初试 Kubernetes 动态卷配置使用 RBD 作为 StorageClass

哎_小羊

发布于 2019-05-25 19:49:21

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发布于 2019-05-25 19:49:21

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Kubernetes StorageClass 介绍
环境、软件准备
Kubernetes 使用 RBD 作为 StorageClass

1、Kubernetes StorageClass 介绍

Kubernetes 集群存储 PV 支持 Static 静态配置以及 Dynamic 动态配置，动态卷配置 (Dynamic provisioning) 可以根据需要动态的创建存储卷。我们知道，之前的静态配置方式，集群管理员必须手动调用云/存储服务提供商的接口来配置新的固定大小的 Image 存储卷，然后创建 PV 对象以在 Kubernetes 中请求分配使用它们。通过动态卷配置，能自动化完成以上两步骤，它无须集群管理员预先配置存储资源，而是使用 StorageClass 对象指定的供应商来动态配置存储资源。

2、环境、软件准备

本次演示环境，我是在虚拟机 Linux Centos7 上操作，通过虚拟机完成 Ceph 存储集群搭建以及 Kubernetes 集群的搭建，以下是安装的软件及版本：

Centos：release 7.4.1708 (Core)
Ceph：jewel-10.2.10
Kubernetes：v1.6.2
Docker：v1.12.6

注意：这里我们着重描述一下 Kubernetes 集群如何使用动态配置使用 RBD 来实现持久化存储，所以需要提前搭建好 Kubernetes 集群和 Ceph 存储集群，具体搭建过程可参考之前文章国内使用 kubeadm 在 Centos 7 搭建 Kubernetes 集群和初试 Centos7 上 Ceph 存储集群搭建，这里就不在详细讲解了。同时由于本机内存限制，共开启了 3 个虚拟机节点，每个节点既是 Ceph 集群节点又是 Kubernetes 集群节点，所以功能节点图如下：

3、Kubernetes 使用 RBD 作为 StorageClass

StorageClass 对象支持多种类型的存储卷插件来提供 PV，从 Storage Classes 官方文档 provisioner 部分可以看到，它目前支持很多种存储卷类型，其中就有我们熟悉的 Ceph RBD 类型。

AWSElasticBlockStore
AzureFile
AzureDisk
Cinder
Flocker
GCEPersistentDisk
Glusterfs
PhotonPersistentDisk
Quobyte
RBD
VsphereVolume
PortworxVolume
ScaleIO
StorageOS

当然除了上述 k8s 内部支持类别，如果我们需要使用其他类型卷插件，例如 NFS、CephFS 等第三方熟知的类型，可以去 kubernetes-incubator/external-storage 这个 GitHub 仓库，这里有更多扩展存储卷插件支持，下边我们在使用 RBD 作为 StorageClass 的时候也会演示到。

正式开始之前要提一下，通过前边两篇文章初试 Kubernetes 集群使用 Ceph RBD 块存储和初试 Kubernetes 集群使用 CephFS 文件存储的介绍，我们知道，k8s 不支持跨节点挂载同一 Ceph RBD，支持跨节点挂载 CephFS，所以这里 k8s 集群只包含 admin 和 node0 两个节点，也就是让所有的任务都调度到 node0 上执行，来保证针对 RBD 的操作在同一节点上。同时既然是动态配置存储资源，意思就是我们不需要提前创建好指定大小的 Image 了，而是动态创建它，所以这里只需要参照初试 Centos7 上 Ceph 存储集群搭建搭建好 Ceph 存储集群即可，不需要进行 RBD 操作。

3.1 创建 ceph-secret-admin

我们知道 Ceph 存储集群默认是开启了 cephx 认证的，所以我们可以创建一个名称为 ceph-secret-admin 的 secret 对象，用于 k8s volume 插件通过 cephx 认证访问 ceph 存储集群。

$ ceph auth get-key client.admin |base64
QVFDUWFsMWFuUWlhRHhBQXpFMGpxMSsybEFjdHdSZ3J3M082YWc9PQ==

首先获取并 base64 生成一下 k8s secret 认证 key，然后创建 ceph-secret-admin.yaml 文件，key 值替换一下。

$ vim ceph-secret-admin.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: ceph-secret-admin
type: "kubernetes.io/rbd"  
data:
  key: QVFDUWFsMWFuUWlhRHhBQXpFMGpxMSsybEFjdHdSZ3J3M082YWc9PQ==

创建名称为 ceph-secret-admin 的 Secret。

$ kubectl create -f ceph-secret-admin.yaml 
secret "ceph-secret-admin" created
$ kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA      AGE
ceph-secret-admin     kubernetes.io/rbd                     1         16s
default-token-630xt   kubernetes.io/service-account-token   3         15m

3.2 创建 rbd-storage-class

通过 StorageClass RBD Config Example 官方示例代码，我们可以看到如下信息。

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/rbd
parameters:
  monitors: 10.16.153.105:6789
  adminId: kube
  adminSecretName: ceph-secret
  adminSecretNamespace: kube-system
  pool: kube
  userId: kube
  userSecretName: ceph-secret-user
  fsType: ext4
  imageFormat: "2"
  imageFeatures: "layering"

这里每个字段我就不一一解释了，其中有几个字段要说明一下。

provisioner 该字段指定使用存储卷类型为 kubernetes.io/rbd，注意 kubernetes.io/ 开头为 k8s 内部支持的存储提供者，不同的存储卷提供者类型这里要修改成对应的值。
adminId | userId 这里需要指定两种 Ceph 角色 admin 和其他 user，admin 角色默认已经有了，其他 user 可以去 Ceph 集群创建一个并赋对应权限值，如果不创建，也可以都指定为 admin。
adminSecretName 为上边创建的 Ceph 管理员 admin 使用的 ceph-secret-admin。
adminSecretNamespace 管理员 secret 使用的命名空间，默认 default，如果修改为其他的话，需要修改 ceph-secret-admin.yaml 增加 namespace: other-namespace。

参照上边示例，我们创建一个 rbd-storage-class.yaml 文件如下。

$ vim rbd-storage-class.yaml
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: rbd
provisioner: kubernetes.io/rbd
parameters:
  monitors: 10.222.78.12:6789
  adminId: admin
  adminSecretName: ceph-secret-admin
  adminSecretNamespace: default
  pool: rbd
  userId: admin
  userSecretName: ceph-secret-admin

然后我们创建一下名称为 rbd 类型为 rbd 的 storage-class 看下。

$ kubectl create -f rbd-storage-class.yaml 
storageclass "rbd" created
$ kubectl get storageclass
NAME      TYPE
rbd       kubernetes.io/rbd

3.2 创建 rbd-dyn-pv-claim

好了，现在 storageClass 已经创建好了，这里跟之前的区别就是，不需要创建 PV 和提前创建好指定大小的 Image，只需要创建 PVC 时请求指定存储大小就行，k8s 会根据请求存储大小和类型动态创建并分配，是不是很方便。那么我们就来创建一个 PVC 申请 1G 存储空间，新建 rbd-dyn-pv-claim.yaml 文件如下。

$ vim rbd-dyn-pv-claim.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ceph-rbd-dyn-pv-claim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: rbd
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

注意：这里要使用 storageClassName: rbd 指明我们使用的 storageClass 为前面创建的 rbd。accessModes 指定模型为 ReadWriteOnce rbd 只支持 ReadWriteOnce 和 ReadOnlyMany，因为下边有写入操作，所以这里使用 ReadWriteOnce 即可。

然后我们创建一个该 PVC，看下能否创建成功吧！

$ kubectl create -f rbd-dyn-pv-claim.yaml 
persistentvolumeclaim "ceph-rbd-dyn-pv-claim" created
$ kubectl get pvc
NAME                    STATUS    VOLUME    CAPACITY   ACCESSMODES   STORAGECLASS   AGE
ceph-rbd-dyn-pv-claim   Pending                                      rbd            29s

不过很遗憾，状态为 Pending 并没有创建成功，这是什么原因呢？我们查看下该 PVC 详细出错信息吧！

$ kubectl describe pvc/ceph-rbd-dyn-pv-claim
Name:   ceph-rbd-dyn-pv-claim
Namespace:  default
StorageClass: rbd
Status:   Pending
Volume:   
Labels:   <none>
Annotations:  volume.beta.kubernetes.io/storage-provisioner=kubernetes.io/rbd
Capacity: 
Access Modes: 
Events:
  FirstSeen LastSeen  Count From        SubObjectPath Type    Reason  Message
  --------- --------  ----- ----        ------------- --------  ------  -------
  46s   6s    4 persistentvolume-controller     Warning   ProvisioningFailed  Failed to provision volume with StorageClass "rbd": failed to create rbd image: executable file not found in $PATH, command output:

从打印信息中可以看到如下出错信息 failed to create rbd image: executable file not found in $PATH，提示创建 rbd image 失败，因为在 $PATH 中没找到可执行文件。于是在 kubernetes github issues 中搜索了一下相关信息，通过 issues/38923 这个 issues 中的描述，大概了解到是需要安装 ceph-common 工具插件来操作 Ceph，上边报错应该就是找不到该插件导致的。里面也给出了一个解决办法，那就是添加 ceph-common 到 hyperkube image 中，具体就是构建一个新的安装了 ceph-common 的同名镜像 hyperkube-amd64 替换官方镜像即可。

$ vim Dockerfile
FROM gcr.io/google_containers/hyperkube-amd64:v1.2.1

RUN curl https://raw.githubusercontent.com/ceph/ceph/master/keys/release.asc | apt-key add - && \
    echo deb http://download.ceph.com/debian-hammer/ jessie main | tee /etc/apt/sources.list.d/ceph.list && \
    apt-get update && \
    DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -q -y ceph-common && \
    apt-get clean && rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/*

$ docker build -t custom/hyperkube-amd64:v1.2.1 .

不过，因为国内网络的问题，没法拉取 gcr.io/google_containers/hyperkube-amd64:v1.2.1 镜像，所以我采用另一种方式，就是使用上边提到的扩展存储卷插件来帮我们完成这一步。

$ cd /home/wanyang3/k8s
$ git clone https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage.git
$ tree external-storage/ceph/rbd/deploy/
├── README.md
├── non-rbac
│   └── deployment.yaml
└── rbac
    ├── clusterrole.yaml
    ├── clusterrolebinding.yaml
    ├── deployment.yaml
    └── serviceaccount.yaml

简单说一下，这里提供 rbac 和 no-rbac 两种方式，这里因为我们搭建的 k8s 集群时开启了 rbac 认证的，所以这里采用 rbac 方式来创建该 deployment。ClusterRoleBinding 默认绑定 namespace: default，如果要修改为其他 namespace，对应的 storageClass 中的adminSecretNamespace 也需要对应修改下。下边我们就把 rbac 文件夹下相关的 ClusterRole、ClusterRoleBinding、ServiceAccount、Deployment 创建一下吧！

$ kubectl apply -f rbac/
clusterrole "rbd-provisioner" created
clusterrolebinding "rbd-provisioner" created
deployment "rbd-provisioner" created
serviceaccount "rbd-provisioner" create

$ kubectl get pods
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
rbd-provisioner-687025274-1l6h5   1/1       Running   0          9s

我们看到该 rbd-provisioner 的 Deployment 已经成功启动起来了，接下来，最重要的一步就是修改上边 rbd-storage-class.yaml 文件将 provisioner: kubernetes.io/rbd 修改为 provisioner: ceph.com/rbd，意思就是不使用 k8s 内部提供的 rbd 存储类型，而是使用我们刚创建的扩展 rbd 存储。

$ vim rbd-storage-class.yaml
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: rbd
provisioner: ceph.com/rbd
parameters:
  monitors: 10.222.78.12:6789
  adminId: admin
  adminSecretName: ceph-secret-admin
  adminSecretNamespace: default
  pool: rbd
  userId: admin
  userSecretName: ceph-secret-admin

OK 我们来重新创建一下名称为 rbd 类型为 ceph.com/rbd 的 storage-class 看下。

$ kubectl apply -f rbd-storage-class.yaml

$ kubectl get sc
NAME      TYPE
rbd       ceph.com/rbd

创建成功，rbd-dyn-pv-claim.yaml 文件不用做任何修改，再次重新创建一下 rbd-dyn-pv-claim 看下这次能够正常创建吧！

$ kubectl create -f rbd-dyn-pv-claim.yaml 
persistentvolumeclaim "ceph-rbd-dyn-pv-claim" created
$ kubectl get pvc
NAME                    STATUS    VOLUME                                     CAPACITY   ACCESSMODES   STORAGECLASS   AGE
ceph-rbd-dyn-pv-claim   Bound     pvc-cd63e53a-fa6f-11e7-a8e8-080027ee5979   1Gi        RWO           rbd            7s

这次创建成功啦！可以看到 STORAGECLASS 字段显示的 rbd 即为上边创建的 rbd storageClass。接下来，我们来创建一个挂载该 PVC 的 Pod，看能否挂载成功吧！

3.3 创建 rbd-dyn-pvc-pod

最后我们创建一个挂载该 RBD 的 Pod 了，这里我还是使用 busybox 容器测试吧！新建 Pod 文件 rbd-dyn-pvc-pod1.yaml 如下。

$ vim rbd-dyn-pvc-pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: rbd-dyn-pvc-pod
  name: ceph-rbd-dyn-pv-pod1
spec:
  containers:
  - name: ceph-rbd-dyn-pv-busybox1
    image: busybox
    command: ["sleep", "60000"]
    volumeMounts:
    - name: ceph-dyn-rbd-vol1
      mountPath: /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox
      readOnly: false
  volumes:
  - name: ceph-dyn-rbd-vol1
    persistentVolumeClaim:
      claimName: ceph-rbd-dyn-pv-claim

从文件可以看到，我们要将上边创建的 ceph-rbd-dyn-pv-claim 请求的资源挂载到容器的 /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox 目录。接下来创建一下该 Pod，看是否能够正常运行吧！

$ kubectl create -f rbd-dyn-pvc-pod1.yaml 
pod "ceph-rbd-dyn-pv-pod1" created
$ kubectl get pods 
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
ceph-rbd-dyn-pv-pod1              1/1       Running   0          25s
rbd-provisioner-687025274-1l6h5   1/1       Running   0          7m

创建成功，接下来，我们去 node0 节点验证一下容器内是否正确挂载了该 rbd 到指定路径吧！

# node0 上操作
$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                                                                                              COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS               NAMES
1095a0a49cc6        docker.io/busybox@sha256:263477f49bb8d4d3d33c16a09671711c7eb5fac4bdf777f776ca16b931834ebf                          "sleep 60000"            About a minute ago   Up About a minute                       k8s_ceph-rbd-dyn-pv-busybox1_ceph-rbd-dyn-pv-pod1_default_12923bed-fa70-11e7-a8e8-080027ee5979_0

# 查看容器挂载信息
$ docker inspect 1095a0a49cc6
"Mounts": [
            {
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/12923bed-fa70-11e7-a8e8-080027ee5979/volumes/kubernetes.io~rbd/pvc-cd63e53a-fa6f-11e7-a8e8-080027ee5979",
                "Destination": "/mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox",
                "Mode": "",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            },
            {
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/12923bed-fa70-11e7-a8e8-080027ee5979/volumes/kubernetes.io~secret/default-token-630xt",
                "Destination": "/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount",
                "Mode": "ro",
                "RW": false,
                "Propagation": "rprivate"
            },
            {
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/12923bed-fa70-11e7-a8e8-080027ee5979/etc-hosts",
                "Destination": "/etc/hosts",
                "Mode": "",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            },
            {
                "Source": "/var/lib/kubelet/pods/12923bed-fa70-11e7-a8e8-080027ee5979/containers/ceph-rbd-dyn-pv-busybox1/520bdd35",
                "Destination": "/dev/termination-log",
                "Mode": "",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            }
        ],

# 进入容器内，查看挂载详情以及测试生成文件
$ docker exec -it 1095a0a49cc6 /bin/sh

/ # df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
                         10.0G     34.1M     10.0G   0% /
/dev/rbd0               975.9M      2.5M    906.2M   0% /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox
...

/ # cd /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox

/mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox # dd if=/dev/zero of=test-rbd-dyn-1 bs=500M count=1
1+0 records in
1+0 records out
524288000 bytes (500.0MB) copied, 5.256829 seconds, 95.1MB/s

/mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox # df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
                        10.0G     34.1M     10.0G   0% /
/dev/rbd0               975.9M    502.5M    406.2M  55% /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc/busybox
...

妥妥没问题的！我们看到 k8s 动态的创建了 1G 大小的 rbd Image 并挂载到容器指定路径下。这里我们可以使用 ceph rbd 命令行查看下。

# rbd list
kubernetes-dynamic-pvc-cd6e6d18-fa6f-11e7-bd8e-0a580a600102

# rbd info kubernetes-dynamic-pvc-cd6e6d18-fa6f-11e7-bd8e-0a580a600102
rbd image 'kubernetes-dynamic-pvc-cd6e6d18-fa6f-11e7-bd8e-0a580a600102':
  size 1024 MB in 256 objects
  order 22 (4096 kB objects)
  block_name_prefix: rb.0.1023.2ae8944a
  format: 1

我们会发现，没有提前创建好 1G 大小的 rbd image，只是创建 PVC 时申请了 1G 存储，k8s 就自动创建好了指定大小的 Image 并挂载到容器内部，太方便了有木有！同时，我们看到默认使用的 format 为 1，这里也可以指定格式为 2，可以在 rbd-storage-class.yaml 中指定 imageFormat: "2"，同时还可以指定 imageFeatures: layering 等等。

为了更好的演示 k8s 的动态卷配置，我们在创建一个 PVC 申请 5G 存储，并挂载到到一个新的 pod 的指定路径上试试。注意：这里我们就不用再创建 StorageClass 了，只需要创建 PVC 和 Pod 即可，要是像之前使用静态配置的话，我们既要创建 Image 又要创建 PV，是不是很麻烦。

创建 rbd-dyn-pv-claim2 的 PVC 申请 5G 存储空间。

$ vim rbd-dyn-pv-claim2.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ceph-rbd-dyn-pv-claim2
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: rbd
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

$ kubectl create -f rbd-dyn-pv-claim2.yaml 
persistentvolumeclaim "ceph-rbd-dyn-pv-claim2" created
$ kubectl get pvc
NAME                     STATUS    VOLUME                                     CAPACITY   ACCESSMODES   STORAGECLASS   AGE
ceph-rbd-dyn-pv-claim1   Bound     pvc-cd63e53a-fa6f-11e7-a8e8-080027ee5979   1Gi        RWO           rbd            2h
ceph-rbd-dyn-pv-claim2   Bound     pvc-1095b851-fa86-11e7-a8e8-080027ee5979   5Gi        RWO           rbd            6s

创建 rbd-dyn-pvc-pod2 的 Pod 挂载动态创建的 rbd 到指定目录 /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc2/busybox。

$ vim rbd-dyn-pvc-pod2.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: rbd-dyn-pvc-pod
  name: ceph-rbd-dyn-pv-pod2
spec:
  containers:
  - name: ceph-rbd-dyn-pv-busybox2
    image: busybox
    command: ["sleep", "60000"]
    volumeMounts:
    - name: ceph-dyn-rbd-vol2
      mountPath: /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc2/busybox
      readOnly: false
  volumes:
  - name: ceph-dyn-rbd-vol2
    persistentVolumeClaim:
      claimName: ceph-rbd-dyn-pv-claim2

$ kubectl create -f rbd-dyn-pvc-pod2.yaml 
pod "ceph-rbd-dyn-pv-pod2" created
$ kubectl get pod
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE
ceph-rbd-dyn-pv-pod1              1/1       Running   0          2h
ceph-rbd-dyn-pv-pod2              1/1       Running   0          16s
rbd-provisioner-687025274-1l6h5   1/1       Running   0          2h

去 node0 验证一下本次创建的 Pod2 是否正确挂载了动态创建的 rbd。

# node0 上执行
$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                                                                                              COMMAND                  CREATED              STATUS              PORTS               NAMES
32c632fedff6        docker.io/busybox@sha256:263477f49bb8d4d3d33c16a09671711c7eb5fac4bdf777f776ca16b931834ebf                          "sleep 60000"            About a minute ago   Up About a minute                       k8s_ceph-rbd-dyn-pv-busybox2_ceph-rbd-dyn-pv-pod2_default_282aea2b-fa86-11e7-a8e8-080027ee5979_0

$ docker exec -it 32c632fedff6 df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
                         10.0G     34.1M     10.0G   0% /
/dev/rbd1                 4.8G     20.0M      4.5G   0% /mnt/ceph-dyn-rbd-pvc2/busybox
...

可以看到已经挂载了动态申请的 5G 存储空间，使用 ceph rbd 命令查看下创建的 Image 信息吧！

$ rbd list
kubernetes-dynamic-pvc-1c2aee43-fa86-11e7-bd8e-0a580a600102
kubernetes-dynamic-pvc-cd6e6d18-fa6f-11e7-bd8e-0a580a600102

$ rbd info kubernetes-dynamic-pvc-1c2aee43-fa86-11e7-bd8e-0a580a600102
rbd image 'kubernetes-dynamic-pvc-1c2aee43-fa86-11e7-bd8e-0a580a600102':
  size 5120 MB in 1280 objects
  order 22 (4096 kB objects)
  block_name_prefix: rb.0.1028.74b0dc51
  format: 1

最后，要提一下的是，如果我们使用动态配置的卷，则默认的回收策略为 “删除”。这意味着，在默认的情况下，当 PVC 被删除时，基础的 PV 和对应的存储也会被删除。如果需要保留存储在卷上的数据，则必须在 PV 被设置之后将回收策略从 delete 更改为 retain。可以通过修改 PV 对象中的 persistentVolumeReclaimPolicy 字段的值来修改 PV 的回收策略。

参考资料

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2018年01月21日，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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