Configuración de Aplicaciones con Almacenamiento Persistente en Kubernetes

El almacenamiento persistente es crucial para las aplicaciones que manejan datos a largo plazo, como bases de datos o sistemas de archivos compartidos. En este artículo, aprenderemos cómo mapear los requisitos de almacenamiento de aplicaciones para utilizar volúmenes persistentes en Kubernetes. Usaremos ejemplos prácticos para entender cómo configurar bases de datos con almacenamiento persistente y sistemas de archivos distribuidos.

Mapeo de los Requisitos de Almacenamiento de Aplicaciones

En Kubernetes, un PersistentVolumeClaim (PVC) es la forma en la que una aplicación solicita almacenamiento persistente. Un PVC especifica características como el tamaño, el modo de acceso y el tipo de almacenamiento, y Kubernetes intentará asignar un PersistentVolume (PV) que cumpla con esas características.

A continuación, veremos cómo mapear los requisitos de almacenamiento de aplicaciones para garantizar un almacenamiento eficiente y confiable en Kubernetes.

Consideraciones para Almacenamiento de Bases de Datos

Las bases de datos suelen requerir almacenamiento persistente con ciertas características específicas:

Persistencia de datos: Los datos deben sobrevivir a los reinicios de los Pods.
Alta disponibilidad: El almacenamiento debe estar disponible incluso si uno de los Pods o nodos falla.
Integridad de los datos: El almacenamiento debe garantizar la consistencia y la protección de los datos.

Ejemplo: Configuración de una base de datos MySQL con PV persistente

Vamos a configurar una base de datos MySQL en Kubernetes que utilizará un volumen persistente para almacenar sus datos.

Declaración del PersistentVolume (PV) y PersistentVolumeClaim (PVC) para MySQL


apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mysql-pv-volume
  labels:
    type: local
spec:
  storageClassName: cka-manual-mapping
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /mnt/data
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc
  labels:
    database: mysql
spec:
  storageClassName: cka-manual-mapping
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

En este ejemplo, el PV y el PVC están configurados para almacenar 10Gi de datos en el directorio /mnt/data del nodo. Utilizamos la política de acceso ReadWriteOnce (RWO), que permite que un solo Pod monte el volumen en un único nodo a la vez.

Declaración del Deployment de MySQL


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: database-mysql
  labels:
    database: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      database: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        database: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:5.6
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              value: "password"
          ports:
            - containerPort: 3306
          volumeMounts:
            - name: mysql-persistent-storage
              mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
        - name: mysql-persistent-storage
          persistentVolumeClaim:
            claimName: mysql-pvc

Este manifiesto crea un Deployment de MySQL que usa el PVC mysql-pvc para almacenar sus datos en /var/lib/mysql, asegurando la persistencia de los datos.

Aplicación del PV, PVC y Deployment

Primero, aplica los recursos definidos:

$ kubectl apply -f mysql-pv.yaml
$ kubectl apply -f mysql-deployment.yaml

Verifica los recursos creados:

$ kubectl get pvc
$ kubectl get pv
$ kubectl get deploy

Con esta configuración, la base de datos MySQL almacena sus datos en un volumen persistente, asegurando la integridad y la persistencia de los datos.

Consideraciones para Almacenamiento Compartido de Archivos

Para aplicaciones que requieren compartir datos entre múltiples Pods, como sistemas distribuidos, el almacenamiento en red es una solución eficaz. En Kubernetes, los volúmenes NFS (Network File System) permiten a los Pods acceder a un mismo volumen de manera concurrente.

Ejemplo: Configuración de un Sistema de Archivos Compartido con NFS

Para este ejemplo, utilizaremos el NFS subdir external provisioner, que permite aprovisionar dinámicamente volúmenes NFS.

Instalación del Proveedor NFS

$ helm install nfs-subdir-external-provisioner nfs-subdir-external-provisioner/nfs-subdir-external-provisioner \
  --set nfs.server=1.2.3.4 \
  --set nfs.path=/exported/path

Este comando instala el proveedor de NFS, especificando el servidor NFS y la ruta exportada.

Verifica la clase de almacenamiento creada:

$ kubectl get sc nfs-client

Declaración del PVC con clase de almacenamiento NFS

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: cka-pvc-nfs-sc
spec:
  storageClassName: nfs-client
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

Este PVC está configurado para acceder al almacenamiento compartido con el modo ReadWriteMany (RWX), lo que permite que múltiples Pods monten el volumen y lean/escriban en él simultáneamente.

Uso del PVC NFS en un Deployment

A continuación, definimos un Deployment que monta el volumen NFS compartido:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: cka-workload-pvc
spec:
  replicas: 2
  template:
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          volumeMounts:
            - name: my-volume
              mountPath: /data
      volumes:
        - name: my-volume
          persistentVolumeClaim:
            claimName: cka-pvc-nfs-sc

Este Deployment crea dos réplicas de NGINX, ambas montando el mismo volumen NFS en /data.

Aplicación del PVC y el Deployment

Aplica el PVC y el Deployment con los siguientes comandos:


$ kubectl apply -f cka-pvc-nfs-sc.yaml
$ kubectl apply -f cka-workload-pvc.yaml

Verifica los recursos creados:

$ kubectl get pvc
$ kubectl get deploy
$ kubectl get pods -o wide

Con esta configuración, ambos Pods pueden compartir archivos a través del volumen NFS, permitiendo que múltiples instancias de una aplicación accedan a los mismos datos.

Conclusión

Kubernetes facilita la configuración de almacenamiento persistente para una amplia variedad de aplicaciones, desde bases de datos hasta sistemas de archivos compartidos. Utilizando PersistentVolumes (PV) y PersistentVolumeClaims (PVC), podemos asignar y gestionar almacenamiento persistente de manera eficiente. Además, al integrar volúmenes compartidos como NFS, podemos garantizar el acceso concurrente de múltiples Pods a datos críticos.

A través de los ejemplos prácticos, este artículo ha demostrado cómo configurar aplicaciones con diferentes necesidades de almacenamiento persistente en Kubernetes, proporcionando soluciones tanto para bases de datos como para sistemas distribuidos.

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