（转）原理到实现 | K8S 存储之 NFS

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1NFS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

2）用户映射参数 图表

3）其它配置参数 图表

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：

1. $ yum -y install nfs-utils rpcbind

2）检查nfs服务是否正常安装

1. $ 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：

1. $ useradd  nfs

2. $ mkdir -p /nfs-share

3. $ 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：

1. $ echo "/nfs-share 172.16.0.0(rw,async,no_root_squash)" >> /etc/exports

通过执行如下命令是配置生效：

1. $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：

1. $ systemctl start rpcbind

2）启动nfs服务：

1. $ systemctl start nfs-server

3）设置rpcbind和nfs-server开机启动：

1. $ systemctl enable rpcbind

3. $ systemctl enable nfs-server

 

2.5 检查nfs服务是否正常启动

1. $ showmount -e localhost

3. $ 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。

1. apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2

2. kind: Deployment

3. metadata:

4.  name: redis

5. spec:

6.  selector:

7.    matchLabels:

8.      app: redis

9.  revisionHistoryLimit: 2

10.  template:

11.    metadata:

12.      labels:

13.        app: redis

14.    spec:

15.      containers:

16.      # 应用的镜像

17.      - image: redis

18.        name: redis

19.        imagePullPolicy: IfNotPresent

20.        # 应用的内部端口

21.        ports:

22.        - containerPort: 6379

23.          name: redis6379

24.        env:

25.        - name: ALLOW_EMPTY_PASSWORD

26.          value: "yes"

27.        - name: REDIS_PASSWORD

28.          value: "redis"  

29.        # 持久化挂接位置，在docker中

30.        volumeMounts:

31.        - name: redis-persistent-storage

32.          mountPath: /data

33.      volumes:

34.      # 宿主机上的目录

35.      - name: redis-persistent-storage

36.        nfs:

37.          path: /k8s-nfs/redis/data

38.          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。

1. apiVersion: v1

2. kind: PersistentVolume

3. metadata:

4.  name: nfs-pv

5. spec:

6.  capacity:

7.    storage: 5Gi

8.  volumeMode: Filesystem

9.  accessModes:

10.  - ReadWriteOnce

11.  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle

12.  storageClassName: slow

13.  mountOptions:

14.  - hard

15.  - nfsvers=4.1

16.  # 此持久化存储卷使用nfs插件

17.  nfs:

18.    # nfs共享目录为/tmp

19.    path: /tmp

20.    # nfs服务器的地址

21.    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：

1. $ 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。

1. ...

2. volumeMounts:

3.    - name: export-volume

4.      mountPath: /export

5. volumes:

6.  - name: export-volume

7.    hostPath:

8.      path: /tmp/nfs-provisioner

9. ...

为StorageClass选择一个供应者名称，并在deploy/kubernetes/deployment.yaml进行设置。

1. args:

2.  - "-provisioner=example.com/nfs"

3. ...

完整的deployment.yaml文件内容如下：

1. kind: Service

2. apiVersion: v1

3. metadata:

4.  name: nfs-provisioner

5.  labels:

6.    app: nfs-provisioner

7. spec:

8.  ports:

9.    - name: nfs

10.      port: 2049

11.    - name: mountd

12.      port: 20048

13.    - name: rpcbind

14.      port: 111

15.    - name: rpcbind-udp

16.      port: 111

17.      protocol: UDP

18.  selector:

19.    app: nfs-provisioner

20. ---

22. apiVersion: extensions/v1beta1

23. kind: Deployment

24. metadata:

25.  name: nfs-provisioner

26. spec:

27.  replicas: 1

28.  strategy:

29.    type: Recreate

30.  template:

31.    metadata:

32.      labels:

33.        app: nfs-provisioner

34.    spec:

35.      containers:

36.        - name: nfs-provisioner

37.          image: quay.io/kubernetes_incubator/nfs-provisioner:v1.0.8

38.          ports:

39.            - name: nfs

40.              containerPort: 2049

41.            - name: mountd

42.              containerPort: 20048

43.            - name: rpcbind

44.              containerPort: 111

45.            - name: rpcbind-udp

46.              containerPort: 111

47.              protocol: UDP

48.          securityContext:

49.            capabilities:

50.              add:

51.                - DAC_READ_SEARCH

52.                - SYS_RESOURCE

53.          args:

54.            # 定义提供者的名称，存储类通过此名称指定提供者

55.            - "-provisioner=nfs-provisioner"

56.          env:

57.            - name: POD_IP

58.              valueFrom:

59.                fieldRef:

60.                  fieldPath: status.podIP

61.            - name: SERVICE_NAME

62.              value: nfs-provisioner

63.            - name: POD_NAMESPACE

64.              valueFrom:

65.                fieldRef:

66.                  fieldPath: metadata.namespace

67.          imagePullPolicy: "IfNotPresent"

68.          volumeMounts:

69.            - name: export-volume

70.              mountPath: /export

71.      volumes:

72.        - name: export-volume

73.          hostPath:

74.            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。

1. $ 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。

1. apiVersion: storage.k8s.io/v1

2. kind: StorageClass

3. metadata:

4.  name: nfs-storageclass

5.  provisioner: nfs-provisioner

通过kubectl create -f命令使用上面的配置文件创建：

1. $ kubectl create -f deploy/kubernetes/class.yaml

2. 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。

1. apiVersion: v1

2. kind: PersistentVolumeClaim

3. metadata:

4.  name: nfs-pvc

5.  annotations:

6.    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-storageclass"

7. spec:

8.  accessModes:

9.  - ReadWriteMany

10.  resources:

11.    requests:

12.      storage: 1Mi

通过kubectl create命令创建上述的持久化存储卷声明：

1. $ 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。

1. # This mounts the nfs volume claim into /mnt and continuously

2. # overwrites /mnt/index.html with the time and hostname of the pod.

3. apiVersion: v1

4. kind: Deployment

5. metadata:  

6.  name: busybox-deployment

7. spec:  

8.  replicas: 2  

9.  selector:    

10.    name: busybox-deployment

11.  template:    

12.    metadata:      

13.      labels:        

14.        name: busybox-deployment    

15.    spec:      

16.      containers:      

17.      - image: busybox        

18.        command:          

19.        - sh          

20.        - -c          

21.        - 'while true; do date > /mnt/index.html; hostname >> /mnt/index.html; sleep $(($RANDOM % 5 + 5)); done'        

22.        imagePullPolicy: IfNotPresent        

23.        name: busybox        

24.        volumeMounts:          

25.        # name must match the volume name below          

26.        - name: nfs            

27.          mountPath: "/mnt"    

28.     #

29.     volumes:      

30.     - name: nfs        

31.       persistentVolumeClaim:          

32.         claimName: nfs-pvc

通过kubectl create创建busy-deployment部署：

1. $ kubectl create -f {path}/nfs-busybox-deployment.yaml