存储类

本文描述了 Kubernetes 中 StorageClass 的概念。 建议先熟悉卷和持久卷的概念。

StorageClass 为管理员提供了描述存储类的方法。 不同的类型可能会映射到不同的服务质量等级或备份策略，或是由集群管理员制定的任意策略。 Kubernetes 本身并不清楚各种类代表的什么。

Kubernetes 存储类的概念类似于一些其他存储系统设计中的"配置文件"。

StorageClass 对象

每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段， 这些字段会在 StorageClass 需要动态制备 PersistentVolume 以满足 PersistentVolumeClaim (PVC) 时使用到。

StorageClass 对象的命名很重要，用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时，管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数。

作为管理员，你可以为没有申请绑定到特定 StorageClass 的 PVC 指定一个默认的存储类： 更多详情请参阅 PersistentVolumeClaim 概念。

storage/storageclass-low-latency.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: low-latency
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "false"
provisioner: csi-driver.example-vendor.example
reclaimPolicy: Retain # 默认值是 Delete
allowVolumeExpansion: true
mountOptions:
  - discard # 这可能会在块存储层启用 UNMAP/TRIM
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
parameters:
  guaranteedReadWriteLatency: "true" # 这是服务提供商特定的

默认 StorageClass

你可以将某个 StorageClass 标记为集群的默认存储类。 关于如何设置默认的 StorageClass， 请参见更改默认 StorageClass。

当一个 PVC 没有指定 storageClassName 时，会使用默认的 StorageClass。

如果你在集群中的多个 StorageClass 上将 storageclass.kubernetes.io/is-default-class 注解设置为 true，然后创建一个未设置 storageClassName 的 PersistentVolumeClaim (PVC)， Kubernetes 将使用最近创建的默认 StorageClass。

你可以在创建新的 PVC 时不指定 storageClassName，即使在集群中没有默认 StorageClass 的情况下也可以这样做。 在这种情况下，新的 PVC 会按照你定义的方式进行创建，并且该 PVC 的 storageClassName 将保持不设置， 直到有可用的默认 StorageClass 为止。

你可以拥有一个没有任何默认 StorageClass 的集群。 如果你没有将任何 StorageClass 标记为默认（例如，云服务提供商还没有为你设置默认值），那么 Kubernetes 将无法为需要 StorageClass 的 PersistentVolumeClaim 应用默认值。

当默认 StorageClass 变得可用时，控制平面会查找所有未设置 storageClassName 的现有 PVC。 对于那些 storageClassName 值为空或没有此键的 PVC，控制平面将更新它们， 将 storageClassName 设置为匹配新的默认 StorageClass。如果你有一个现成的 PVC，其 storageClassName 为 ""， 而你配置了默认的 StorageClass，那么该 PVC 将不会被更新。

（当默认的 StorageClass 存在时）为了继续绑定到 storageClassName 为 "" 的 PV， 你需要将关联 PVC 的 storageClassName 设置为 ""。

存储制备器

每个 StorageClass 都有一个制备器（Provisioner），用来决定使用哪个卷插件制备 PV。 该字段必须指定。

你不限于指定此处列出的 "内置" 制备器（其名称前缀为 "kubernetes.io" 并打包在 Kubernetes 中）。 你还可以运行和指定外部制备器，这些独立的程序遵循由 Kubernetes 定义的规范。 外部供应商的作者完全可以自由决定他们的代码保存于何处、打包方式、运行方式、使用的插件（包括 Flex）等。 代码仓库 kubernetes-sigs/sig-storage-lib-external-provisioner 包含一个用于为外部制备器编写功能实现的类库。你可以访问代码仓库 kubernetes-sigs/sig-storage-lib-external-provisioner 了解外部驱动列表。

例如，NFS 没有内部制备器，但可以使用外部制备器。 也有第三方存储供应商提供自己的外部制备器。

回收策略

由 StorageClass 动态创建的 PersistentVolume 会在类的 reclaimPolicy 字段中指定回收策略，可以是 Delete 或者 Retain。 如果 StorageClass 对象被创建时没有指定 reclaimPolicy，它将默认为 Delete。

通过 StorageClass 手动创建并管理的 PersistentVolume 会使用它们被创建时指定的回收策略。

卷扩展

PersistentVolume 可以配置为可扩展。 这允许你通过编辑相应的 PVC 对象来调整卷大小，申请一个新的、更大的存储容量。

当下层 StorageClass 的 allowVolumeExpansion 字段设置为 true 时，以下类型的卷支持卷扩展。

挂载选项

由 StorageClass 动态创建的 PersistentVolume 将使用类中 mountOptions 字段指定的挂载选项。

如果卷插件不支持挂载选项，却指定了挂载选项，则制备操作会失败。 挂载选项在 StorageClass 和 PV 上都不会做验证。如果其中一个挂载选项无效，那么这个 PV 挂载操作就会失败。

卷绑定模式

volumeBindingMode 字段控制了卷绑定和动态制备应该发生在什么时候。 当未设置时，默认使用 Immediate 模式。

Immediate 模式表示一旦创建了 PersistentVolumeClaim 也就完成了卷绑定和动态制备。 对于由于拓扑限制而非集群所有节点可达的存储后端，PersistentVolume 会在不知道 Pod 调度要求的情况下绑定或者制备。

集群管理员可以通过指定 WaitForFirstConsumer 模式来解决此问题。 该模式将延迟 PersistentVolume 的绑定和制备，直到使用该 PersistentVolumeClaim 的 Pod 被创建。 PersistentVolume 会根据 Pod 调度约束指定的拓扑来选择或制备。 这些包括但不限于资源需求、 节点筛选器、 Pod 亲和性和互斥性、 以及污点和容忍度。

以下插件支持使用动态制备的 WaitForFirstConsumer：

• CSI 卷，前提是特定的 CSI 驱动程序支持此卷

以下插件支持预创建绑定 PersistentVolume 的 WaitForFirstConsumer 模式：

• CSI 卷，前提是特定的 CSI 驱动程序支持此卷
• local

storage/storageclass/pod-volume-binding.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: task-pv-pod
spec:
  nodeSelector:
    kubernetes.io/hostname: kube-01
  volumes:
    - name: task-pv-storage
      persistentVolumeClaim:
        claimName: task-pv-claim
  containers:
    - name: task-pv-container
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80
          name: "http-server"
      volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
          name: task-pv-storage

允许的拓扑结构

当集群操作人员使用了 WaitForFirstConsumer 的卷绑定模式， 在大部分情况下就没有必要将制备限制为特定的拓扑结构。 然而，如果还有需要的话，可以使用 allowedTopologies。

这个例子描述了如何将制备卷的拓扑限制在特定的区域， 在使用时应该根据插件支持情况替换 zone 和 zones 参数。

storage/storageclass/storageclass-topology.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner:  example.com/example
parameters:
  type: pd-standard
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowedTopologies:
- matchLabelExpressions:
  - key: topology.kubernetes.io/zone
    values:
    - us-central-1a
    - us-central-1b

参数

StorageClass 的参数描述了存储类的卷。取决于制备器，可以接受不同的参数。 当参数被省略时，会使用默认值。

一个 StorageClass 最多可以定义 512 个参数。这些参数对象的总长度不能超过 256 KiB，包括参数的键和值。

AWS EBS

Kubernetes 1.31 不包含 awsElasticBlockStore 卷类型。

AWSElasticBlockStore 树内存储驱动程序在 Kubernetes v1.19 版本中被弃用，并在 v1.27 版本中被完全移除。

Kubernetes 项目建议你转为使用 AWS EBS 树外存储驱动程序。

以下是一个针对 AWS EBS CSI 驱动程序的 StorageClass 示例：

storage/storageclass/storageclass-aws-ebs.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: ebs-sc
provisioner: ebs.csi.aws.com
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
parameters:
  csi.storage.k8s.io/fstype: xfs
  type: io1
  iopsPerGB: "50"
  encrypted: "true"
  tagSpecification_1: "key1=value1"
  tagSpecification_2: "key2=value2"
allowedTopologies:
- matchLabelExpressions:
  - key: topology.ebs.csi.aws.com/zone
    values:
    - us-east-2c

# `tagSpecification`: 带有这个前缀的 tag 被应用到动态制备的 EBS 卷

AWS EFS

要配置 AWS EFS 存储，你可以使用树外 AWS_EFS_CSI_DRIVER。

storage/storageclass/storageclass-aws-efs.yaml

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: efs-sc
provisioner: efs.csi.aws.com
parameters:
  provisioningMode: efs-ap
  fileSystemId: fs-92107410
  directoryPerms: "700"

• provisioningMode：由 Amazon EFS 制备的卷类型。目前，仅支持基于访问点的制备（efs-ap）。
• fileSystemId：在此文件系统下创建访问点。
• directoryPerms：由访问点所创建的根目录的目录权限。

有关细节参阅 AWS_EFS_CSI_Driver 动态制备文档。

NFS

要配置 NFS 存储， 你可以使用树内驱动程序或针对 Kubernetes 的 NFS CSI 驱动程序（推荐）。

storage/storageclass/storageclass-nfs.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: example-nfs
provisioner: example.com/external-nfs
parameters:
  server: nfs-server.example.com
  path: /share
  readOnly: "false"

• server：NFS 服务器的主机名或 IP 地址。
• path：NFS 服务器导出的路径。
• readOnly：是否将存储挂载为只读的标志（默认为 false）。

Kubernetes 不包含内部 NFS 驱动。你需要使用外部驱动为 NFS 创建 StorageClass。 这里有些例子：

• NFS Ganesha 服务器和外部驱动
• NFS subdir 外部驱动

vSphere

vSphere 存储类有两种制备器：

• CSI 制备器：csi.vsphere.vmware.com
• vCP 制备器：kubernetes.io/vsphere-volume

树内制备器已经被 弃用。 更多关于 CSI 制备器的详情，请参阅 Kubernetes vSphere CSI 驱动 和 vSphereVolume CSI 迁移。

CSI 制备器

vSphere CSI StorageClass 制备器在 Tanzu Kubernetes 集群下运行。示例请参阅 vSphere CSI 仓库。

vCP 制备器

以下示例使用 VMware Cloud Provider（vCP）StorageClass 制备器。

1. 使用用户指定的磁盘格式创建一个 StorageClass。

   apiVersion: storage.k8s.io/v1
   kind: StorageClass
   metadata:
     name: fast
   provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume
   parameters:
     diskformat: zeroedthick
   

   diskformat：thin、zeroedthick 和 eagerzeroedthick。默认值："thin"。

2. 在用户指定的数据存储上创建磁盘格式的 StorageClass。

   apiVersion: storage.k8s.io/v1
   kind: StorageClass
   metadata:
     name: fast
   provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume
   parameters:
     diskformat: zeroedthick
     datastore: VSANDatastore
   

   datastore：用户也可以在 StorageClass 中指定数据存储。 卷将在 StorageClass 中指定的数据存储上创建，在这种情况下是 VSANDatastore。 该字段是可选的。 如果未指定数据存储，则将在用于初始化 vSphere Cloud Provider 的 vSphere 配置文件中指定的数据存储上创建该卷。

3. Kubernetes 中的存储策略管理

   • 使用现有的 vCenter SPBM 策略

     vSphere 用于存储管理的最重要特性之一是基于策略的管理。 基于存储策略的管理（SPBM）是一个存储策略框架，提供单一的统一控制平面的跨越广泛的数据服务和存储解决方案。 SPBM 使得 vSphere 管理员能够克服先期的存储配置挑战，如容量规划、差异化服务等级和管理容量空间。

     SPBM 策略可以在 StorageClass 中使用 storagePolicyName 参数声明。

   • Kubernetes 内的 Virtual SAN 策略支持

     Vsphere Infrastructure（VI）管理员将能够在动态卷配置期间指定自定义 Virtual SAN 存储功能。你现在可以在动态制备卷期间以存储能力的形式定义存储需求，例如性能和可用性。 存储能力需求会转换为 Virtual SAN 策略，之后当持久卷（虚拟磁盘）被创建时， 会将其推送到 Virtual SAN 层。虚拟磁盘分布在 Virtual SAN 数据存储中以满足要求。

     你可以参考基于存储策略的动态制备卷管理， 进一步了解有关持久卷管理的存储策略的详细信息。

有几个 vSphere 例子供你在 Kubernetes for vSphere 中尝试进行持久卷管理。

Ceph RBD（已弃用）

storage/storageclass/storageclass-ceph-rbd.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/rbd # 这个 provisioner 已被弃用
parameters:
  monitors: 198.19.254.105:6789
  adminId: kube
  adminSecretName: ceph-secret
  adminSecretNamespace: kube-system
  pool: kube
  userId: kube
  userSecretName: ceph-secret-user
  userSecretNamespace: default
  fsType: ext4
  imageFormat: "2"
  imageFeatures: "layering"

• monitors：Ceph monitor，逗号分隔。该参数是必需的。
• adminId：Ceph 客户端 ID，用于在池 ceph 池中创建映像。默认是 "admin"。
• adminSecret：adminId 的 Secret 名称。该参数是必需的。 提供的 secret 必须有值为 "kubernetes.io/rbd" 的 type 参数。
• adminSecretNamespace：adminSecret 的命名空间。默认是 "default"。
• pool：Ceph RBD 池。默认是 "rbd"。
• userId：Ceph 客户端 ID，用于映射 RBD 镜像。默认与 adminId 相同。

• userSecretName：用于映射 RBD 镜像的 userId 的 Ceph Secret 的名字。 它必须与 PVC 存在于相同的 namespace 中。该参数是必需的。 提供的 secret 必须具有值为 "kubernetes.io/rbd" 的 type 参数，例如以这样的方式创建：

  kubectl create secret generic ceph-secret --type="kubernetes.io/rbd" \
    --from-literal=key='QVFEQ1pMdFhPUnQrSmhBQUFYaERWNHJsZ3BsMmNjcDR6RFZST0E9PQ==' \
    --namespace=kube-system
  

• userSecretNamespace：userSecretName 的命名空间。
• fsType：Kubernetes 支持的 fsType。默认："ext4"。
• imageFormat：Ceph RBD 镜像格式，"1" 或者 "2"。默认值是 "1"。
• imageFeatures：这个参数是可选的，只能在你将 imageFormat 设置为 "2" 才使用。 目前支持的功能只是 layering。默认是 ""，没有功能打开。

Azure 磁盘

Kubernetes 1.31 不包含 azureDisk 卷类型。

azureDisk 树内存储驱动程序在 Kubernetes v1.19 版本中被弃用，并在 v1.27 版本中被完全移除。

Kubernetes 项目建议你转为使用 Azure Disk 第三方存储驱动程序。

Azure 文件（已弃用）

storage/storageclass/storageclass-azure-file.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: azurefile
provisioner: kubernetes.io/azure-file
parameters:
  skuName: Standard_LRS
  location: eastus
  storageAccount: azure_storage_account_name # 示例值

• skuName：Azure 存储帐户 SKU 层。默认为空。
• location：Azure 存储帐户位置。默认为空。
• storageAccount：Azure 存储帐户名称。默认为空。 如果不提供存储帐户，会搜索所有与资源相关的存储帐户，以找到一个匹配 skuName 和 location 的账号。 如果提供存储帐户，它必须存在于与集群相同的资源组中，skuName 和 location 会被忽略。
• secretNamespace：包含 Azure 存储帐户名称和密钥的密钥的名字空间。 默认值与 Pod 相同。
• secretName：包含 Azure 存储帐户名称和密钥的密钥的名称。 默认值为 azure-storage-account-<accountName>-secret
• readOnly：指示是否将存储安装为只读的标志。默认为 false，表示"读/写"挂载。 该设置也会影响 VolumeMounts 中的 ReadOnly 设置。

在存储制备期间，为挂载凭证创建一个名为 secretName 的 Secret。如果集群同时启用了 RBAC 和控制器角色， 为 system:controller:persistent-volume-binder 的 clusterrole 添加 Secret 资源的 create 权限。

在多租户上下文中，强烈建议显式设置 secretNamespace 的值，否则其他用户可能会读取存储帐户凭据。

Portworx 卷（已弃用）

storage/storageclass/storageclass-portworx-volume.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: portworx-io-priority-high
provisioner: kubernetes.io/portworx-volume # 这个 provisioner 已被弃用
parameters:
  repl: "1"
  snap_interval: "70"
  priority_io: "high"

• fs：选择的文件系统：none/xfs/ext4（默认：ext4）。
• block_size：以 Kbytes 为单位的块大小（默认值：32）。
• repl：同步副本数量，以复制因子 1..3（默认值：1）的形式提供。 这里需要填写字符串，即，"1" 而不是 1。
• io_priority：决定是否从更高性能或者较低优先级存储创建卷 high/medium/low（默认值：low）。
• snap_interval：触发快照的时钟/时间间隔（分钟）。 快照是基于与先前快照的增量变化，0 是禁用快照（默认：0）。 这里需要填写字符串，即，是 "70" 而不是 70。
• aggregation_level：指定卷分配到的块数量，0 表示一个非聚合卷（默认：0）。 这里需要填写字符串，即，是 "0" 而不是 0。
• ephemeral：指定卷在卸载后进行清理还是持久化。 emptyDir 的使用场景可以将这个值设置为 true， persistent volumes 的使用场景可以将这个值设置为 false （例如 Cassandra 这样的数据库） true/false（默认为 false）。这里需要填写字符串，即， 是 "true" 而不是 true。

本地

storage/storageclass/storageclass-local.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner # 表示这个 StorageClass 不支持自动制备
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

在 Kubernetes 1.31 中，本地卷还不支持动态制备； 然而还是需要创建 StorageClass 以延迟卷绑定，直到 Pod 被实际调度到合适的节点。 这是由 WaitForFirstConsumer 卷绑定模式指定的。

延迟卷绑定使得调度器在为 PersistentVolumeClaim 选择一个合适的 PersistentVolume 时能考虑到所有 Pod 的调度限制。