O que são PersistentVolumes (PV) e PersistentVolumeClaims (PVC)?

No Kubernetes, o armazenamento persistente é gerenciado principalmente por dois recursos essenciais:

• PersistentVolume (PV): Trata-se de um recurso de armazenamento dentro do cluster, que pode ser provisionado manualmente pelo administrador ou dinamicamente pelo próprio Kubernetes. O PV abstrai os detalhes da infraestrutura física — como NFS, iSCSI ou discos em nuvem — oferecendo um volume reutilizável de armazenamento.
• PersistentVolumeClaim (PVC): É uma solicitação feita por um usuário ou aplicação (normalmente por um Pod) para obter armazenamento com requisitos específicos, como capacidade e modos de acesso. O Kubernetes então vincula essa requisição a um PV que atenda esses critérios.

Como funcionam PVs e PVCs?

1. Provisionamento

• Estático: O administrador cria volumes (PVs) previamente, definindo suas características manualmente.
• Dinâmico: O Kubernetes cria PVs automaticamente à medida que os PVCs são criados, utilizando StorageClasses que definem o tipo e parâmetros do volume a ser provisionado.

Nota: StorageClass é um recurso do Kubernetes que permite definir diferentes classes de armazenamento, possibilitando a seleção automática do tipo de volume adequado para o PVC.

2. Associação entre PVC e PV

• Ao criar um PVC, o Kubernetes busca um PV disponível que satisfaça os requisitos do PVC e os "liga" (bind).
• Após essa ligação, o PVC está pronto para ser usado pelos Pods que o referenciam.
• Quando o PVC é excluído, o PV pode ser tratado conforme a política de reclaim definida (Retain, Recycle ou Delete), que determina seu destino.

3. Uso pelo Pod

• Os Pods usam os PVCs para montar volumes persistentes, permitindo que os dados sobrevivam além do ciclo de vida do próprio Pod — seja por reinicializações, falhas ou realocações no cluster.

Exemplos práticos

Definição de um PersistentVolume (PV):

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-example
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: /mnt/data
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain

Definição de um PersistentVolumeClaim (PVC):

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-example
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

Uso do PVC em um Pod:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-com-pvc
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: volume-app
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: volume-app
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-example

Vantagens ao usar PV e PVC

• Persistência garantida: Os dados permanecem intactos mesmo se o Pod for reiniciado ou realocado.
• Abstração da infraestrutura: Os usuários não precisam configurar ou entender o armazenamento físico subjacente.
• Flexibilidade: É possível definir volumes com diferentes tamanhos e modos de acesso conforme a necessidade.
• Provisionamento dinâmico: Facilita a criação automática de volumes, acelerando o provisionamento de armazenamento.
• Controle de acesso: Os modos de acesso (AccessModes) permitem controlar como os volumes são montados nos nós do cluster.

Desvantagens e limitações

• Complexidade inicial: Configurar StorageClasses e provisionadores pode ser desafiador no início.
• Dependência da infraestrutura: Recursos como snapshots e escalabilidade dependem do suporte do provedor de armazenamento subjacente.
• Atualização limitada: Redimensionamento e alteração de características do PVC dependem da versão do Kubernetes e do provisionador, e nem sempre são triviais.
• Gerenciamento do ciclo de vida: A exclusão de PVCs pode ocasionar volumes órfãos se a política de recuperação não for adequada.
• Performance e multi-tenancy: Em ambientes com múltiplos usuários e alta concorrência, performance pode ser impactada e limites de compartilhamento podem ocorrer.

Modos de acesso (AccessModes) principais

Tipos de volumes suportados por PV (exemplos)

• hostPath: Volume local no nó, usado principalmente para testes e desenvolvimento.
• NFS: Sistema de arquivos em rede.
• AWS EBS, GCE PersistentDisk, AzureDisk: Volumes gerenciados pelos provedores de nuvem.
• CSI (Container Storage Interface): Interface padrão moderna que suporta diversos provedores de armazenamento.

Rotina para atualizar PV e PVC, refletindo mudanças nos Pods

• Desde o Kubernetes 1.11, algumas StorageClasses suportam expansão de PVCs.
• Exemplo para aumentar um PVC:
• Em alguns casos, é necessário redimensionar o sistema de arquivos dentro do Pod manualmente, dependendo do volume.
• Modificar PV:
  • Alterar PV diretamente (como tamanho ou tipo) não é recomendado; a prática comum é criar um novo PV e migrar dados.
• Efeito nos Pods:
  • Após redimensionamento do PVC, os Pods podem continuar a usar o volume normalmente.
  • Para outras mudanças, pode ser necessário reiniciar os Pods para que eles detectem as atualizações.
• Substituir PVC:
  • Em casos complexos, o ideal é provisionar um novo PVC e migrar os dados por meio da aplicação.

Redimensionar PVC:

kubectl patch pvc pvc-example -p '{"spec": {"resources": {"requests": {"storage": "10Gi"}}}}'

Resumo das diferenças entre PV e PVC

Por que usar PersistentVolumes e PersistentVolumeClaims?

• Para assegurar que os dados das aplicações sejam persistentes, protegendo-os contra reinicializações e falhas dos Pods.
• Para abstrair a aplicação da infraestrutura física de armazenamento, facilitando o gerenciamento centralizado por equipes de DevOps.
• Para proporcionar flexibilidade no provisionamento e nas características do armazenamento, aumentando portabilidade e escalabilidade.
• Para aproveitar recursos como o provisionamento dinâmico, criando volumes sob demanda de forma ágil.

Conclusão

PersistentVolumes e PersistentVolumeClaims formam o alicerce do armazenamento persistente no Kubernetes. Eles proporcionam abstração, flexibilidade e controle sobre como as aplicações containerizadas armazenam e acessam seus dados. Compreender seu funcionamento é crucial para projetar aplicações robustas que mantêm a integridade dos dados, exploram os recursos da infraestrutura e garantem alta disponibilidade.

A atualização de volumes e o impacto nos Pods exigem atenção, já que nem todas as mudanças são simples ou automáticas, podendo demandar reinicializações ou migração. Com o conhecimento adequado, PVs e PVCs se tornam ferramentas poderosas para ambientes Kubernetes em produção.