Persistent Volume & Persistent Volume Claim

Pod 컨테이너의 볼륨을 직접 정의할 수도 있다. 그러나 클러스터로 관리되는 K8s에선 이 방식을 권장하지 않는다. 대신, 컨테이너 볼륨 개념을 추상화하여 클러스터 리소스인 Persistent Volume을 통해 Pod 컨테이너가 쓸 수 있는 볼륨을 관리한다.

컨테이너 볼륨은 노드 디스크를 사용한다

컨테이너 볼륨 중 emptyDir 유형과 hostPath 유형은 Pod이 실행되는 노드의 디스크를 사용한다. 그러나 K8s는 여러 노드가 모인 클러스터로 관리되기 때문에 Pod 역시 하나의 노드에 묶인 존재가 아니라 유동적이다. 그러나 데이터가 노드의 디스크에 존재한다면, 노드 장애 등의 상황에서 데이터가 유실 될 수 있다.

Persistent Volume이란

컨테이너 볼륨은 Pod과 동일한 생명 주기를 갖는다. 그러나 Persistent PV, 이하 PV는 Pod과 별개의 생명 주기를 갖는다. 따라서, Pod이 종료되어도 PV 리소스는 남아있다.

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: FileSystem
  accessMode:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
  storageClassName: manual
  ...

PV 세부 옵션

volumeMode

FileSystem 값은 볼륨을 파일 시스템으로 사용한다. 다른 옵션으로 Block이 있는데, 지금은 알 필요가 없는 듯 하다. volumeMode 옵션이 지정되지 않으면 FileSystem이 기본값이다.

accessMode

스토리지 볼륨에 접근하는 방법이다.

• ReadWriteOnce
  • 하나의 노드에서만 해당 볼륨이 RW로 마운트 됨.
  • 단, 동일 노드에서 여러 pod이 구동되는 경우는 복수의 Pod이 해당 노드의 볼륨에 접근 가능
• ReadOnlyMany
  • 볼륨이 다수의 노드에서 읽기 전용으로 마운트.
• ReadWriteMany
  • 볼륨이 다수의 노드에서 RW로 마운트.
• ReadWriteOncePod
  • ReadWriteOnce에서 좀더 강화된 옵션. 전체 클러스터에서 오직 단 하나의 Pod만 해당 볼륨에 접근할 수 있다.

스토리지 리소스 Provider에 따라 가능한 옵션이 다르니 주의할 것. 예를 들어 AWS EBS 볼륨은 ReadWriteOnce만 가능하다.

persistentVolumeReclaimPolicy

볼륨 사용 이후에 해당 스토리지에 대한 처리 정책이다.

• Retain
  • 볼륨 사용이 끝나도 데이터가 유지되므로 수동 반환 해야 한다.
• Recycle
  • 볼륨 사용이 끝나면, 데이터가 삭제된다.
  • 더이상 사용되지 않는다!!!
• Delete
  • 볼륨 사용이 끝나면, 관련 스토리지 자산이 삭제된다. (AWS EBS 볼륨이 삭제됨)

storageClassName

K8s의 Storage Class 리소스 이름을 적는 곳이다. Storage Class 리소스를 사용할 것이라면, 해당 SC의 이름을 적으면 되고, 그렇지 않다면 manual 값으로 설정한다. 지정하지 않으면 K8s 클러스터의 Default 설정으로 되어 있는 SC를 사용한다.

이후에 Storage Class 리소스를 다룰 때 다시 돌아오자.

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Persistent Volume Claim

PV로 정의된 스토리지 리소스를 Pod이 사용하도록 요청하는 리소스이다. PVC에 Pod이 사용할 스토리지의 조건을 작성하고, PVC의 이름을 Pod의 yaml 파일에 적음으로서 스토리지를 할당한다.

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi

PVC는 스토리지 요구사항일 뿐이다. Pod 입장에서 필요로 하는 스펙을 적어주면 된다.

K8s 컨트롤플레인은 PVC에 적힌 요구사항을 만족하는 PV를 찾아서 바인딩 해준다. 만족하는 PV가 없다면 PVC는 원하는 PV가 생길 때까지 대기하게 된다.

유의할 점은 PV와 PVC가 1:1 관계라는 것이다. 하나의 PVC는 하나의 PV에만 바인딩 되며, 반대로 하나의 PV는 하나의 PVC에만 바인딩 된다.

PVC에 적힌 요구사항을 좀더 자세히 적을 수도 있다. PV를 정의할 때 썼던 옵션들이 많이 등장한 것이 보인다.

...
spec:
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
  accessMode:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: manual

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Pod에 PVC 연결

...
spec:
  volumes:
    - name: pv-storage
      persistentVolumeClaim:
        claimName: my-pvc
  containers:
    ...

Pod는 PVC를 볼륨으로 인식하고 사용한다. 이때, Pod에 할당된 PVC는 Pod과 연결되어 있는 동안 시스템에서 임의로 삭제할 수 없다. 이것을 “Storage Object in Use Protetion”라고 한다. 사용 중인 데이터 스토리지를 삭제하는 것은 치명적인 결과를 초래하기 때문이다.

이때, Pod과 PVC는 Many-to-Many 관계가 가능하다. 하나의 Pod이 여러 PVC를 쓸 수도 있고, 하나의 PVC가 여러 Pod에 연결될 수도 있다.

그러나 PVC를 여러 Pod에 연결하는 경우는 PVC 옵션을 조심해야 한다. [stackoverflow]

• accessMode: ReadWriteOnce
  • 같은 노드에 있는 Pod들만 해당 PVC를 쓸 수 있다.
• accessMode: ReadWriteMany/ReadOnlyMany
  • 여러 노드에 있는 Pod들도 해당 PVC를 쓸 수 있다.

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Persistent Volume Life Cycle

PV와 PVC는 4단계의 생명 주기를 갖는다.

1. Provisioning
2. Binding
3. Using
4. Reclaiming

Provisioning

PV 스토리지 리소스를 확보하는 단계이다. 사용자가 직접 하느냐, PV 프로비저너가 하느냐에 따라 “정적 프로비저닝”과 “동적 프로비저닝”으로 나뉜다.

• 정적 프로비저닝
  • 클러스터 관리자가 미리 PV 스토리지 리소스를 정의하고 확보하는 방식이다.
• 동적 프로비저닝
  • PV 프로비저너가 대신 PV를 프로비저닝 한다.
  • 클러스터 관리자는 PV 프로비저너만 배포하면 된다!
  • PVC의 spec.storageClassName에 Storage Class 리소스의 이름을 적어주면 된다.

Binding

PVC에 PV가 할당 되는 것을 말함.

정적 프로비저닝은 K8s가 가능한 PV 리소스 중에서 PVC를 바인딩 해주고, 동적 프로비저닝은 Storage Class 리소스의 프로비저너가 PV를 동적으로 생성하고 PVC와 바인딩 해준다.

Using

Pod에 PVC로 볼륨을 할당해, PV가 사용되는 시점을 말한다. Pod이 PV를 쓰고 있다면, PV와 PV의 데이터를 삭제할 수 없다.

Reclaiming

PV 볼륨 사용이 종료된 후의 시점이다.

PV 리소스를 정의할 때, 부여한 spec.persistentVolumeReclaimPolicy 속성에 따라 동작한다. Retain과 Delete 두 옵션만 가능하다.

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Persistent Volume 워크 플로우

1. PV를 생성하고, 상태 체크.
2. PVC를 생성하고, 상태 체크.
3. Pod의 볼륨으로 PVC를 연결한다.
4. 볼륨 사용이 끝나면, PV의 정책에 따라 볼륨을 보존하거나 삭제.

Storage Class를 사용한 동적 프로비저닝이라면,

1. Storage Class를 생성한다.
2. PVC를 생성한다.
   1. Storage Class가 PV를 프로비저닝 해준다.
3. Pod의 볼륨으로 PVC를 연결한다.
4. 볼륨 사용이 끝나면, PV의 정책에 따라 볼륨을 보존하거나 삭제.

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References

• [kubernetes] 퍼시스턴트 볼륨
• [kubernetes] 스토리지로 퍼시스턴트볼륨(PersistentVolume)을 사용하도록 파드 설정하기
• [kubernetes] 스토리지 클래스
• [stackoverflow] Can we connect multiple pods to the same PVC?