Kubernetes dynamic provisioning 及 glusterfs 对接

引言

传统的运维中，往往需要管理员手动先在存储集群分配空间，然后才能挂载到应用中去。Kubernetes 的最新版中，dynamic provisioning 升级到了 beta ，并支持多种存储服务的动态预配置，从而可以更有效地利用存储环境中的存储容量，达到按需使用存储空间的目的。本文将介绍 dynamic provisioning 这一特性，并以 GlusterFS 为例，说明存储服务与 k8s 的对接。

dynamic provisioning：

存储是容器编排中非常重要的一部分。Kubernetes 从 v1.2 开始，提供了 dynamic provisioning 这一强大的特性，可以给集群提供按需分配的存储，并能支持包括 AWS-EBS、GCE-PD、Cinder-Openstack、Ceph、GlusterFS 等多种云存储。非官方支持的存储也可以通过编写 plugin 方式支持。
在没有 dynamic provisioning 时，容器为了使用 Volume，需要预先在存储端分配好，这个过程往往是管理员手动的。在引入 dynamic provisioning 之后，Kubernetes 会根据容器所需的 volume 大小，通过调用存储服务的接口，动态地创建满足所需的存储。

Storageclass：

管理员可以配置 storageclass，来描述所提供存储的类型。以 AWS-EBS 为例，管理员可以分别定义两种 storageclass：slow 和 fast。slow 对接 sc1(机械硬盘)，fast 对接 gp2（固态硬盘）。应用可以根据业务的性能需求，分别选择两种 storageclass。

Glusterfs：

一个开源的分布式文件系统，具有强大的横向扩展能力，通过扩展能够支持数 PB 存储容量和处理数千客户端。GlusterFS 借助 TCP/IP 或 InfiniBandRDMA 网络将物理分布的存储资源聚集在一起，使用单一全局命名空间来管理数据。

Heketi:

Heketi（https://github.com/heketi/heketi），是一个基于 RESTful API 的 GlusterFS 卷管理框架。
Heketi 可以方便地和云平台整合，提供 RESTful API 供 Kubernetes 调用，实现多 glusterfs 集群的卷管理。另外，heketi 还有保证 bricks 和它对应的副本均匀分布在集群中的不同可用区的优点。

部署基于 GlusterFS 的 dynamic provisioning

1、安装 GlusterFS。可以参见官方文档，在此不赘述。

2、部署 heketi。本文将以容器化的形式部署 heketi。heketi 的 yaml 如下：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: heketi
labels:
app: heketi
spec:
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: heketi
spec:
containers:
– name: heketi
image:caicloud: heketi
ports:
– containerPort: 8080
volumeMounts:
– mountPath: /etc/heketi
name: heketi-volume
– mountPath: /root/.ssh
name: ssh-volume
volumes:
– name: ssh-volume
hostPath:
path: /root/.ssh # This node must be able to ssh to other nodes.
– name: heketi-volume
hostPath:
path: /root/heketi
nodeName: {{heketi_node}} # Pinned to node

等 heketi 开始成功运行后，需要将 glusterfs 集群的配置载入，可以通过 curl api 的形式，也可以通过 heketi 的客户端来载入，如 ./heketi-cli load –json=new-cluster.json。new-cluster.json 中定义了 glusterfs 集群的各个节点 IP、可用分区等信息。典型的配置例子：https://github.com/heketi/heketi/blob/master/client/cli/go/topology-sample.json

注意事项：
Heketi 需要使用能够免密 ssh 到 glusterfs 集群所有节点的私钥，并且 heketi 会在 glusterfs 集群将指定的分区格式化, 并调用 pvcreate 和 lvcreate 将分区组装成 volume group。

3、部署 StorageClass

apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: StorageClass
metadata:
name: glusterfs-rep3
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
resturl: “http://192.168.1.111:8081” //heketi地址，也可以填域名
clusterid: “630372ccdc720a92c681fb928f27b53f” // 可选，要使用的集群id
restuser: “admin” // 可选，authentication 的用户名
secretNamespace: “default” // 可选，authentication 的密码所在的 secret 所在的namespace
secretName: “heketi-secret” // 可选，authentication 的密码所在的 secret
gidMin: “40000” // 能够使用的最小gid，可选，每个 gluster volume 都有唯一的 gid
gidMax: “50000” // 能够使用的最大gid，可选
volumetype: “replicate:3” // 可选，glusterfs 的 volume 类型，数字为副本的数量

这里 volumetype 填了 replicate:3，同理，我们也可以定义其他卷类型的storageclass，比如 disperse:4:2，表示使用纠错卷（disperse），每 4 份 brick 做 2 份冗余。volumetype: none 将会默认使用分布式卷。

4、创建 PVC（Persistent Volume Claim），指定 storageclass，并声明所需存储大小。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: gluster-pvc-10G
annotations:
volume.beta.kubernetes.io/storage-class: glusterfs-rep3 // 指定storageclass
spec:
accessModes:
– ReadWriteMany // 可以被多个pod挂载读写
resources:
requests:
storage: 10Gi // 指定使用10G大小的存储

创建 pvc 后，Kubernetes 会调用 heketi 的 create volume API。之后 heketi 将会去检查 glusterfs 集群的可用空间。本文指定了 rep3 的 storageclass, 所以需要 3 个节点有至少 10G 的可用磁盘空间。如果满足条件，Kubernetes 则会创建相应大小的 PV （Persistent Volume），并绑定该 PVC。否则，该 PVC 将一直停留在 pending 状态。
本文指定了 3 个副本的 gluster 存储，其实只要将 annotations 中的 storageclass 换个名字，应用就可以使用其他类型的存储，非常方便。

5、验证

PVC 成功绑定 PV 后，可以让应用使用该 PVC 作为存储。我们可以新建一个 debian 的 pod，用来验证，yaml 如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: gluster-tester
spec:
containers:
– name: glusterfs
image: cargo.caicloud.io/caicloud/debian:jessie
volumeMounts:
– mountPath: “/mnt/gluster”
name: test-vol
args:
– tail
– “-f”
– “/dev/null”
volumes:
– name: test-vol
persistentVolumeClaim:
claimName: gluster-pvc-10G

通过 kubectl exec 进入该容器的终端后，就可以在 /mnt/glusterfs 目录下使用 10G 的 glusterfs 存储。因为 gluster-pvc-10G 是 ReadWriteMany（可以被多个 pod 挂载读写）的，所以可以在其他应用中也使用这个 PVC，达到数据共享的目的。

总结

可以看到，有使用存储需求的应用，都只需要声明大小，指定 storageclass，Kubernetes 就可以动态地配置相应大小的存储，应用完全的不需要底层存储的细节。
最后，glusterfs/heketi 相关的yaml 和部署说明可以在 https://github.com/heketi/heketi/tree/master/extras/kubernetes 找到。