PersistentVolume, Claim และ StorageClass

ไอเดียในหนึ่งประโยค

PersistentVolumeClaim คือ request ขอ storage ที่ Pod เอาไป mount ใช้ และจะ bind กับ PersistentVolume ที่เป็น storage ระดับ cluster ที่อยู่รอดข้าม Pod และตาม Pod ไปได้ข้าม node

ช่องว่างที่ emptyDir กับ hostPath ปิดไม่ได้

emptyDir ตายไปพร้อม Pod ส่วน hostPath ผูกข้อมูลไว้กับ node เฉพาะตัว ทั้งสองแบบอยู่ไม่รอดถ้า Pod ถูก scheduler ย้ายไปรันบน hardware คนละตัว ซึ่ง scheduler มีสิทธิ์ทำแบบนั้นได้ตลอดเวลา workload แบบ stateful จริง ๆ (database, message queue หรืออะไรก็ตามที่ข้อมูลสำคัญ) ต้องการ storage ที่อยู่แยกอิสระจาก Pod หรือ node ตัวใดตัวหนึ่ง และให้ Pod ที่ถูกย้ายไปที่ใหม่ต่อกลับเข้าไปใช้ได้อีก

PersistentVolume กับ PersistentVolumeClaim

PersistentVolume (PV) คือ storage resource ระดับ cluster แนวคิดคล้าย Node ที่แทน compute capacity แต่ PV แทน storage capacity แทน admin ของ cluster provision PV แบบ static ล่วงหน้าได้ หรือจะให้ถูกสร้างแบบ dynamic ก็ได้ (อธิบายด้านล่าง)

PersistentVolumeClaim (PVC) คือ request ที่ user หรือ application ยื่นขอ “ขอ storage ขนาดเท่านี้ ด้วย access mode แบบนี้” Kubernetes จะ bind PVC เข้ากับ PV ที่ตรงกับ request นั้น ที่สำคัญคือ Pod reference แค่ PVC ไม่เคย reference PV ตรง ๆ Pod ไม่ต้องรู้หรือสนใจว่าไป bind กับ PV ตัวไหนจริง ๆ

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-manual-10gi
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: manual
  hostPath:
    path: /mnt/data

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: data-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: manual

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: db
spec:
  containers:
    - name: postgres
      image: postgres:16
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: data-claim

Access mode

PV ประกาศว่ารองรับ access mode ไหนบ้าง ส่วน PVC ก็ขอ mode ที่ต้องการ

ReadWriteOnce (RWO) — mount แบบ read-write ได้ แต่แค่ Pod บน node เดียวในเวลาเดียวกันเท่านั้น
ReadOnlyMany (ROX) — mount แบบ read-only ได้จากหลาย node พร้อมกัน
ReadWriteMany (RWX) — mount แบบ read-write ได้จากหลาย node พร้อมกัน (มีแค่บาง storage backend ที่รองรับ)
ReadWriteOncePod (RWOP) — mode ใหม่กว่าและเข้มกว่า volume ถูกจำกัดให้ใช้ได้แค่ Pod เดียว ทั้ง cluster ไม่ใช่แค่จำกัดที่ node เดียว ส่วน ReadWriteOnce ธรรมดายังเปิดให้หลาย Pod share volume กันได้ถ้าอยู่ node เดียวกัน ReadWriteOncePod มาปิดช่องว่างนี้เวลาต้องการ single-writer guarantee จริง ๆ

Dynamic provisioning ด้วย StorageClass

การ provision PV มือทีละตัวไม่ scale StorageClass อธิบาย storage class หนึ่งประเภท พร้อม provisioner ที่สร้าง storage นั้นได้ตามต้องการ พอ PVC reference StorageClass แทนที่จะ reference PV ที่มีอยู่แล้ว driver แบบ CSI (Container Storage Interface) จะ provision PV ที่ตรงกันให้อัตโนมัติ admin ไม่ต้องมานั่งสร้างล่วงหน้าเลย

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-ssd
provisioner: ebs.csi.aws.com
parameters:
  type: gp3
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: dynamic-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: fast-ssd
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi

# Watch a PVC bind to a dynamically provisioned PV
kubectl get pvc dynamic-claim -w

Reclaim policy ตัดสินชะตากรรมหลัง PVC หายไป

reclaim policy กำหนดว่า storage เบื้องหลังจะเป็นยังไงหลัง PVC ของตัวเองถูกลบ

Delete — PV และ storage เบื้องหลัง (disk จริง) ถูกลบไปพร้อม PVC เป็นค่า default ของ StorageClass แบบ dynamic provisioning ส่วนใหญ่
Retain — PV และข้อมูลยังอยู่ต่อหลัง PVC ถูกลบ admin เลยกู้คืนหรือเคลียร์ข้อมูลเองได้ก่อนที่ storage เบื้องหลังจะถูกปล่อยจริง ๆ

flowchart LR
  pod["Pod"] -->|mounts| pvc["PVC: dynamic-claim"]
  pvc -->|references| sc["StorageClass: fast-ssd"]
  sc -->|CSI driver provisions| pv["New PersistentVolume"]
  pv --> disk[("Underlying disk, e.g. an EBS volume")]

Dynamic provisioning: PVC สั่งให้ StorageClass กับ CSI driver สร้าง PV ใหม่

☸️ สรุปหนึ่งบรรทัด

PersistentVolume คือ storage ระดับ cluster PersistentVolumeClaim คือ request ขอ storage ที่ bind กับ PV และ Pod reference แค่ PVC เท่านั้น access mode (ReadWriteOnce, ReadOnlyMany, ReadWriteMany และแบบเข้มกว่าอย่าง ReadWriteOncePod) บอกว่ากี่ node หรือกี่ Pod mount volume พร้อมกันได้ StorageClass ทำให้การสร้าง PV ใหม่เป็นอัตโนมัติผ่าน CSI driver แทนที่ admin จะต้อง provision มือเอง reclaim policy ตัดสินว่าลบ PVC แล้ว storage เบื้องหลังจะถูกลบไปด้วย (Delete) หรือถูกเก็บไว้ให้จัดการมือ (Retain)