k8s技术预研13--kubernetes共享存储原理与动态存储供应用使用示例
1、共享存储机制概述
Kubernetes对于有状态的容器应用或者对于数据需要持久化的应用，不仅需要将容器内的目录挂载到宿主机的目录或者emptyDir临时存储卷，而且需要更加可靠的存储来保存应用产生的重要数据，以便容器应用在重建之后，仍然可以使用之前的数据。不过，存储资源和计算资源的管理方式完全不同。为了能够屏蔽底层存储实现细节，让用户方便使用，同时能让管理员方便管理，k8s从v1.0版本就引入了PersistentVolume和PersistentVolumeClass两个资源对象来实现对存储管理的子系统。
PV是对底层网络共享存储的抽象，将共享存储定义为一种"资源"，比如节点（Node）也是一种容器应用可以“消费”的资源。PV由管理员进行创建和配置，它与共享存储的具体实现直接相关，例如GlusterFS、iSCSI、RBD或GCE/AWS公有云提供的共享存储，通过插件式的机制完成与共享存储子系统的对接，以供应用访问和使用。
PVC则是用户对于存储资源的一个“申请”。就像Pod“消费”Node的资源一样，PVC会“消费”PV资源。PVC可以申请特定的存储空间和访问模式。
使用PVC“申请”到的一定的存储空间仍然不足以满足应用对于存储设备的各种需求。通常应用程序都会对存储设备的特性和性能有不同的要求，包括读写速度、并发性能、数据冗余等更高的要求，k8s从v1.4版本开始引入了一个新的资源对象StorageClass，用于标记存储资源的特性和性能。到v1.6版本时，StorageClass和动态资源供应的机制得到了完善，实现了存储卷的按需创建，在共享存储的自动化管理进程中实现了重要的一步。
通过StorageClass的定义，管理员可以将存储资源定义为某种类别（Class），正如存储设备对于自身的配置描述（Profile），例如“快速存储”“慢速存储”“有数据冗余”“无数据冗余”等。用户根据StorageClass的描述就能够直观得知各种存储资源的特性，就可以根据应用对存储资源的需求去申请存储资源了。
下面对k8s的PV、PVC、StorageClass和动态资源供应等共享存储管理机制进行详细说明。
2、PV详解
PV作为存储资源，主要包括存储能力、访问模式、存储类型、回收策略、后端存储类型等关键信息的设置。
下面例子声明的PV具有如下属性：5GB存储空间、访问模式为“ReadWriteOnce”，存储类型为“slow”（要求系统中已存在名为slow的StorageClass），回收策略为“Recycle”，并且后端存储类型为"nfs"（设置了NFS Server的IP地址和路径）。
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadat:
name: pv1
spec:
capacity:
storage: 5Gi
accessMode:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
storageClassName: slow
nfs:
path: /tmp
server: 172.17.0.2
k8s支持的PV类型如下：
- gcePersistentDisk
- AWSElasticBlockStore
- AzureFile
- AzureDisk
- FC(Fibre Channel)
- Flocker
- NFS：网络文件系统
- iSCSI
- RBD(Rados Block Device)：Ceph块存储
- CephFS
- Cinder
- GlusterFS
- VsphereVolume
- Quobyte Volumes
- VMware Photon
- Portworx Volumes
- ScaleIO Volumes
- HostPath：宿主机目录，仅用于单机测试
每种存储类型都有各自的特点，在使用时需要根据它们各自的参数进行设置。
2.1 PV的关键配置参数
2.1.1 存储能力（
Capacity）
目前仅支持对存储空间的设置（storage=xx），未来可能加入IOPS、吞吐率等指标的设置。
2.1.2 访问模式（
Access Modes）
对PV进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问的权限。
访问模式如下：
- ReadWriteOnce（简写为RWO）：读写权限，并且只能被单个Node挂载。
- ReadOnlyMany（简写为ROX）：只读权限，允许被多个Node挂载。
- ReadWriteMany（简写为RWX）：读写权限，允许被多个Node挂载。
某些PV可能支持多种访问模式，但PV在挂载时只能使用一种访问模式，多种访问模式不能同时生效。
不同的存储提供者支持的访问模式对比表格如下所示：
|
Volume Plugin
|
ReadWriteOnce
|
ReadOnlyMany
|
ReadWriteMany
|
|
AWSElasticBlockStore
|
√
|
-
|
-
|
|
AzureFile
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√
|
√
|
√
|
|
AzureDisk
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√
|
-
|
-
|
|
CephFS
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√
|
√
|
√
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|
Cinder
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√
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-
|
-
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FC
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√
|
√
|
-
|
|
FlexVolume
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√
|
√
|
-
|
|
Flocker
|
√
|
-
|
-
|
|
gcePersistentDisk
|
√
|
√
|
-
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|
GlusterFS
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√
|
√
|
√
|
|
HostPath
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√
|
-
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- |
|
iSCSI
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√
|
√
|
-
|
|
PhotonPersistentDisk
|
√
|
-
|
-
|
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Quobyte
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√
|
√
|
√
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NFS
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√
|
√
|
√
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RBD
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√
|
√
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-
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VsphereVolume
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√
|
-
|
-
|
|
PortworxVolume
|
√
|
- |
√
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|
ScaleIO
|
√
|
√
|
-
|
2.1.3 存储类别（
Class）
PV可以设定其存储的类别（Class），通过storageClassName参数指定一个StorageClass资源对象的名称。
具有特定“类别”的PV只能与请求了该“类别”的PVC进行绑定。未设定“类别”的PV则只能与不请求任何“类别”的PVC进行绑定。
2.1.4 回收策略（
Reclaim Policy）
目前支持如下三种回收策略。
- 保留（Retain）：保留数据，需要手工处理。
- 回收空间（Recycle）：简单清除文件的操作（例如执行rm -rf /the volume/*命令）
- 删除（Delete）：与PV相连的后端存储完成volume的删除操作（如AWS EBS、GCE PD、Azure Disk和OpenStack Cinder等设备的内部volume清理）
目前只有NFS和HostPath两种类型的存储支持“Recycle”策略；AWS EBS、GCE PD、Azure Disk和Cinder volumes支持“Delete”策略。
2.2 PV生命周期的各个阶段（Phase）
任一个PV只能处于以下某一个生命周期阶段之中：
- Available：可用状态，还未与某个PVC绑定
- Bound：已与某个PVC绑定
- Released：绑定的PVC已经删除，资源得到释放，但并没有被集群回收
- Failed：自动资源回收失败
2.3 PV的挂载参数（Mount Options）
在将PV挂载到一个Node上时，根据后端存储的特点，可能需要设置额外的挂载参数，目前可以通过在PV的定义中，设置一个名为“volume.beta.kubernetes.io/mount-options”的annotation来实现。
下面的例子中对一个类型为gcePersistentDisk的PV设置了挂载参数“discard”：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: gce-disk-1
annotations:
volume.beta.kubernetes.io/mount-options: discard
spec:
capacity:
storage: 10Gi
accessModes:
- ReadWriteOnce
gcePersistentDisk:
fsType: ext4
pdName: gce-disk-1
并非所有类型的存储都支持设置挂载参数。从k8s v1.6版本开始，以下存储类型支持设置挂载参数：
- gcePersistentDisk
- AWSElasticBlockStore
- AzureFile
- AzureDisk
- NFS
- iSCSI
- RBD(Rados Block Device): Ceph块存储
- CephFS
- Cinder: OpenStack块存储
- GlusterFS
- VsphereVolume
- Quobyte Volumes
- VMwate Photon
3、PVC详解
PVC作为用户对存储资源的需求申请，主要包括存储空间请求、访问模式、PV选择条件和存储类别等信息的设置。下面的例子中声明的PVC具有如下属性：申请8Gi存储空间，访问模式为"ReadWriteOnce"，PV选择条件为包含标签"release=stable"并且包含条件为"environment In [dev]"的标签，存储类别为"slow"（要求系统中已存在名为slow的StorageClass）。
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
name: myclaim
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 8Gi
storageClassName: slow
selector:
matchLabels:
release: "stable"
matchExpressions:
- {key: environment, operator: In, values: [dev]}
PVC的关键配置参数说明如下：
- 资源请求（Resources）：描述对存储资源的请求，目前仅支持request.storage的设置，即存储空间大小。
- 访问模式（Access Modes）：PVC也可以设置访问模式，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。可以设置的三种访问模式与PV相同。
- PV选择条件（Selector）：通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中已存在的各种PV进行筛选。系统将根据标签选择出合适的PV与该PVC进行绑定。选择条件可以使用matchLabels和matchExpressions进行设置。如果两个条件都设置了，则Selector的逻辑是两组条件同时满足才能完成匹配。
- 存储类别（Class）：PVC在定义时可以设定需要的后端存储的"类别"（通过storageClassName字段指定），以降低对后端存储特性的详细信息的依赖。只有设置了该Class的PV才能被系统选出，并与该PVC进行绑定。
PVC也可以不设置Class需求。如果storageClassName字段的值被设置为空（storageClassName=""），则表示该PVC不要求特定的Class，系统将只选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。PVC也可以完全不设置storageClassName字段，此时将根据系统是否启用了名为"DefaultStorageClass"的admission controller进行相应的操作。
- 未启用DefaultStorageClass：等效于PVC设置storageClassName的值为空，即只能选择未设定Class的PV与之匹配和绑定。
- 启用了DefaultStorageClass：要求集群管理员已定义默认的StorageClass。如果系统中不存在默认的StorageClass，则等效于不启用DefaultStorageClass的情况。如果存在默认的StorageClass，则系统将自动为PVC创建一个PV（使用默认StorageClass的后端存储），并将它们进行绑定。集群管理员设置默认StorageClass的方法为，在StorageClass的定义中加上一个annotation "storageclass.kubernetes.io/is-default-class=true"。如果管理员将多个StorageClass都定义为default，则由于不唯一，系统将无法为PVC创建相应的PV。
注意，PVC和PV都受限于namespace，PVC在选择PV时受到namespace的限制，只有相同namespace中的PV才可能与PVC绑定。Pod在引用PVC时同样受namespace的限制，只有相同namespace中的PVC才能挂载到Pod内。
当Selector和Class都进行了设置时，系统将选择两个条件同时满足的PV与之匹配。
另外，如果资源供应使用的是动态模式，即管理员没有预先定义PV，仅通过StorageClass交给系统自动完成PV的动态创建，那么PVC再设定Selector时，系统将无法为其供应任何存储资源了。
在启动动态供应模式的情况下，一旦用户删除了PVC，与之绑定的PV将根据其默认的回收策略"Delete"也会被删除。如果需要保留PV（用户数据），则在动态绑定成功后，用户需要将系统自动生成PV的回收策略从"Delete"改成"Retain"。
4、PV和PVC的生命周期
PV可以看作可用的存储资源，PVC则是对存储资源的需求，PV和PVC的相互关系遵循下图所示的生命周期。
4.1 资源供应（Provisioning）
k8s支持两种资源的供应模式：静态模式（Static）和动态模式（Dynamic）。
资源供应的结果就是创建好的PV。
- 静态模式：集群管理员手工创建许多PV，在定义PV时需要将后端存储的特性进行设置。
- 动态模式：集群管理员无须手工创建PV，而是通过StorageClass的设置对后端存储进行描述，标记为某种“类型（Class）”。此时要求PVC对存储类型进行声明，系统将自动完成PV的创建及与PVC的绑定。PVC可以声明Class为""，说明该PVC禁止使用动态模式。
4.2 资源绑定（Binding）
在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求（存储空间和访问模式）在已存在的PV中选择一个满足PVC要求的PV，一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，然后用户的应用就可以使用这个PVC了。
如果系统中没有满足PVC要求的PV，PVC就会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV。PV一旦绑定到某个PVC上，就被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了。在这种情况下，当PVC申请的存储空间与PV的少时，整个PV的空间都会被PVC所用，可能会造成资源的浪费。如果资源供应使用的是动态模式，则系统在为PVC找到合适的StorageClass后，将自动创建一个PV并完成与PVC的绑定。
4.3 资源使用（Using）
Pod使用volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。volume的类型为"persistentVolumeClaim"，在后面的示例中再进行详细说明。在容器应用挂载了一个PVC后，就能被持续独占使用。不过，多个Pod可以挂载同一个PVC，应用程序需要考虑多个实例共同访问同一块存储空间的问题。
4.4 资源释放（Releasing）
当用户对存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。通过之前PVC写入的数据可能还留在存储设备上，只有在清除之后该PV才能再次使用。
4.5 资源回收（Reclaimig）
对于PV，管理员可以设定回收策略（Reclaim Policy），用于设置与之绑定的PVC释放资源之后，对于遗留数据如何处理。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用。
4.6 k8s静态资源供应与动态资源供应运行原理的对照图
5、StorageClass详解
StorageClass作为对存储资源的抽象定义，对用户设置的PVC申请屏蔽后端存储的细节。一方面减轻用户对于存储资源细节的关注，另一方面也减轻管理员手工管理PV的工作，由系统自动完成PV的创建和绑定，实现动态的资源供应。
使用基于StorageClass的动态资源供应模式将逐步成为云平台的标准存储配置模式。
StorageClass的定义主要包括名称、后端存储的提供者（Provisioner）和后端存储的相关参数配置。StorageClass一旦被创建出来，就将无法修改，只能删除原StorageClass的定义重建。
下面的例子中定义了一个名为“standard"的StorageClass，提供者为aws-ebs，其参数设置了一个type=gp2。
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
type: gp2
5.1 StorageClass的关键配置参数
1）提供者（Provisioner）
描述存储资源的提供者，也可以看作后端存储驱动。
目前k8s支持的Provisioner都以"kubernetes.io/"为开头，用户也可以使用自定义的后端存储提供者。为了符合StorageClass的用法，自定义Provisioner需要符合存储卷的开发规范，详见该链接的说明： https://github.com/kubernetes/community/blob/master/contributors/design-proposals/storage/volume-provisioning.md 。
2）参数（Parameters）
后端存储资源提供者的参数设置，不同的Provisioner包括不同的参数设置。某些参数可以不显示设定，Provisioner将使用其默认值。
3）下面介绍几种常用的Provisioner对StorageClass的定义进行详细说明
AWS EBS存储卷
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: slow
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
type: io1
zone: us-east-id
iopsPerGB: "10"
参数说明如下：
- type：可选项为io1, gp2, sc1, st1, 默认值为gp2
- zone：AWS zone的名称
- iopsPerGB：仅用于io1类型的volume，意为每秒每GiB的I/O操作数量
- encrypted：是否加密
- kmsKeyId：加密时的Amazon Resource Name
GCE PD存储卷
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: slow
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:
type: pd-standard
zone: us-centrall-a
参数说明：
- type：可选项为pd-standard, pd-ssd, 默认值为pd-standard
- zone：GCE zone名称
GlusterFS存储卷
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: slow
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
resturl: "http://127.0.0.1:8081"
clusterid: "sadfa2435hfghsrg462345"
restauthenabled: "true"
restuser: "admin"
secretNamespace: "default"
secretName: "heketi-secret"
gidMin: "40000"
gidMax: "50000"
volumetype: "replicate:3"
参数说明如下（详细说明请参考GlusterFS和Heketi的文档）：
- resturl: Gluster REST服务（heketi）的URL地址，用于自动完成GlusterFSvolume的设置。
- restauthenabled: 是否对Gluster REST服务启用安全机制。
- restuser: 访问Gluster REST服务的用户名。
- secretNamespace和secretName： 保存访问Gluster REST服务密码的Secret资源对象名。
- clusterid: GlusterFS的Cluster ID
- gidMin和gidMAX: StorageClass的GID范围，用于动态资源供应时为PV设置的GID。
- volumetype: GlusterFS的volume类型设置，例如replicate:3（Replicate类型，3副本）；disperse:4:2（Disperse类型，数据4份，冗余2份）；none（Distribute类型）。
OpenStack Cinder存储卷
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: gold
provisioner: kubernetes.io/cinder
parameters:
type: fast
availability: nova
参数说明如下：
- type: Cinder的VolumeType， 默认值为空。
- availability: Availability Zone， 默认值为空。
其他Provisioner的StorageClass相关参数设置请参考它们各自的配置手册。
5.2 设置默认的StorageClass
要在系统中设置一个默认的StorageClass，首先需要启动名为"DefaultStorageClass"的admission controller， 即在kube-apiserver的命令行参数--admission-controll中增加：
--admission-control=...,DefaultStorageClass
然后，在StorageClass的定义中设置一个annotation:
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
name: gold
annotations:
storageclass.beta.kubernetes.io/is-default-class="true"
provisioner: kubernetes.io/cinder
parameters:
type: fast
availability: nova
通过kubectl create命令创建成功后，查看StorageClass列表，可以看到名为gold的StorageClass被标记为"default"：
# kubectl get sc
gold (default) kubernetes.io/cinder
6、动态存储管理实战：GlusterFS
本节以GlusterFS为例，从定义StorageClass、创建GlusterFS和Heketi服务、用户申请PVC到创建Pod使用存储资源，对StorageClass和动态资源分配进行详细说明，进一步剖析k8s的存储机制。
6.1 准备工作
首先在用于部署GlusterFS的三个节点上安装GlusterFS客户端：
yum -y install glusterfs glusterfs-fuse
GlusterFS管理服务容器需要以特权模式运行，中kube-apiserver的启动参数中确认已经打开了：
--allow-privileged=true
给要部署GlusterFS管理服务的节点打上"storagenode=glusterfs"的标签，这样可以将GlusterFS容器定向部署到安装了GlusterFS的Node上：
[k8s@kube-server harbor]$ kubectl label node kube-node1 storagenode=glusterfs
node "kube-node1" labeled
[k8s@kube-server harbor]$ kubectl label node kube-node2 storagenode=glusterfs
node "kube-node2" labeled
[k8s@kube-server harbor]$ kubectl label node kube-node3 storagenode=glusterfs
node "kube-node3" labeled
6.2 创建GlusterFS服务容器集群
GlusterFS服务容器以DaemonSet的方式进行部署，确保每台Node上都运行一个GlusterFS管理服务。
参照 https://github.com/gluster/gluster-kubernetes。
1）在各个Node节点的启动参数中增加以下选项，因为GlusterFS需要使用容器的特权模式运行
--allow-privileged
生效：
systemctl daemon-reload
systemctl restart kubelet
systemctl status kubelet
2）给每个运行GlusterFS的Node节点增加一块数据磁盘
注意数据盘挂载后，在系统中使用的设备描述符，需要在下一步配置中使用到。
3）编辑topology.json拓朴文件
获取一份安装资源：
git clone https://github.com/gluster/gluster-kubernetes.git
[k8s@kube-server deploy]$ pwd
/home/k8s/gluster-kubernetes/deploy
[k8s@kube-server deploy]$ ls
gk-deploy heketi.json.template kube-templates ocp-templates topology.json
至少需要3个节点，按下面格式对该文件进行更新：
[k8s@kube-server deploy]$ cat topology.json
{
"clusters": [
{
"nodes": [
{
"node": {
"hostnames": {
"manage": [
"kube-node1"
],
"storage": [
"172.16.10.101"
]
},
"zone": 1
},
"devices": [
"/dev/sdb"
]
},
{
"node": {
"hostnames": {
"manage": [
"kube-node2"
],
"storage": [
"172.16.10.102"
]
},
"zone": 1
},
"devices": [
"/dev/sdb"
]
},
{
"node": {
"hostnames": {
"manage": [
"kube-node3"
],
"storage": [
"172.16.10.103"
]
},
"zone": 1
},
"devices": [
"/dev/sdb"
]
}
]
}
]
}
[k8s@kube-server deploy]$
4）在k8s上部署GlusterFS + heketi
需要先检查下环境：
- 至少需要3个节点
- 每个节点上至少提供一个裸块存储设备；
- 确保以下端口没有被占用：2222,24007, 24008, 49152~49251
- 在系统中加载以下模块： modprobe dm_snapshot && modprobe dm_mirror && modprobe dm_thin_pool
- 安装依赖包：yum -y install glusterfs-fuse
执行部署命令：
[k8s@kube-server deploy]$ ./gk-deploy -g
注：-g参数表示要创建出一套glusterfs集群服务。
如果一切顺利，在结束时会看到下面的输出：
....
service "heketi" created
deployment.extensions "heketi" created
Waiting for heketi pod to start ... OK
Flag --show-all has been deprecated, will be removed in an upcoming release
heketi is now running and accessible via http://172.30.86.3:8080 . To run
administrative commands you can install 'heketi-cli' and use it as follows:
# heketi-cli -s http://172.30.86.3:8080 --user admin --secret '' cluster list
You can find it at https://github.com/heketi/heketi/releases . Alternatively,
use it from within the heketi pod:
# /opt/k8s/bin/kubectl -n default exec -i heketi-75dcfb7d44-vj9bk -- heketi-cli -s http://localhost:8080 --user admin --secret '' cluster list
For dynamic provisioning, create a StorageClass similar to this:
---
apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: StorageClass
metadata:
name: glusterfs-storage
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
resturl: "http://172.30.86.3:8080"
Deployment complete!
[k8s@kube-server deploy]$
查看下都创建出了哪些服务实例：
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
glusterfs-88469 1/1 Running 0 2h 172.16.10.102 kube-node2
glusterfs-lwm4n 1/1 Running 0 2h 172.16.10.103 kube-node3
glusterfs-pfgwb 1/1 Running 0 2h 172.16.10.101 kube-node1
heketi-75dcfb7d44-vj9bk 1/1 Running 0 1h 172.30.86.3 kube-node2
my-nginx-86555897f9-2kn92 1/1 Running 2 8h 172.30.49.2 kube-node1
my-nginx-86555897f9-d95t9 1/1 Running 4 2d 172.30.48.2 kube-node3
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get svc -o wide
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
heketi ClusterIP 10.254.42.129 8080/TCP 1h glusterfs=heketi-pod
heketi-storage-endpoints ClusterIP 10.254.4.122 1/TCP 1h
kubernetes ClusterIP 10.254.0.1 443/TCP 7d
my-nginx ClusterIP 10.254.191.237 80/TCP 5d run=my-nginx
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get deployment
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
heketi 1 1 1 1 1h
my-nginx 2 2 2 2 5d
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get secret
NAME TYPE DATA AGE
default-token-p5wjd kubernetes.io/service-account-token 3 7d
heketi-config-secret Opaque 3 1h
heketi-service-account-token-mrtsx kubernetes.io/service-account-token 3 2h
kubelet-api-test-token-gdj7g kubernetes.io/service-account-token 3 6d
[k8s@kube-server deploy]$
5）使用示例
在可以调用kubectl管理k8s集群的节点上，安装一个heketi客户端：
yum -y install heketi-client
创建个1GB的PV存储卷：
[k8s@kube-server deploy]$ export HEKETI_CLI_SERVER=http://172.30.86.3:8080
[k8s@kube-server deploy]$ heketi-cli volume create --size=1 --persistent-volume --persistent-volume-endpoint=heketi-storage-endpoints | kubectl create -f -
persistentvolume "glusterfs-900fb349" created
[k8s@kube-server deploy]$
回到Dashboard上看看这个刚创建的存储卷：
通过heketi服务查看和管理GlusterFS集群：
查看集群列表：
[root@kube-node1 ~]# curl 10.254.42.129:8080/clusters
{"clusters":["ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636"]}
查看集群详情：
[root@kube-node1 ~]# curl 10.254.42.129:8080/clusters/ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
{"id":"ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636","nodes":["49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8","bdf51ae46025cd4fcf134f7be36c32de","fc21262379ec3636e3eadcae15efcc94"],"volumes":["42b01b9b08af23b751b2359fb161c004","900fb349e56af275f47d523d08fdfd6e"],"block":true,"file":true,"blockvolumes":[]}
查看节点详情：
[root@kube-node1 ~]# curl 10.254.42.129:8080/nodes/49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8
{"zone":1,"hostnames":{"manage":["kube-node3"],"storage":["172.16.10.103"]},"cluster":"ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636","id":"49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8","state":"online","devices":[{"name":"/dev/sdb","storage":{"total":8253440,"free":5087232,"used":3166208},"id":"2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009","state":"online","bricks":[{"id":"2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1","path":"/var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1/brick","device":"2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009","node":"49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8","volume":"42b01b9b08af23b751b2359fb161c004","size":2097152},{"id":"4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed","path":"/var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed/brick","device":"2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009","node":"49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8","volume":"900fb349e56af275f47d523d08fdfd6e","size":1048576}]}]}
- state 为 online说明节点正常
6）创建一个使用GlusterFS动态存储供应服务的nginx应用
注：在本示例中的用户认证是未启用的，如果要启动用户认证服务，则可以创建一个secret，然后通过StorageClass配置参数传递给Gluster动态存储供应服务。
下面是一个存储类的示例，它将请求2GB的按需存储，用于在我们的HelloWorld应用程序中使用。
gluster-storage-class.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: StorageClass
metadata:
name: gluster-heketi
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
resturl: "http://
10.254.42.129:8080"
restuser: "joe"
restuserkey: "My Secret Life"
- name，StorageClass名称
- provisioner，存储服务提供者
- resturl，Heketi REST Url
- restuser，因为未启用认证，所以这个参数无效
- restuserkey，同上
创建该存储类：
[k8s@kube-server ~]$ kubectl create -f gluster-storage-class.yaml
storageclass.storage.k8s.io "gluster-heketi" created
[k8s@kube-server ~]$ kubectl get storageclass
NAME PROVISIONER AGE
gluster-heketi kubernetes.io/glusterfs 43s
创建PersistentVolumeClaim（PVC）以请求我们的HelloWorld应用程序的存储：
我们将创建一个要求2GB存储空间的PVC，此时，Kubernetes Dynamic Provisioning Framework和Heketi将自动配置新的GlusterFS卷并生成Kubernetes PersistentVolume（PV）对象。
gluster-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: gluster1
annotations:
volume.beta.kubernetes.io/storage-class: gluster-heketi
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 2Gi
- annotations，Kubernetes存储类注释和存储类的名称
[k8s@kube-server ~]$ kubectl create -f gluster-pvc.yaml
persistentvolumeclaim "gluster1" created
可以看到PVC是绑定到一个动态供给的存储卷上的：
[k8s@kube-server ~]$ kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
gluster1 Bound pvc-53e824cf-7eb7-11e8-bf5c-080027395360 2Gi RWO gluster-heketi 53s
[k8s@kube-server ~]$ kubectl get pv
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
glusterfs-900fb349 1Gi RWX Retain Available 2h
pvc-53e824cf-7eb7-11e8-bf5c-080027395360 2Gi RWO Delete Bound default/gluster1 gluster-heketi 1m
创建一个使用该PVC的nginx实例：
nginx-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-pod1
labels:
name: nginx-pod1
spec:
containers:
- name: nginx-pod1
image:
nginx:1.7.9
ports:
- name: web
containerPort: 80
volumeMounts:
- name: gluster-vol1
mountPath: /usr/share/nginx/html
volumes:
- name: gluster-vol1
persistentVolumeClaim:
claimName: gluster1
- claimName，要使用的PVC的名称
[k8s@kube-server ~]$ kubectl create -f nginx-pod.yaml
pod "nginx-pod1" created
[k8s@kube-server ~]$ kubectl get pods -o wide|grep nginx-pod
nginx-pod1 1/1 Running 0 33s 172.30.86.3 kube-node2
[k8s@kube-server ~]$
登录到该Pod中并创建一个网页文件：
[k8s@kube-server ~]$ kubectl exec -it nginx-pod1 /bin/bash
root@nginx-pod1:/# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
rootfs 41G 7.1G 34G 18% /
overlay 41G 7.1G 34G 18% /
tmpfs 64M 0 64M 0% /dev
tmpfs 496M 0 496M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos_bogon-root 41G 7.1G 34G 18% /dev/termination-log
shm 64M 0 64M 0% /dev/shm
/dev/mapper/centos_bogon-root 41G 7.1G 34G 18% /etc/resolv.conf
/dev/mapper/centos_bogon-root 41G 7.1G 34G 18% /etc/hostname
/dev/mapper/centos_bogon-root 41G 7.1G 34G 18% /etc/hosts
/dev/mapper/centos_bogon-root 41G 7.1G 34G 18% /var/cache/nginx
172.16.10.101:vol_1b6e32efd9b6f07e2b056bed2ce6cc73 2.0G 53M 2.0G 3% /usr/share/nginx/html
tmpfs 496M 12K 496M 1% /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
tmpfs 64M 0 64M 0% /proc/kcore
tmpfs 64M 0 64M 0% /proc/keys
tmpfs 64M 0 64M 0% /proc/timer_list
tmpfs 64M 0 64M 0% /proc/timer_stats
tmpfs 64M 0 64M 0% /proc/sched_debug
tmpfs 496M 0 496M 0% /proc/scsi
tmpfs 496M 0 496M 0% /sys/firmware
root@nginx-pod1:/# cd /usr/share/nginx/html
dex.htmlnx-pod1:/usr/share/nginx/html# echo 'Hello World from GlusterFS!!!' > in
root@nginx-pod1:/usr/share/nginx/html# ls
index.html
root@nginx-pod1:/usr/share/nginx/html# cat index.html
Hello World from GlusterFS!!!
root@nginx-pod1:/usr/share/nginx/html# exit
exit
[k8s@kube-server ~]$
访问一下我们的网页：
[k8s@kube-server ~]$ curl http://172.30.86.3
Hello World from GlusterFS!!!
[k8s@kube-server ~]$
再检查一下gluster pod，找到我们刚写入的index.html文件，登录任一个gluster pod：
[root@kube-node1 brick]# pwd
/var/lib/heketi/mounts/vg_f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18/brick_6e016b1ed8e16b6a28839f1670a56d00/brick
[root@kube-node1 brick]# ls
index.html
[root@kube-node1 brick]# cat index.html
Hello World from GlusterFS!!!
[root@kube-node1 brick]#
7）删除 glusterfs 集群配置
curl -X DELETE 10.254.42.129:8080/devices/46b2685901f56d6fe0cc85bf3d37bf75 # 使用的是device id，删除device
curl -X DELETE 10.254.42.129:8080/nodes/8bd8497a8dcda0708508228f4ae8c2ae #使用的是node id， 删除node
- 每个节点都要删除掉device才能再删除node
cluster 列表下的所有节点都删除后 才能删除cluster：
curl -X DELETE 10.254.42.129:8080/clusters/ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
6.3 Heketi服务
GlusterFS 是个开源的分布式文件系统，而 Heketi 在其上提供了 REST 形式的 API，二者协同为 Kubernetes 提供了存储卷的自动供给能力。Heketi还支持GlusterFS多集群管理。当一个集群中同时有多种规格、性能和容量特点的存储资源时，Heketi可以通过接入多个存储集群，在每个集群中又按资源特性划分出多个Zone来进行管理。
1）在k8s中部署Heketi服务前需要为其创建一个ServiceAccount账号
我们继续看一下前面例子中使用到的一些配置资源：
[k8s@kube-server deploy]$ pwd
/home/k8s/gluster-kubernetes/deploy
[k8s@kube-server deploy]$ cat ./kube-templates/heketi-service-account.yaml
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: heketi-service-account
labels:
glusterfs: heketi-sa
heketi: sa
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get sa | grep heketi
heketi-service-account 1 4h
2）通过Deployment部署Heketi服务
[k8s@kube-server deploy]$ kubectl get deployment
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
heketi 1 1 1 1 3h
[k8s@kube-server kube-templates]$ pwd
/home/k8s/gluster-kubernetes/deploy/kube-templates
[k8s@kube-server kube-templates]$ cat heketi-deployment.yaml
---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: heketi
labels:
glusterfs: heketi-service
heketi: service
annotations:
description: Exposes Heketi Service
spec:
selector:
glusterfs: heketi-pod
ports:
- name: heketi
port: 8080
targetPort: 8080
---
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
name: heketi
labels:
glusterfs: heketi-deployment
heketi: deployment
annotations:
description: Defines how to deploy Heketi
spec:
replicas: 1
template:
metadata:
name: heketi
labels:
glusterfs: heketi-pod
heketi: pod
spec:
serviceAccountName: heketi-service-account
containers:
- image: heketi/heketi:dev
imagePullPolicy: IfNotPresent
name: heketi
env:
- name: HEKETI_USER_KEY
value: ${HEKETI_USER_KEY}
- name: HEKETI_ADMIN_KEY
value: ${HEKETI_ADMIN_KEY}
- name: HEKETI_EXECUTOR
value: ${HEKETI_EXECUTOR}
- name: HEKETI_FSTAB
value: ${HEKETI_FSTAB}
- name: HEKETI_SNAPSHOT_LIMIT
value: '14'
- name: HEKETI_KUBE_GLUSTER_DAEMONSET
value: "y"
- name: HEKETI_IGNORE_STALE_OPERATIONS
value: "true"
ports:
- containerPort: 8080
volumeMounts:
- name: db
mountPath: "/var/lib/heketi"
- name: config
mountPath: /etc/heketi
readinessProbe:
timeoutSeconds: 3
initialDelaySeconds: 3
httpGet:
path: "/hello"
port: 8080
livenessProbe:
timeoutSeconds: 3
initialDelaySeconds: 30
httpGet:
path: "/hello"
port: 8080
volumes:
- name: db
glusterfs:
endpoints: heketi-storage-endpoints
path: heketidbstorage
- name: config
secret:
secretName: heketi-config-secret
[k8s@kube-server kube-templates]$
- 定义了两个volumes，其中"db"是使用的glusterfs提供的存储卷，而"config"的volume则是使用的"secret"
查看一下被当作volume使用的secret的内容：
[k8s@kube-server kube-templates]$ kubectl describe secret heketi-config-secret
Name: heketi-config-secret
Namespace: default
Labels: glusterfs=heketi-config-secret
heketi=config-secret
Annotations:
Type: Opaque
Data
====
heketi.json: 909 bytes
private_key: 0 bytes
topology.json: 1029 bytes
- 可以看到这个secret中是包含了三个配置文件
这个secret是使用脚本创建的：
[k8s@kube-server deploy]$ pwd
/home/k8s/gluster-kubernetes/deploy
[k8s@kube-server deploy]$ ls
gk-deploy heketi.json.template kube-templates ocp-templates topology.json
[k8s@kube-server deploy]$ grep heketi-config-secret gk-deploy
eval_output "${CLI} create secret generic heketi-config-secret --from-file=private_key=${SSH_KEYFILE} --from-file=./heketi.json --from-file=topology.json=${TOPOLOGY}"
eval_output "${CLI} label --overwrite secret heketi-config-secret glusterfs=heketi-config-secret heketi=config-secret"
[k8s@kube-server deploy]$
3）为Heketi设置GlusterFS集群
使用一个topology.json的配置文件来完成各个GlusterFS节点和设备的定义。
Heketi要求一个GlusterFS集群中至少有3个节点。在topology.json配置文件的hostnames字段中的manage中填写主机名，在storage上填写IP地址，devices要求是未创建文件系统的裸设备（支持多块磁盘）。这样Heketi就可以自动完成PV、VG和LV的创建。
topology.json文件的内容在前面已经提供了，不再重复。
当使用gluster-kubernetes项目提供的脚本工具和模板创建glusterfs和heketi服务时，不需要额外的手动干预。但如果是手动创建这些服务，则可以按下面的方法使用Heketi加载topology配置，完成GlusterFS服务集群的创建。
可以登录进入Hekiti容器执行以下命令：
# export HEKETI_CLI_SERVER=http://localhost:8080
# heketi-cli topology load --json=topology.json
这样Heketi就完成了GlusterFS集群的创建，同时在GlusterFS集群的各个节点的/dev/sdb盘上成功创建了PV和VG。
此时，查看Heketi的topology信息，可以看到很详细的Node和Device信息：
[k8s@kube-server deploy]$ heketi-cli topology info
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Volumes:
Name: vol_1b6e32efd9b6f07e2b056bed2ce6cc73
Size: 2
Id: 1b6e32efd9b6f07e2b056bed2ce6cc73
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Mount: 172.16.10.103:vol_1b6e32efd9b6f07e2b056bed2ce6cc73
Mount Options: backup-volfile-servers=172.16.10.102,172.16.10.101
Durability Type: replicate
Replica: 3
Snapshot: Disabled
Bricks:
Id: 6e016b1ed8e16b6a28839f1670a56d00
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18/brick_6e016b1ed8e16b6a28839f1670a56d00/brick
Size (GiB): 2
Node: fc21262379ec3636e3eadcae15efcc94
Device: f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18
Id: c7acfcecaf85aada98b0c0208798440f
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_c7acfcecaf85aada98b0c0208798440f/brick
Size (GiB): 2
Node: 49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8
Device: 2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009
Id: e2acc8268f17f05e940ebe679dacfa3a
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_e2acc8268f17f05e940ebe679dacfa3a/brick
Size (GiB): 2
Node: bdf51ae46025cd4fcf134f7be36c32de
Device: e100120226d5d9567ed0f92b9810236c
Name: heketidbstorage
Size: 2
Id: 42b01b9b08af23b751b2359fb161c004
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Mount: 172.16.10.103:heketidbstorage
Mount Options: backup-volfile-servers=172.16.10.102,172.16.10.101
Durability Type: replicate
Replica: 3
Snapshot: Disabled
Bricks:
Id: 2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1/brick
Size (GiB): 2
Node: 49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8
Device: 2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009
Id: 9dc7238db3240146f12189dd28320227
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18/brick_9dc7238db3240146f12189dd28320227/brick
Size (GiB): 2
Node: fc21262379ec3636e3eadcae15efcc94
Device: f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18
Id: cb68cbf4e992abffc86ab3b5db58ef56
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_cb68cbf4e992abffc86ab3b5db58ef56/brick
Size (GiB): 2
Node: bdf51ae46025cd4fcf134f7be36c32de
Device: e100120226d5d9567ed0f92b9810236c
Name: vol_900fb349e56af275f47d523d08fdfd6e
Size: 1
Id: 900fb349e56af275f47d523d08fdfd6e
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Mount: 172.16.10.103:vol_900fb349e56af275f47d523d08fdfd6e
Mount Options: backup-volfile-servers=172.16.10.102,172.16.10.101
Durability Type: replicate
Replica: 3
Snapshot: Disabled
Bricks:
Id: 4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed/brick
Size (GiB): 1
Node: 49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8
Device: 2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009
Id: 7c82d03c88d73bb18d407a791a1053c2
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_7c82d03c88d73bb18d407a791a1053c2/brick
Size (GiB): 1
Node: bdf51ae46025cd4fcf134f7be36c32de
Device: e100120226d5d9567ed0f92b9810236c
Id: 822266f7ad3cf62b1e45686265cf7268
Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18/brick_822266f7ad3cf62b1e45686265cf7268/brick
Size (GiB): 1
Node: fc21262379ec3636e3eadcae15efcc94
Device: f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18
Nodes:
Node Id: 49ac6f56ef21408bcad7c7613cd40bd8
State: online
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Zone: 1
Management Hostname: kube-node3
Storage Hostname: 172.16.10.103
Devices:
Id:2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009 Name:/dev/sdb State:online Size (GiB):7 Used (GiB):5 Free (GiB):2
Bricks:
Id:2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1 Size (GiB):2 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_2ea90ebd791a4230e927d233d1c8a7d1/brick
Id:4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed Size (GiB):1 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_4c98684d878ffe7dbfc1008336460eed/brick
Id:c7acfcecaf85aada98b0c0208798440f Size (GiB):2 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_2f6b2f6c289a2f6bf48fbec59c0c2009/brick_c7acfcecaf85aada98b0c0208798440f/brick
Node Id: bdf51ae46025cd4fcf134f7be36c32de
State: online
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Zone: 1
Management Hostname: kube-node2
Storage Hostname: 172.16.10.102
Devices:
Id:e100120226d5d9567ed0f92b9810236c Name:/dev/sdb State:online Size (GiB):7 Used (GiB):5 Free (GiB):2
Bricks:
Id:7c82d03c88d73bb18d407a791a1053c2 Size (GiB):1 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_7c82d03c88d73bb18d407a791a1053c2/brick
Id:cb68cbf4e992abffc86ab3b5db58ef56 Size (GiB):2 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_cb68cbf4e992abffc86ab3b5db58ef56/brick
Id:e2acc8268f17f05e940ebe679dacfa3a Size (GiB):2 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_e100120226d5d9567ed0f92b9810236c/brick_e2acc8268f17f05e940ebe679dacfa3a/brick
Node Id: fc21262379ec3636e3eadcae15efcc94
State: online
Cluster Id: ada54ffbeac15a5c9a7521e0c7d2f636
Zone: 1
Management Hostname: kube-node1
Storage Hostname: 172.16.10.101
Devices:
Id:f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18 Name:/dev/sdb State:online Size (GiB):7 Used (GiB):5 Free (GiB):2
Bricks:
Id:6e016b1ed8e16b6a28839f1670a56d00 Size (GiB):2 Path: /var/lib/heketi/mounts/vg_f8776d0d92102fc3e272f2ec899e5f18/brick_6e016b1ed8e16b6a28839f1670a56d00/brick
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[k8s@kube-server deploy]$
总结：使用Kubernetes的动态存储供应模式，配置StorageClass和Heketi共同搭建基于GlusterFS的共享存储，相对于静态模式至少有两大优势。一个是管理员无须预先创建大量的PV作为存储资源，而用户在申请PVC时也无法保证容量与预置PV的容量能够一致。因此，从k8s v1.6开始，建议用户优先考虑使用StorageClass的动态存储供应模式进行存储管理。
参考资料：
《Kubernetes权威指南——从Docker到Kubernetes实践全接触》第3章
https://github.com/gluster/gluster-kubernetes/blob/master/docs/setup-guide.md
https://github.com/gluster/gluster-kubernetes/blob/master/docs/examples/hello_world/README.md
https://github.com/harryge00/heketi-howto