1、NFS介绍
NFS是Network File System的简写,即网络文件系统,NFS是FreeBSD支持的文件系统中的一种。NFS基于RPC(Remote Procedure Call)远程过程调用实现,其允许一个系统在网络上与它人共享目录和文件。通过使用NFS,用户和程序就可以像访问本地文件一样访问远端系统上的文件。NFS是一个非常稳定的,可移植的网络文件系统。具备可扩展和高性能等特性,达到了企业级应用质量标准。由于网络速度的增加和延迟的降低,NFS系统一直是通过网络提供文件系统服务的有竞争力的选择 。
1.1 nfs原理
NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的机制进行实现,RPC使得客户端可以调用服务端的函数。同时,由于有 VFS 的存在,客户端可以像使用其它普通文件系统一样使用 NFS 文件系统。经由操作系统的内核,将 NFS 文件系统的调用请求通过 TCP/IP 发送至服务端的 NFS 服务。NFS服务器执行相关的操作,并将操作结果返回给客户端。
NFS服务主要进程包括:
- rpc.nfsd:最主要的NFS进程,管理客户端是否可登录
- rpc.mountd:挂载和卸载NFS文件系统,包括权限管理
- rpc.lockd:非必要,管理文件锁,避免同时写出错
- rpc.statd:非必要,检查文件一致性,可修复文件
nfs的关键工具包括:
- 主要配置文件:/etc/exports;
- NFS文件系统维护命令:/usr/bin/exportfs;
- 共享资源的日志文件: /var/lib/nfs/*tab;
- 客户端查询共享资源命令: /usr/sbin/showmount;
- 端口配置: /etc/sysconfig/nfs。
1.2 共享配置
在NFS服务器端的主要配置文件为/etc/exports时,通过此配置文件可以设置共享文件目录。每条配置记录由NFS共享目录、NFS客户端地址和参数这3部分组成,格式如下:
[NFS共享目录] [NFS客户端地址1(参数1,参数2,参数3……)] [客户端地址2(参数1,参数2,参数3……)]
- NFS共享目录:服务器上共享出去的文件目录;
- NFS客户端地址:允许其访问的NFS服务器的客户端地址,可以是客户端IP地址,也可以是一个网段(192.168.64.0/24);
- 访问参数:括号中逗号分隔项,主要是一些权限选项。
1)访问权限参数
序号 |
选项 |
描述 |
1 | ro | 客户端对于共享文件目录为只读权限。(默认设置) |
2 | rw | 客户端对共享文件目录具有读写权限。 |
2)用户映射参数
序号 |
选项 |
描述 |
1 | root_squash | 使客户端使用root账户访问时,服务器映射为服务器本地的匿名账号。 |
2 | no_root_squash | 客户端连接服务端时如果使用的是root的话,那么也拥有对服务端分享的目录的root权限。 |
3 | all_squash | 将所有客户端用户请求映射到匿名用户或用户组(nfsnobody)。 |
4 | no_all_squash | 与上相反(默认设置)。 |
5 | anonuid=xxx | 将远程访问的所有用户都映射为匿名用户,并指定该用户为本地用户(UID=xxx)。 |
6 | anongid=xxx | 将远程访问的所有用户组都映射为匿名用户组账户,并指定该匿名用户组账户为本地用户组账户(GID=xxx)。 |
3)其它配置参数
序号 |
选项 |
描述 |
1 | sync | 同步写操作,数据写入存储设备后返回成功信息。(默认设置) |
2 | async | 异步写操作,数据在未完全写入存储设备前就返回成功信息,实际还在内存。 |
3 | wdelay | 延迟写入选项,将多个写操请求合并后写入硬盘,减少I/O次数,NFS非正常关闭数据可能丢失(默认设置)。 |
4 | no_wdelay | 与上相反,不与async同时生效,如果NFS服务器主要收到小且不相关的请求,该选项实际会降低性能。 |
5 | subtree | 若输出目录是一个子目录,则nfs服务器将检查其父目录的权限(默认设置); |
6 | no_subtree | 即使输出目录是一个子目录,nfs服务器也不检查其父目录的权限,这样可以提高效率 |
7 | secure | 限制客户端只能从小于1024的tcp/ip端口连接nfs服务器(默认设置)。 |
8 | insecure | 允许客户端从大于1024的tcp/ip端口连接服务器。 |
2、nfs服务端配置
在nfs作为网络文件存储系统前,首先,需要安装nfs和rpcbind服务;接着,需要创建使用共享目录的用户;然后,需要对共享目录进行配置,这是其中相对重要和复杂的一个步骤;最后,需要启动rpcbind和nfs服务,以供应用使用。
2.1 安装nfs服务
1)通过yum目录安装nfs服务和rpcbind服务:
$ yum -y install nfs-utils rpcbind
2)检查nfs服务是否正常安装
$ rpcinfo -p localhost
2.2 创建用户
为NFS服务其添加用户,并创建共享目录,以及设置用户设置共享目录的访问权限:
$ useradd -u nfs
$ mkdir -p /nfs-share $ chmod a+w /nfs-share
2.3 配置共享目录
在nfs服务器中为客户端配置共享目录:
$ echo "/nfs-share *(rw,async,no_root_squash)" >> /etc/exports
通过执行如下命令是配置生效:
$exportfs -r
2.4 启动服务
1)由于必须先启动rpcbind服务,再启动nfs服务,这样才能让nfs服务在rpcbind服务上注册成功:
$ systemctl start rpcbind
2)启动nfs服务:
$ systemctl start nfs-server
3)设置rpcbind和nfs-server开机启动:
$ systemctl enable rpcbind $ systemctl enable nfs-server
2.5 检查nfs服务是否正常启动
$ showmount -e localhost $ mount -t nfs 127.0.0.1:/data /mnt
3、nfs作为volume
nfs可以直接作为存储卷使用,下面是一个redis部署的YAML配置文件。在此示例中,redis在容器中的持久化数据保存在/data目录下;存储卷使用nfs,nfs的服务地址为:192.168.8.150,存储路径为:/k8s-nfs/redis/data。容器通过volumeMounts.name的值确定所使用的存储卷。
apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2 kind: Deployment metadata: name: redis spec: selector: matchLabels: app: redis revisionHistoryLimit: 2 template: metadata: labels: app: redis spec: containers: # 应用的镜像 - image: redis name: redis imagePullPolicy: IfNotPresent # 应用的内部端口 ports: - containerPort: 6379 name: redis6379 env: - name: ALLOW_EMPTY_PASSWORD value: "yes" - name: REDIS_PASSWORD value: "redis" # 持久化挂接位置,在docker中 volumeMounts: - name: redis-persistent-storage mountPath: /data volumes: # 宿主机上的目录 - name: redis-persistent-storage nfs: path: /k8s-nfs/redis/data server: 192.168.8.150
4、nfs作为PersistentVolum
在Kubernetes当前版本的中,可以创建类型为nfs的持久化存储卷,用于为PersistentVolumClaim提供存储卷。在下面的PersistenVolume YAML配置文件中,定义了一个名为nfs-pv的持久化存储卷,此存储卷提供了5G的存储空间,只能由一个PersistentVolumClaim进行可读可写操作。此持久化存储卷使用的nfs服务器地址为192.168.5.150,存储的路径为/tmp。
apiVersion: v1 kind: PersistentVolume metadata: name: nfs-pv spec: capacity: storage: 5Gi volumeMode: Filesystem accessModes: - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle storageClassName: slow mountOptions: - hard - nfsvers=4.1 # 此持久化存储卷使用nfs插件 nfs: # nfs共享目录为/tmp path: /tmp # nfs服务器的地址 server: 192.168.5.150
通过执行如下的命令可以创建上述持久化存储卷:
$ kubectl create -f {path}/nfs-pv.yaml
存储卷创建成功后将处于可用状态,等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim会通过访问模式和存储空间自动选择合适存储卷,并与其进行绑定。
5、nfs作为动态存储提供
5.1 部署nfs-provisioner
为nfs-provisioner实例选择存储状态和数据的存储卷,并将存储卷挂接到容器的/export 命令。
... volumeMounts: - name: export-volume mountPath: /export volumes: - name: export-volume hostPath: path: /tmp/nfs-provisioner ...
为StorageClass选择一个供应者名称,并在deploy/kubernetes/deployment.yaml进行设置。
args: - "-provisioner=example.com/nfs" ...
完整的deployment.yaml文件内容如下:
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: nfs-provisioner
labels:
app: nfs-provisioner
spec:
ports:
- name: nfs
port: 2049
- name: mountd
port: 20048
- name: rpcbind
port: 111
- name: rpcbind-udp
port: 111
protocol: UDP
selector:
app: nfs-provisioner
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: nfs-provisioner
spec:
replicas: 1
strategy:
type: Recreate
template:
metadata:
labels:
app: nfs-provisioner
spec:
containers:
- name: nfs-provisioner
image: quay.io/kubernetes_incubator/nfs-provisioner:v1.0.8
ports:
- name: nfs
containerPort: 2049
- name: mountd
containerPort: 20048
- name: rpcbind
containerPort: 111
- name: rpcbind-udp
containerPort: 111
protocol: UDP
securityContext:
capabilities:
add:
- DAC_READ_SEARCH
- SYS_RESOURCE
args:
# 定义提供者的名称,存储类通过此名称指定提供者
- "-provisioner=nfs-provisioner"
env:
- name: POD_IP
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: status.podIP
- name: SERVICE_NAME
value: nfs-provisioner
- name: POD_NAMESPACE
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: metadata.namespace
imagePullPolicy: "IfNotPresent"
volumeMounts:
- name: export-volume
mountPath: /export
volumes:
- name: export-volume
hostPath:
path: /srv
在设置好deploy/kubernetes/deployment.yaml文件后,通过kubectl create命令在Kubernetes集群中部署nfs-provisioner。
$ kubectl create -f {path}/deployment.yaml
5.2 创建StorageClass
下面是example-nfs的StorageClass配置文件,此配置文件定义了一个名称为nfs-storageclass的存储类,此存储类的提供者为nfs-provisioner。
apiVersion: storage.k8s.io/v1 kind: StorageClass metadata: name: nfs-storageclass provisioner: nfs-provisioner
通过kubectl create -f命令使用上面的配置文件创建:
$ kubectl create -f deploy/kubernetes/class.yaml
storageclass “example-nfs” created
在存储类被正确创建后,就可以创建PersistenetVolumeClaim来请求StorageClass,而StorageClass将会为PersistenetVolumeClaim自动创建一个可用PersistentVolume。
5.3 创建PersistenetVolumeClaim
PersistenetVolumeClaim是对PersistenetVolume的声明,即PersistenetVolume为存储的提供者,而PersistenetVolumeClaim为存储的消费者。下面是PersistentVolumeClaim的YAML配置文件,此配置文件通过metadata.annotations[].volume.beta.kubernetes.io/storage-class字段指定所使用的存储储类。
在此配置文件中,使用nfs-storageclass存储类为PersistenetVolumeClaim创建PersistenetVolume,所要求的PersistenetVolume存储空间大小为1Mi,可以被多个容器进行读取和写入操作。
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: nfs-pvc
annotations:
volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-storageclass"
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 1Mi
通过kubectl create命令创建上述的持久化存储卷声明:
$ kubectl create -f {path}/claim.yaml
5.4 创建使用PersistenVolumeClaim的部署
在这里定义名为busybox-deployment的部署YAML配置文件,使用的镜像为busybox。基于busybox镜像的容器需要对/mnt目录下的数据进行持久化,在YAML文件指定使用名称为nfs的PersistenVolumeClaim对容器的数据进行持久化。
# This mounts the nfs volume claim into /mnt and continuously # overwrites /mnt/index.html with the time and hostname of the pod. apiVersion: v1 kind: Deployment metadata: name: busybox-deployment spec: replicas: 2 selector: name: busybox-deployment template: metadata: labels: name: busybox-deployment spec: containers: - image: busybox command: - sh - -c - 'while true; do date > /mnt/index.html; hostname >> /mnt/index.html; sleep $(($RANDOM % 5 + 5)); done' imagePullPolicy: IfNotPresent name: busybox volumeMounts: # name must match the volume name below - name: nfs mountPath: "/mnt" # volumes: - name: nfs persistentVolumeClaim: claimName: nfs-pvc
通过kubectl create创建busy-deployment部署:
$ kubectl create -f {path}/nfs-busybox-deployment.yaml
参考资料
- 《Persistent Volumes》地址:https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
- 《Storage Classes》地址:https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/storage-classes/
- 《Dynamic Volume Provisioning》地址:https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/dynamic-provisioning/
- 《Volums》地址:https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/
- 《nfs》地址:https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs
作者简介:
季向远,北京神舟航天软件技术有限公司产品经理。本文版权归原作者所有。
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