20.Kubernetes共享存储

Kubermetes对于有状态的容器应用或者对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(CPU/内存)的管理方式完全不同。为了能够屏蔽底层存储实现的细节，让用户方便使用，同时能让管理员方便管理, Kubernetes从v1.0版本就引入PersistentVolume和PersistentVolumeClaim两个资源对象来实现对存储的管理子系统。

PersistentVolume (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GCB/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的对接，以供应用访问和使用。

PersistentVolumeClaim (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。

StorageClass，使用PVC“申请”到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，Kubernetes 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StorageClas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Kubermetes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。

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。下面的例子声明的PV具有如下属性: 5Gi 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
  metadata:
    name: pv1
  spec:
    capacity:
      storage: 5Gi
    accessModes:
      - ReadWriteOnce
    persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
    storageClassName: slow
    nfs:
      path: /tmp
      server: 172.17.0.2

Kubernetes支持的PV类型如下。

• gcePersistentDisk: GCE公有云提供的PersistentDisk。
• AWSElasticBlockStore: AWS公有云提供的ElasticBlockStore.
• AzureFile: Azure公有云提供的File。
• AzureDisk: Azure 公有云提供的Disk。
• FC ( Fibre Channel)。
• Flocker。
• NFS:网络文件系统。
• iSCSI。
• RBD (Rados Block Device); Ceph块存储。
• CephFS。
• Cinder: OpenStack Cinder块存储。
• 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。

1、Capacity（容量）

描述存储设备具备的能力，目前仅支持对存储空间的设置( storage= =xx)，未来可能加入

2、访问模式（Access Modes）

• 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。

注意：即使volume支持很多种访问模式，但它同时只能使用一种访问模式。比如，GCEPersistentDisk可以被单个节点映射为ReadWriteOnce，或者多个节点映射为ReadOnlyMany，但不能同时使用这两种方式来映射。

Volume Plugin	ReadWriteOnce	ReadOnlyMany	ReadWriteMany
AWSElasticBlockStore	✓	-	-
AzureFile	✓	✓	✓
AzureDisk	✓	-	-
CephFS	✓	✓	✓
Cinder	✓	-	-
FC	✓	✓	-
FlexVolume	✓	✓	-
Flocker	✓	-	-
GCEPersistentDisk	✓	✓	-
Glusterfs	✓	✓	✓
HostPath	✓	-	-
iSCSI	✓	✓	-
PhotonPersistentDisk	✓	-	-
Quobyte	✓	✓	✓
NFS	✓	✓	✓
RBD	✓	✓	-
VsphereVolume	✓	-	-
PortworxVolume	✓	-	✓
ScaleIO	✓	✓	-

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。

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m -rf /thevolume/*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、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. PV生命周期的各个阶段( Phase )

某个PV在生命周期中，可能处于以下4个阶段之一。

• 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，资源已释放，但没有被集群回收。
• Failed: 自动资源回收失败。

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Kubernetes 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.
• VMware Photon。

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"。

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。

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。

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。

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 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。

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。

下面通过两张图分别对在静态资源供应模式和动态资源供应模式下，PV、PVC、StorageClass及Pod使用PVC的原理进行说明。

在静态资源供应模式下，通过PV和PVC完成绑定，并供Pod使用的存储管理机制。

在动态资源供应模式下，通过StorageClass和PVC完成资源动态绑定(系统自动生成PV)，并供Pod使用的存储管理机制。

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

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: "https://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。

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

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。

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

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，glusterfs-daemonset.yaml内容如下。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"
          ]
        }
      ]
    }
  ]
}

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 https://172.30.86.3:8080 . To run
administrative commands you can install 'heketi-cli' and use it as follows:

  # heketi-cli -s https://172.30.86.3:8080 --user admin --secret '<ADMIN_KEY>' 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 https://localhost:8080 --user admin --secret '<ADMIN_KEY>' 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: "https://172.30.86.3:8080"

Deployment complete!

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    <none>        8080/TCP   1h        glusterfs=heketi-pod
heketi-storage-endpoints   ClusterIP   10.254.4.122     <none>        1/TCP      1h        <none>
kubernetes                 ClusterIP   10.254.0.1       <none>        443/TCP    7d        <none>
my-nginx                   ClusterIP   10.254.191.237   <none>        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=https://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

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: "https://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

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

访问一下我们的网页：

[k8s@kube-server ~]$ curl https://172.30.86.3
Hello World from GlusterFS!!!

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!!!

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

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

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:  <none>

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=https://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


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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。

1. 一个是管理员无须预先创建大量的PV作为存储资源
2. 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。

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