Kubernetes 卷存儲 NFS | nfs搭建配置 原理介紹 nfs作為存儲卷使用

目錄

    • 1、NFS介紹
    • 2、NFS服務部署
      • 2.1安裝nfs服務 (服務端配置)
      • 2.2啟動NFS服務
      • 2.3 服務檢查
      • 2.4 客戶端配置
    • 3、nfs作為存儲卷使用
      • 3.1 nfs作為volume
      • 3.2 nfs存儲的缺點
      • 3.3 nfs作為PersistentVolum
    • 4、nfs作為動態存儲提供
    • 5、總結

1、NFS介紹

NFS（Network File System）是一種分布式文件系統協議，允許客戶端遠程訪問服務器上的文件，實現數據共享。它整合多個存儲設備為統一文件系統，方便數據存儲和管理，支持負載均衡和故障轉移，確保服務高可用和可擴展。但需注意，NFS依賴網絡環境，網絡狀況影響其性能，且配置管理需技術經驗。
nfs端口：2049
RPC端口：111w

nfs原理
工作原理主要基于客戶端-服務器架構。在NFS環境中，服務器端運行NFS服務，將本地文件系統中的文件共享給網絡上的其他計算機。客戶端通過掛載遠程NFS共享，可以像訪問本地文件系統一樣訪問這些共享文件。
NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的機制進行實現，RPC使得客戶端可以調用服務端的函數。同時，由于有 VFS 的存在，客戶端可以像使用其它普通文件系統一樣使用 NFS 文件系統。經由操作系統的內核，將 NFS 文件系統的調用請求通過 TCP/IP 發送至服務端的 NFS 服務。NFS服務器執行相關的操作，并將操作結果返回給客戶端。
在這里插入圖片描述
1.首先服務器端啟動RPC服務，并開啟111端口

2.服務器端啟動NFS服務，并向RPC注冊端口信息

3.客戶端啟動RPC（portmap服務），向服務端的RPC(portmap)服務請求服務端的NFS端口

4.服務端的RPC(portmap)服務反饋NFS端口信息給客戶端。

5.客戶端通過獲取的NFS端口來建立和服務端的NFS連接并進行數據的傳輸。

NFS服務主要進程包括：

  • rpc.nfsd：最主要的NFS進程，管理客戶端是否可登錄
  • rpc.mountd：掛載和卸載NFS文件系統，包括權限管理
  • rpc.lockd：非必要，管理文件鎖，避免同時寫出錯
  • rpc.statd：非必要，檢查文件一致性，可修復文件

nfs的關鍵工具包括：

  • 主要配置文件：/etc/exports；
  • NFS文件系統維護命令：/usr/bin/exportfs；
  • 共享資源的日志文件： /var/lib/nfs/*tab；
  • 客戶端查詢共享資源命令： /usr/sbin/showmount；
  • 端口配置： /etc/sysconfig/nfs。

2、NFS服務部署

在NFS服務器端的主要配置文件為/etc/exports時，通過此配置文件可以設置共享文件目錄。每條配置記錄由NFS共享目錄、NFS客戶端地址和參數這3部分組成，格式如下：

[NFS共享目錄] [NFS客戶端地址1(參數1,參數2,參數3……)]

NFS共享目錄：服務器上共享出去的文件目錄；
NFS客戶端地址：允許其訪問的NFS服務器的客戶端地址，可以是客戶端IP地址，也可以是一個網段(192.168.64.0/24)；
訪問參數：括號中逗號分隔項，主要是一些權限選項。
訪問權限參數

選項描述
ro客戶端對于共享文件目錄為只讀權限。（默認設置）
rw客戶端對共享文件目錄具有讀寫權限。

Kubernetes的NFS存儲用于將某事先存在的NFS服務器導出export的存儲空間掛載到Pod中來供Pod容器使用。與emptyDir不同的是，NFS存儲在Pod對象終止后僅是被卸載而非刪除。另外，NFS是文件系統及共享服務，它支持同時存在多路掛載請求。定義NFS存儲時，常用到以下字段。

2.1安裝nfs服務 (服務端配置)

#ubuntu部署
sudo apt install nfs-kernel-server#centos部署
yum -y install rpcbind nfs-util#創建要共享的目錄
mkdir /data/redis -p    #/data/redis：NFS服務要共享的目錄#編輯NFS配置并加入以下內容
vim /etc/exports        #NFS的配置文件，默認文件內容為空（無任何共享）
/data/redis 192.168.31.0/24(rw,sync,no_all_squash,no_subtree_check,no_root_squash)
#載入配置
exportfs -rv

在這里插入圖片描述

/data/redis 192.168.31.0/24(rw,sync,no_all_squash,no_subtree_check,no_root_squash)
/data/redis 192.168.31.0/24(rw,no_root_squash) #兩者效果一樣
#設置/redis為共享目錄，允許192.168.31.0/24網段的IP地址主機訪問,也可以寫 * ，表示所有地址都可以訪問NFS服務
#rw：訪問到此目錄的服務器都具備讀寫權限
#sync：數據同步寫入內存和硬盤 默認同步，可不寫入
#no_all_squash：所有用戶對根目錄具備完全管理訪問權限 默認禁用all_squash，可不寫入
#no_subtree_check：不檢查父目錄的權限 默認禁用subtree_check，可不寫入
#root_squash選項會將這個root用戶映射成一個非特權用戶,此處禁用 no_root_squash

2.2啟動NFS服務

#ubuntu啟動
systemctl start nfs-kernel-server#centos啟動
systemctl start rpcbind //一定要先開啟rpcbind服務
systemctl start nfs //如服務已啟動，更改完配置信息后需要重啟服務

設置開機自啟

systemctl enable rpcbindsystemctl enable nfs-server

2.3 服務檢查

showmount -e localhost
exportfs -v

可以看到redis共享目錄信息
在這里插入圖片描述

2.4 客戶端配置

1.1.檢查并安裝軟件

rpm -q rpcbind nfs-utils
yum install -y rpcbind nfs-utils
systemctl start rpcbind && systemctl start nfs
systemctl enable rpcbind && systemctl enable nfs-server

2.將共享目錄掛載到本地

mount -t nfs 服務端地址:/共享目錄  /mnt
showmount -e  服務端地址

在這里插入圖片描述

2.5 服務測試
在服務端共享目錄創建文件，在客戶端掛載目錄可以看到

cd /data/redis
echo "hello world" >>hello.txt

在這里插入圖片描述

cd /mnt/  && cat hello.txt

在這里插入圖片描述
注：也可以客戶端寫入，服務端查看 （客戶端需要有權限）

3、nfs作為存儲卷使用

3.1 nfs作為volume

nfs可以直接作為存儲卷使用
下面是一個redis部署的YAML配置文件。在此示例中，redis在容器中的持久化數據保存在/data目錄下；存儲卷使用nfs，nfs的服務地址為：192.168.8.150，存儲路徑為：/k8s-nfs/redis/data。容器通過volumeMounts.name的值確定所使用的存儲卷。

vi redis.yaml

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:name: redis
spec:selector:matchLabels:app: redisrevisionHistoryLimit: 2template:metadata:labels:app: redisspec:containers:# 應用的鏡像- image: redisname: redisimagePullPolicy: IfNotPresent# 應用的內部端口ports:- containerPort: 6379name: redis6379env:- name: ALLOW_EMPTY_PASSWORDvalue: "yes"- name: REDIS_PASSWORDvalue: "redis"   # 持久化掛接位置，在docker中 volumeMounts:- name: redis-persistent-storagemountPath: /datavolumes:# 宿主機上的目錄- name: redis-persistent-storagenfs:path: /data/redisserver: 192.168.200/30

 kubectl apply -f redis.yaml

3.2 nfs存儲的缺點

基于上述過程可以發現用戶在使用nfs或者其他類似的存儲時，要求較高：

1、需要了解底層存儲用的是什么

2、需要存儲服務器的地址，以及因此帶來的安全問題

3、在存儲服務器創建相應的存儲目錄
在這里插入圖片描述
因此，為了能夠屏蔽底層存儲實現的細節，方便用戶使用， kubernetes引入PV和PVC兩種資源對象。

3.3 nfs作為PersistentVolum

在Kubernetes當前版本的中，可以創建類型為nfs的持久化存儲卷，用于為PersistentVolumClaim提供存儲卷。在下面的PersistenVolume YAML配置文件中，定義了一個名為nfs-pv的持久化存儲卷，此存儲卷提供了5G的存儲空間，只能由一個PersistentVolumClaim進行可讀可寫操作。此持久化存儲卷使用的nfs服務器地址為192.168.5.150，存儲的路徑為/tmp。

vi nfs-pv.yaml

apiVersion: v1 
kind: PersistentVolume 
metadata: name: nfs-pv 
spec: capacity: storage: 5Gi volumeMode: Filesystem accessModes: - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle storageClassName: slow mountOptions: - hard - nfsvers=4.1# 此持久化存儲卷使用nfs插件 nfs:# nfs共享目錄為/data/redis path: /data/redis# nfs服務器的地址server: 192.168.200.30

通過執行如下的命令可以創建上述持久化存儲卷：

kubectl create -f nfs-pv.yaml

存儲卷創建成功后將處于可用狀態，等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim會通過訪問模式和存儲空間自動選擇合適存儲卷，并與其進行綁定。

4、nfs作為動態存儲提供

部署nfs-provisioner 實現PV 動態供給（StorageClass）直通車

5、總結

1.NFS服務多用于局域網內
2.共享目錄權限要適應實際生產環境
3.搭建服務時一定要先啟動rpc后啟動nfs
4.配置文件中的信息格式一定要對，否則報錯

參考資料
1.《Persistent Volumes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
2.《Storage Classes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/storage-classes/
3.《Dynamic Volume Provisioning》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/dynamic-provisioning/
4.《Volums》地址：
https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/
5.《nfs》地址：
https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs

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