【云駐共創】華為云云原生鉆石課程04：Kubernetes存儲架構原理深度剖析（上）

學完本課程后，您將能夠：

了解Kubernetes容器存儲發展歷程

了解Kubernetes持久化存儲原理

了解PV/PVC的工作原理

了解華為云CCE云原生存儲解決方案Everest的架構

1.Kubernetes容器存儲發展歷程

1.1 簡介

應用程序生成的數據可簡單分為兩類：

臨時數據：經過程序處理生成的中間態數據，不需要保留：

結果數據：經過程序處理生成的最終態數據，需要永久保留。k8s初期為存算分離所做的解調設計Volume,采用強耦合、靈活性差的in-tree模式，雖然已經讓用戶專注于業務功能設計。但這類存儲卷的生命周期是跟隨pod的，只能用作存儲臨時數據，無法做為最終數據使用。

隨著k8s的不斷成熟，為支持更多的應用場景，提供了一種脫離P0d生命周期的、用戶可管理的存儲抽象設計低耦合、靈話性更強的PersistentVolume,/PersistentVolumeClaim。

1.2 Kubernetes容器存儲能力簡介

2.Kubernetes持久化存儲體系

2.1 簡介

k8s持久化存儲體系包括：

PersistentVolume:簡稱pv,持久化存儲，是k8s為云原生應用提供一種擁有獨立生命周期的、用戶可管理的存儲抽象設計。

PersistentVolumeClaim:簡稱pvc,持久化存儲聲明，是K8S為解耦云原生應用和數據存儲而設計的，通過PVC可以讓資源管控更細更靈活、團隊職責分離、應用模板更通用，進一步解除了用戶被云平臺鎖定的顧慮。

StorageClass:簡稱sc,存儲類，是K8S平臺為存儲提供商提供存儲接入的一種聲明，通過sc和相應的存儲插件(csi)為容器應用提供動態分配存儲卷的能力。

Driver Plugin:存儲驅驅動插件，由存儲提供商提供，能夠對接網絡存儲，并管理持久存儲卷的生命周期。

2.2 持久化存儲優勢分析

與臨時存儲相比，PV具有：

每個存儲卷可以擁有獨立的生命周期，不再跟隨pod創建和銷毀；

使能計算+數據的遷移，也即：存儲卷中的數據可以隨pod在集群中遷移；

多個不同的pod可以共享同一個存儲卷(存儲卷支持共享)；

引入PVC/SC后，帶來更大的收益：

資源管控更加靈活，可適應資源管控嚴格、寬松的不同場景；

團隊職責更加明確，開發人員只需考慮存儲需求(O、容量、訪問模式等)，不需要關注存儲類型，甚至品牌；

靈活的擴展一些增強功能，比如：擴容、快照能力；

應用模板更加通用，可通過參數配置，適應不同類型的k8s平臺；

進一步消除用戶被存儲提供商、云平臺鎖定的顧慮。

3.PV/PVC的工作原理剖析

3.1 圖示兩種pv/pvc的分配方式

其中volume為存儲中的數據卷，通過pv/pvc綁定即可為用戶提供存儲服務。

3.2 靜態卷

volume靜態卷與pv/pvc綁定后，部署pod應用后即可使用數據卷，如果pvc刪除后，pv通過操作變更為retain、recycle等狀態。

3.2.1 pvc狀態轉換

當pv綁定volume時，處于Avaliable狀態。

當pvc為綁定pv時，處于Pending狀態。

當pvc綁定pv時，處于Bound狀態。

當pvc綁定pv被刪除，處于lost狀態。

當pvc再次綁定pv，處于Bound。

3.2.2 pv的狀態轉換

3.3 pv/pvc綁定原理分析

pvc刷選pv的流程(findBestMatchForClaim)

通過size刷選恰當的pv;

通過volumeMode刷選一致的pv;

通過Label刷選合適的pv;

通過sc刷選符合的pv;

通過AccessMode刷選符合條件的pv;

返回并綁定符合pvc條件，且size最小的pv。

3.4 pvc綁定pv流程解讀

3.5 Kubernetes中pv/pvc相關的代碼

Kubernetes中pv/pvc相關的代碼在下圖位置，如果有興趣請自行查閱。

3.6 pv/pvc使用場景示例

pv/pvc適合在資源管理比較嚴格的場景：

開發人員向集群管理員申請存儲需求；

存儲管理員按需求分配存儲；

集群管理員按照分配的存儲創建pv;

開發人員創建pvc,pvc關聯合適的pv;

開發人員創建pod,并且pod使用pvc。

4.華為云CCE云原生存儲解決方案Everest的架構介紹

4.1 Everest架構介紹

部署在系統命名空間下(kube-system)

Everest管理面：Everest-csi-controller

1. Csi-external-provisioner:負責云存儲卷的創建

2. Csi-external-resizer:負責云存儲卷的擴容

3. Csi-externa-attacher:負責云盤的掛卷/卸卷

4. Csi-external-snapshotter:負責云盤的快照

Everest數據面：Everest-csi-driver(agent)

1. EvS-csi-driver:負責將云盤格式化，并掛給pod使用

2. Sfs-csi-driver:負責將文件存儲卷掛給pod使用

3. Sfsturbo-csi-driver:負責將極速文件系統掛給pod使用使用

4. Obs-csi-driver:負責將對象存儲的并行文件系統準備好，并給pod使用

4.2 云原生應用使用存儲的推薦方案

4.3 部署使用static pv的有狀態應用etcd

本文整理自華為云社區【內容共創】活動第13期。

https://bbs.huaweicloud.com/blogs/330939

任務21.華為云云原生鉆石課程04：Kubernetes存儲架構原理深度剖析（上）

Kubernetes 云原生

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