Kubernetes技术分析之存储

概述

Docker的流行激活了一直不温不火的PaaS，随着而来的是各类Micro-PaaS的出现，Kubernetes是其中最具代表性的一员，它是Google多年大规模容器管理技术的开源版本。本系列文章将逐一分析Kubernetes，本文详细介绍如何使用Kubernetes支持的几种Volume。

Kubernetes存储

众所周知，使用Docker的时候，容器中的数据是临时，即当容器销毁时，其中的数据时丢失。如果需要持久化数据，需要使用Docker Volume挂载宿主机上的文件目录到容器中。Kubernetes中的Volume则是基于Docker进行扩展，支持更加丰富的功能，Kubernetes支持以下类型的Volume：

emptyDir

如果Pod配置了emptyDir类型Volume， Pod 被分配到Node上时候，会创建emptyDir，只要Pod运行在Node上，emptyDir都会存在（容器挂掉不会导致emptyDir丢失数据），但是如果Pod从Node上被删除（Pod被删除，或者Pod发生迁移），emptyDir也会被删除，并且永久丢失。
现在创建一个Pod使用emptyDir， busybox-pod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    name: busybox
spec:
  containers:
    - image: busybox
      command:
        - sleep
        - "3600"
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      name: busybox
      volumeMounts:
        - mountPath: /busybox-data
          name: data
  volumes:
    - name: data
      emptyDir: {}

Pod运行后，docker inspect它的容器：

    "Volumes": {
        "/busybox-data": "/var/lib/kubelet/pods/da47d6b1-374c-11e5-ad0f-005056817c3e/volumes/kubernetes.io~empty-dir/data",
        "/dev/termination-log": "/var/lib/kubelet/pods/da47d6b1-374c-11e5-ad0f-005056817c3e/containers/busybox/4f4c540ea667e78fca68886d5b5700abb652523dc39d3ca36bb2573ea016be21"
    },
    "VolumesRW": {
        "/busybox-data": true,
        "/dev/termination-log": true
    },
    "VolumesRelabel": {
        "/busybox-data": "",
        "/dev/termination-log": ""
    }

可以看到容器挂载配置的emptyDir：

/var/lib/kubelet/pods/<id>/volumes/kubernetes.io~empty-dir/data =》 /busybox-data

hostPath

hostPath允许挂载Node上的文件系统到Pod里面去。如果Pod有需要使用Node上的东西，可以使用hostPath，不过不过建议使用，因为理论上Pod不应该感知Node的。
busybox-pod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    name: busybox
spec:
  containers:
    - image: busybox
      command:
        - sleep
        - "3600"
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      name: busybox
      volumeMounts:
        - mountPath: /busybox-data
          name: data
  volumes:
  - hostPath:
      path: /tmp/data
    name: data

docker inspect:

   "Volumes": {
        "/busybox-data": "/tmp/data",
        "/dev/termination-log": "/var/lib/kubelet/pods/522b7dd3-374f-11e5-ad0f-005056817c3e/containers/busybox/d6b5adcaf869ad290a3c4602313fc813451eabcc47d4583ee6dd4f6ba9fd8009"
    },
    "VolumesRW": {
        "/busybox-data": true,
        "/dev/termination-log": true
    },
    "VolumesRelabel": {
        "/busybox-data": "",
        "/dev/termination-log": ""
    }

emptyDir和hostPat很多场景是无法满足持久化需求，因为在Pod发生迁移的时候，数据都无法进行转移的，这就需要分布式文件系统的支持。

nfs

NFS 是Network File System的缩写，即网络文件系统。Kubernetes中通过简单地配置就可以挂载NFS到Pod中，而NFS中的数据是可以永久保存的，同时NFS支持同时写操作。
下面的例子将在Kubernetes上部署一个NFS服务端,然后部署一个Pod使用该NFS服务端
nfs-server-pod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-server
  labels:
    role: nfs-server
spec:
  containers:
    - name: nfs-server
      image: jsafrane/nfs-data
      ports:
        - name: nfs
          containerPort: 2049
      securityContext:
        privileged: true

注意：运行nfs-server-pod需要kubelet开启privileged

nfs-service.yaml：

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-server
spec:
  clusterIP: 10.254.234.223
  ports:
    - port: 2049
  selector:
    role: nfs-server

创建完可以查看下NFS的配置：

$ kubectl exec nfs-server cat /etc/exports  
/mnt/data *(rw,sync,no_root_squash,insecure,fsid=0)

$ kubectl exec nfs-server cat /mnt/data/index.html
Hello world!

可以看到export了/mnt/data最为/， 并且/mnt/data下有个index.html

NFS 服务端安装完成后，需要在Kubernetes的每个Node安装NF客户端：

$ yum install nfs-utils

现在创建一个Pod使用NFS:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-web
spec:
  containers:
    - name: web
      image: nginx 
      ports:
        - name: web
          containerPort: 80
      volumeMounts:
          # name must match the volume name below
          - name: nfs
            mountPath: "/usr/share/nginx/html"
  volumes:
    - name: nfs
      nfs:
        # FIXME: use the right hostname
        server: 10.254.234.223
        path: "/"

该Pod启动一个nginx，然后挂载NFS Server的/到/usr/share/nginx/html， 即使用其中的index.html。

查看Pod的容器，可以看到容器挂载

/var/lib/kubelet/pods/<id>/volumes/kubernetes.io~nfs/nfs=> /usr/share/nginx/html

而实际上/var/lib/kubelet/pods//volumes/kubernetes.io~nfs/nfs挂载到NFS Server，效果如以下命令：

mount -t nfs 10.254.234.223:/ /var/lib/kubelet/pods/<id>/volumes/kubernetes.io~nfs/nfs

glusterfs

GlusterFS是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。同样地，Kubernetes支持Pod挂载到GlusterFS，这样数据将会永久保存。
首先需要一个GlusterFS环境，本文使用2台机器（CentOS7）安装GlusterFS服务端，在2台机器的 /etc/hosts配置以下信息：

192.168.3.150    gfs1
192.168.3.151    gfs2

在2台机器上安装：

$ wget http://dl.fedoraproject.org/pub/epel/7/x86_64/e/epel-release-7-5.noarch.rpm
$ rpm -ivh epel-release-7-5.noarch.rpm
$ wget -P /etc/yum.repos.d http://download.gluster.org/pub/gluster/glusterfs/LATEST/EPEL.repo/glusterfs-epel.repo
$ yum install glusterfs-server
$ service glusterd start

注意: GlusterFS服务端需要关闭SELinux：修改/etc/sysconfig/selinux中SELINUX=disabled。然后清空iptables: iptables -F

安装后查询状态：

$ service glusterd status

添加集群：
在gfs1上操作：

$ gluster peer probe gfs2

在gfs2上操作：

$ gluster peer probe gfs1

创建volume ：
在gfs1上操作：

$ mkdir /data/brick/gvol0
$ gluster volume create gvol0 replica 2 gfs1:/data/brick/gvol0 gfs2:/data/brick/gvol0
$ gluster volume start gvol0
$ gluster volume info

安装成功的话可以挂载试验下：

$ mount -t glusterfs gfs1:/gvol0 /mnt

GlusterFS服务端安装成功后，需要在每个Node上安装GlusterFS客户端:

$ yum install glusterfs-client

接着创建GlusterFS Endpoint，gluasterfs-endpoints.json：

{
  "kind": "Endpoints",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
    "name": "glusterfs-cluster"
  },
  "subsets": [
    {
      "addresses": [
        {
          "IP": "192.168.3.150"
        }
      ],
      "ports": [
        {
          "port": 1
        }
      ]
    },
    {
      "addresses": [
        {
          "IP": "192.168.3.151"
        }
      ],
      "ports": [
        {
          "port": 1
        }
      ]
    }
  ]
}

最后创建一个Pod挂载GlusterFS Volume, busybox-pod.yaml:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  labels:
    name: busybox
spec:
  containers:
    - image: busybox
      command:
        - sleep
        - "3600"
      imagePullPolicy: IfNotPresent
      name: busybox
      volumeMounts:
        - mountPath: /busybox-data
          name: data
  volumes:
  - glusterfs:
      endpoints: glusterfs-cluster
      path: gvol0
    name: data

查看Pod的容器，可以看到容器挂载

/var/lib/kubelet/pods/<id>/volumes/kubernetes.io~glusterfs/data => /busybox-data

在kubernetes.io~glusterfs/data目录下执行查询：

$ mount | grep gvol0
192.168.3.150:gvol0 on /var/lib/kubelet/pods/<id>/volumes/kubernetes.io~glusterfs/data type fuse.glusterfs (rw,relatime,user_id=0,group_id=0,default_permissions,allow_other,max_read=131072)

参考

• http://kubernetes.io/v1.0/docs/user-guide/volumes.html
• http://kubernetes.io/v1.0/examples/nfs/
• http://kubernetes.io/v1.0/examples/glusterfs/
• http://linoxide.com/file-system/install-configure-glusterfs-centos-7-aarch64/

作者简介

吴龙辉，现任网宿科技高级运营工程师，致力于云计算PaaS的研究和实践，活跃于CloudFoundry,Docker,Kubernetes等开源社区，贡献代码和撰写技术文档。
邮箱：[email protected]/[email protected]