass 的定義自動建立相應的 PV 並與 PVC 繫結。
以下是一個 Pod 使用動態建立的 PVC 的 YAML 定義範例：
# pod-with-dynamic-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-dynamic-storage
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
volumeMounts:
- mountPath: "/var/www/html"
name: mypersistentvolume
volumes:
- name: mypersistentvolume
persistentVolumeClaim:
claimName: my-dynamic-hostpath-pvc
內容解密：
apiVersion和kind定義了這個 YAML 檔案所代表的 Kubernetes 物件型別。metadata部分包含了 Pod 的名稱。spec部分定義了 Pod 的規格，包括容器列表和掛載的卷。containers部分列出了 Pod 中的容器，這裡使用了一個 Nginx 容器。volumeMounts定義了容器內部的掛載點，將mypersistentvolume掛載到/var/www/html。volumes部分定義了 Pod 使用的卷，這裡使用了一個 PersistentVolumeClaim 卷，名稱為my-dynamic-hostpath-pvc。
建立 Pod 後，我們可以透過以下命令檢查 Pod、PVC 和 PV 的狀態：
$ kubectl apply -f pod-with-dynamic-pvc.yaml -n dynamicstorage
$ kubectl get pod,pvc,pv -n dynamicstorage
刪除測試與回收策略
預設情況下，StorageClass 的回收策略（Reclaim Policy）被設定為 Delete，這意味著當 PVC 被刪除時，相應的 PV 也會被自動刪除。如果需要保留資料，可以修改回收策略。
測試刪除 Pod 和 PVC 後，PV 的狀態變化：
$ kubectl delete po nginx-dynamic-storage -n dynamicstorage
$ kubectl delete pvc my-dynamic-hostpath-pvc -n dynamicstorage
$ kubectl get pod,pvc,pv -n dynamicstorage
進階儲存主題
短暫卷（Ephemeral Volumes）
短暫卷提供了臨時儲存給 Pod，適合用於需要暫存空間或只讀資料的應用。與 PV 不同，短暫卷會在 Pod 終止時自動刪除。
短暫卷的型別包括：
emptyDir：在節點的本地儲存上建立一個空目錄。ConfigMap、downwardAPI、Secret：將 Kubernetes 物件中的資料注入到 Pod 中。- CSI 短暫卷：由外部 CSI 驅動程式提供。
- 通用短暫卷：由支援 PV 的儲存驅動程式提供。
CSI 卷克隆（CSI Volume Cloning）
CSI 卷克隆允許從現有的 PersistentVolumeClaim 複製出一個新的 PVC。
以下是一個 PVC 克隆的 YAML 定義範例：
# pv-cloning.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: cloned-pvc
namespace: mynamespace
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
storageClassName: custom-storage-class
resources:
requests:
storage: 5Gi
dataSource:
kind: PersistentVolumeClaim
name: original-pvc
內容解密：
dataSource部分指定了克隆的來源 PVC，即original-pvc。storageClassName指定了用於克隆的 StorageClass。- 克隆出來的 PVC 名稱為
cloned-pvc，具有與來源 PVC 相同的儲存容量和存取模式。
CSI 卷克隆的好處包括簡化工作流程、提高效率以及方便對生產資料進行故障排除和測試。更多關於 CSI 卷克隆的資訊，請參考 Kubernetes官方檔案。
第9章：Kubernetes 中的持久儲存管理
Kubernetes 提供了多種持久儲存管理機制，包括 PersistentVolume（PV）、PersistentVolumeClaim（PVC）、StorageClass、VolumeSnapshot 和 Volume Cloning 等。這些機制使得在 Kubernetes 中管理和使用持久儲存變得更加靈活和高效。
PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim
PersistentVolume（PV）是一種資源型別，代表底層儲存資源，如主機路徑、NFS、Amazon EBS 和 Google PD 等。PersistentVolumeClaim（PVC）則是使用者對儲存資源的請求。PVC 可以請求特定大小和存取模式的儲存資源，Kubernetes 會自動將 PVC 繫結到符合要求的 PV。
StorageClass 和動態資源組態
StorageClass 是 Kubernetes 中的另一種資源型別，用於定義儲存資源的型別和組態。動態資源組態允許 Kubernetes 自動建立 PV，以滿足 PVC 的請求。這種機制可以簡化儲存資源的管理，並提高資源利用率。
VolumeSnapshot 和 Volume Cloning
VolumeSnapshot 提供了一種標準化的方式來建立某個時間點的 Volume 資料副本。與 PV 和 PVC 類別似，Kubernetes 使用 VolumeSnapshot、VolumeSnapshotContent 和 VolumeSnapshotClass 資源來管理 Volume 快照。Volume Cloning 則允許建立一個現有 PV 的副本。
CSI Driver 和 Sidecar Container
CSI Driver 是 Kubernetes 中的一種外掛程式，用於管理儲存資源。Sidecar Container（如 csi-snapshotter）則是 CSI Driver 的一部分，用於處理 CreateSnapshot 和 DeleteSnapshot 等操作。
擴充套件 PersistentVolumeClaim
Kubernetes 支援擴充套件 PVC 的大小，但目前僅限於由 CSI Driver 組態的 Volume。要啟用 PVC 擴充套件，需要在 StorageClass 中設定 allowVolumeExpansion 欄位為 true。然後，可以編輯 PVC 物件並指定更大的大小，Kubernetes 將啟動擴充套件程式。
設定範例
# storageclass-expandable.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: expandable-sc
provisioner: vendor-name.example/magicstorage
allowVolumeExpansion: true
內容解密：
apiVersion和kind定義了資源的 API 版本和型別。metadata.name指定了 StorageClass 的名稱。provisioner指定了用於組態儲存資源的 CSI Driver。allowVolumeExpansion啟用 PVC 擴充套件功能。
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