概念

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Storage Classes

本文描述了 Kubernetes 中 StorageClass 的概念。建议先熟悉 持久卷 的概念。

介绍

StorageClass 为管理员提供了描述存储 "类" 的方法。 不同的类型可能会映射到不同的服务质量等级或备份策略,或是由群集管理员制定的任意策略。 Kubernetes 本身并不清楚各种代表的什么。这个的概念在其他存储系统中有时被称为”配置文件”。

StorageClass 资源

每个 StorageClass 都包含 provisionerparametersreclaimPolicy 字段, 这些字段会在StorageClass需要动态分配 PersistentVolume 时会使用到。

StorageClass 对象的命名很重要,用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时,管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数,一旦创建了对象就不能再对其更新。

管理员可以为没有申请绑定到特定 StorageClass 的 PVC 指定一个默认的 : 更多详情请参阅 PersistentVolumeClaim 章节

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
reclaimPolicy: Retain
allowVolumeExpansion: true
mountOptions:
  - debug
volumeBindingMode: Immediate

存储分配器

StorageClass 有一个分配器,用来决定使用哪个卷插件分配持久化卷申领。该字段必须指定。

卷插件提供厂商配置例子
AWSElasticBlockStoreAWS EBS
AzureFileAzure File
AzureDiskAzure Disk
CephFS--
CinderOpenStack Cinder
FC--
FlexVolume--
Flocker-
GCEPersistentDiskGCE PD
GlusterfsGlusterfs
iSCSI--
QuobyteQuobyte
NFS--
RBDCeph RBD
VsphereVolumevSphere
PortworxVolumePortworx Volume
ScaleIOScaleIO
StorageOSStorageOS
Local-Local

您不限于指定此处列出的”内置”分配器(其名称前缀为 kubernetes.io 并打包在 Kubernetes 中)。 您还可以运行和指定外部分配器,这些独立的程序遵循由 Kubernetes 定义的 规范。 外部供应商的作者完全可以自由决定他们的代码保存于何处、打包方式、运行方式、使用的插件(包括 Flex)等。 代码仓库 kubernetes-sigs/sig-storage-lib-external-provisioner 包含一个用于为外部分配器编写功能实现的类库。可以通过下面的代码仓库,查看外部分配器列表。

kubernetes-incubator/external-storage.

例如,NFS 没有内部分配器,但可以使用外部分配器。 也有第三方存储供应商提供自己的外部分配器。

回收策略

StorageClass 动态创建的持久化卷会在的 reclaimPolicy 字段中指定回收策略,可以是 Delete 或者 Retain。如果 StorageClass 对象被创建时没有指定 reclaimPolicy ,它将默认为 Delete

通过 StorageClass 手动创建并管理的 Persistent Volume 会使用它们被创建时指定的回收政策。

允许卷扩展

FEATURE STATE: Kubernetes v1.11 feature-state-beta.txt
This feature is currently in a beta state, meaning:

  • The version names contain beta (e.g. v2beta3).
  • Code is well tested. Enabling the feature is considered safe. Enabled by default.
  • Support for the overall feature will not be dropped, though details may change.
  • The schema and/or semantics of objects may change in incompatible ways in a subsequent beta or stable release. When this happens, we will provide instructions for migrating to the next version. This may require deleting, editing, and re-creating API objects. The editing process may require some thought. This may require downtime for applications that rely on the feature.
  • Recommended for only non-business-critical uses because of potential for incompatible changes in subsequent releases. If you have multiple clusters that can be upgraded independently, you may be able to relax this restriction.
  • Please do try our beta features and give feedback on them! After they exit beta, it may not be practical for us to make more changes.

永久卷可以配置为可扩展。将此功能设置为 true 时,允许用户通过编辑相应的PVC对象来调整卷大小。

当基础存储类的 allowVolumeExpansion 字段设置为true时,以下类型的卷支持卷扩展。

FEATURE STATE: Kubernetes v1.14 feature-state-alpha.txt
This feature is currently in a alpha state, meaning:

  • The version names contain alpha (e.g. v1alpha1).
  • Might be buggy. Enabling the feature may expose bugs. Disabled by default.
  • Support for feature may be dropped at any time without notice.
  • The API may change in incompatible ways in a later software release without notice.
  • Recommended for use only in short-lived testing clusters, due to increased risk of bugs and lack of long-term support.
注意:

此功能不能用于缩小卷。

挂载选项

StorageClass 动态创建的 Persistent Volume 将使用mountOption 字段指定的挂载选项。

如果卷插件不支持挂载选项,却指定了该选项,则分配操作会失败。 挂载选项在 StorageClass 和持久卷上都不会做验证,所以如果挂载选项无效,那么这个 PV 就会失败。

卷绑定模式

FEATURE STATE: Kubernetes v1.12 feature-state-beta.txt
This feature is currently in a beta state, meaning:

  • The version names contain beta (e.g. v2beta3).
  • Code is well tested. Enabling the feature is considered safe. Enabled by default.
  • Support for the overall feature will not be dropped, though details may change.
  • The schema and/or semantics of objects may change in incompatible ways in a subsequent beta or stable release. When this happens, we will provide instructions for migrating to the next version. This may require deleting, editing, and re-creating API objects. The editing process may require some thought. This may require downtime for applications that rely on the feature.
  • Recommended for only non-business-critical uses because of potential for incompatible changes in subsequent releases. If you have multiple clusters that can be upgraded independently, you may be able to relax this restriction.
  • Please do try our beta features and give feedback on them! After they exit beta, it may not be practical for us to make more changes.

注意: 这个功能特性需要启用 VolumeScheduling 参数才能使用。

volumeBindingMode 字段控制了 卷绑定和动态分配 应该发生在什么时候。

默认情况下,Immediate 模式表示一旦创建了 PersistentVolumeClaim 也就完成了卷绑定和动态分配。 对于由于拓扑限制而非集群所有节点可达的存储后端,PersistentVolume 会在不知道 Pod 调度要求的情况下绑定或者分配。

集群管理员可以通过指定 WaitForFirstConsumer 模式来解决此问题。 该模式将延迟 PersistentVolume 的绑定和分配,直到使用该 PersistentVolumeClaim 的 Pod 被创建。 PersistentVolume 会根据 Pod 调度约束指定的拓扑来选择或分配。这些包括但不限于 资源需求节点筛选器pod 亲和性和互斥性, 以及 污点和容忍度.

以下插件支持动态分配的 WaitForFirstConsumer 模式:

以下插件支持预创建绑定 PersistentVolume 的 WaitForFirstConsumer 模式:

FEATURE STATE: Kubernetes 1.14 feature-state-beta.txt
This feature is currently in a beta state, meaning:

  • The version names contain beta (e.g. v2beta3).
  • Code is well tested. Enabling the feature is considered safe. Enabled by default.
  • Support for the overall feature will not be dropped, though details may change.
  • The schema and/or semantics of objects may change in incompatible ways in a subsequent beta or stable release. When this happens, we will provide instructions for migrating to the next version. This may require deleting, editing, and re-creating API objects. The editing process may require some thought. This may require downtime for applications that rely on the feature.
  • Recommended for only non-business-critical uses because of potential for incompatible changes in subsequent releases. If you have multiple clusters that can be upgraded independently, you may be able to relax this restriction.
  • Please do try our beta features and give feedback on them! After they exit beta, it may not be practical for us to make more changes.

动态配置和预先创建的PVs也支持 CSI卷, 但是您需要查看特定CSI驱动程序的文档以查看其支持的拓扑密钥和例子。 必须启用 CSINodeInfo 特性。

允许的拓扑结构

FEATURE STATE: Kubernetes v1.12 feature-state-beta.txt
This feature is currently in a beta state, meaning:

  • The version names contain beta (e.g. v2beta3).
  • Code is well tested. Enabling the feature is considered safe. Enabled by default.
  • Support for the overall feature will not be dropped, though details may change.
  • The schema and/or semantics of objects may change in incompatible ways in a subsequent beta or stable release. When this happens, we will provide instructions for migrating to the next version. This may require deleting, editing, and re-creating API objects. The editing process may require some thought. This may require downtime for applications that rely on the feature.
  • Recommended for only non-business-critical uses because of potential for incompatible changes in subsequent releases. If you have multiple clusters that can be upgraded independently, you may be able to relax this restriction.
  • Please do try our beta features and give feedback on them! After they exit beta, it may not be practical for us to make more changes.

注意: 这个特性需要开启 VolumeScheduling 特性开关。

当集群操作人员使用了 WaitForFirstConsumer 的卷绑定模式,在大部分情况下就没有必要将配置限制为特定的拓扑结构。 然而,如果还有需要的话,可以使用 allowedTopologies

这个例子描述了如何将分配卷限的拓扑限制在特定的区域,在使用时应该根据插件支持情况替换 zonezones 参数。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:
  type: pd-standard
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowedTopologies:
- matchLabelExpressions:
  - key: failure-domain.beta.kubernetes.io/zone
    values:
    - us-central1-a
    - us-central1-b

参数

Storage class 具有描述属于卷的参数。取决于分配器,可以接受不同的参数。 例如,参数 type 的值 io1 和参数 iopsPerGB 特定于 EBS PV。当参数被省略时,会使用默认值。

AWS EBS

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: io1
  iopsPerGB: "10"
  fsType: ext4
注意:

zonezones 已被弃用并被 允许的拓扑结构 取代。

GCE PD

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:
  type: pd-standard
  replication-type: none

如果 replication-type 设置为 none,会分配一个常规(当前区域内的)持久化磁盘。

如果 replication-type 设置为 regional-pd,会分配一个 区域性持久化磁盘(Regional Persistent Disk)。在这种情况下,用户必须使用 zones 而非 zone 来指定期望的复制区域(zone)。如果指定来两个特定的区域,区域性持久化磁盘会在这两个区域里分配。如果指定了多于两个的区域,Kubernetes 会选择其中任意两个区域。如果省略了 zones 参数,Kubernetes 会在集群管理的区域中任意选择。

注意:

zonezones 已被弃用并被 allowedTopologies 取代。

Glusterfs

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/glusterfs
parameters:
  resturl: "http://127.0.0.1:8081"
  clusterid: "630372ccdc720a92c681fb928f27b53f"
  restauthenabled: "true"
  restuser: "admin"
  secretNamespace: "default"
  secretName: "heketi-secret"
  gidMin: "40000"
  gidMax: "50000"
  volumetype: "replicate:3"

OpenStack Cinder

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: gold
provisioner: kubernetes.io/cinder
parameters:
  availability: nova
注意:
FEATURE STATE: Kubernetes 1.11 feature-state-deprecated.txt
Fitur ini deprecated. Untuk informasi lebih lanjut mengenai tingkatan ini, silahkan merujuk pada Kubernetes Deprecation Policy

OpenStack 的内部驱动程序已经被弃用。请使用 OpenStack 的外部驱动程序

vSphere

  1. 使用用户指定的磁盘格式创建一个 StorageClass。

    apiVersion: storage.k8s.io/v1
    kind: StorageClass
    metadata:
      name: fast
    provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume
    parameters:
      diskformat: zeroedthick
`diskformat`: `thin`, `zeroedthick` 和 `eagerzeroedthick`。默认值: `"thin"`。
  1. 在用户指定的数据存储上创建磁盘格式的 StorageClass。

    apiVersion: storage.k8s.io/v1
    kind: StorageClass
    metadata:
      name: fast
    provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume
    parameters:
        diskformat: zeroedthick
        datastore: VSANDatastore
`datastore`:用户也可以在 StorageClass 中指定数据存储。卷将在 storage class 中指定的数据存储上创建,在这种情况下是 `VSANDatastore`。该字段是可选的。如果未指定数据存储,则将在用于初始化 vSphere Cloud Provider 的 vSphere 配置文件中指定的数据存储上创建该卷。
  1. Kubernetes 中的存储策略管理
* 使用现有的 vCenter SPBM 策略

    vSphere 用于存储管理的最重要特性之一是基于策略的管理。基于存储策略的管理(SPBM)是一个存储策略框架,提供单一的统一控制平面的跨越广泛的数据服务和存储解决方案。 SPBM 使能 vSphere 管理员克服先期的存储配置挑战,如容量规划,差异化服务等级和管理容量空间。

    SPBM 策略可以在 StorageClass 中使用 `storagePolicyName` 参数声明。
* Kubernetes 内的 Virtual SAN 策略支持

    Vsphere Infrastructure(VI)管理员将能够在动态卷配置期间指定自定义 Virtual SAN 存储功能。您现在可以定义存储需求,例如性能和可用性,当动态卷供分配时会以存储功能的形式提供。存储功能需求会转换为 Virtual SAN 策略,然后当 persistent volume(虚拟磁盘)在创建时,会将其推送到 Virtual SAN 层。虚拟磁盘分布在 Virtual SAN 数据存储中以满足要求。

    更多有关 persistent volume 管理的存储策略的详细信息,
    您可以参考 [基于存储策略的动态分配卷管理](https://vmware.github.io/vsphere-storage-for-kubernetes/documentation/policy-based-mgmt.html)。

有几个 vSphere 例子 供您在 Kubernetes for vSphere 中尝试进行 persistent volume 管理。

Ceph RBD

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/rbd
parameters:
  monitors: 10.16.153.105:6789
  adminId: kube
  adminSecretName: ceph-secret
  adminSecretNamespace: kube-system
  pool: kube
  userId: kube
  userSecretName: ceph-secret-user
  userSecretNamespace: default
  fsType: ext4
  imageFormat: "2"
  imageFeatures: "layering"

Quobyte

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
   name: slow
provisioner: kubernetes.io/quobyte
parameters:
    quobyteAPIServer: "http://138.68.74.142:7860"
    registry: "138.68.74.142:7861"
    adminSecretName: "quobyte-admin-secret"
    adminSecretNamespace: "kube-system"
    user: "root"
    group: "root"
    quobyteConfig: "BASE"
    quobyteTenant: "DEFAULT"

Azure 磁盘

Azure Unmanaged Disk Storage Class(非托管磁盘存储类)

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/azure-disk
parameters:
  skuName: Standard_LRS
  location: eastus
  storageAccount: azure_storage_account_name

新的 Azure 磁盘 Storage Class(从 v1.7.2 开始)

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/azure-disk
parameters:
  storageaccounttype: Standard_LRS
  kind: Shared

Azure 文件

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: azurefile
provisioner: kubernetes.io/azure-file
parameters:
  skuName: Standard_LRS
  location: eastus
  storageAccount: azure_storage_account_name

在存储分配期间,为挂载凭证创建一个名为 secretName 的 secret。如果集群同时启用了 RBACController Roles, 为 system:controller:persistent-volume-binder 的 clusterrole 添加 secret 资源的 create 权限。

在多租户上下文中,强烈建议显式设置 secretNamespace 的值,否则其他用户可能会读取存储帐户凭据。

Portworx 卷

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: portworx-io-priority-high
provisioner: kubernetes.io/portworx-volume
parameters:
  repl: "1"
  snap_interval:   "70"
  io_priority:  "high"

ScaleIO

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/scaleio
parameters:
  gateway: https://192.168.99.200:443/api
  system: scaleio
  protectionDomain: pd0
  storagePool: sp1
  storageMode: ThinProvisioned
  secretRef: sio-secret
  readOnly: false
  fsType: xfs

ScaleIO Kubernetes 卷插件需要配置一个 Secret 对象。 secret 必须用 kubernetes.io/scaleio 类型创建,并与引用它的 PVC 所属的名称空间使用相同的值 如下面的命令所示:

kubectl create secret generic sio-secret --type="kubernetes.io/scaleio" \
--from-literal=username=sioadmin --from-literal=password=d2NABDNjMA== \
--namespace=default

StorageOS

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/storageos
parameters:
  pool: default
  description: Kubernetes volume
  fsType: ext4
  adminSecretNamespace: default
  adminSecretName: storageos-secret

StorageOS Kubernetes 卷插件可以使 Secret 对象来指定用于访问 StorageOS API 的端点和凭据。 只有当默认值已被更改时,这才是必须的。 secret 必须使用 kubernetes.io/storageos 类型创建,如以下命令:

kubectl create secret generic storageos-secret \
--type="kubernetes.io/storageos" \
--from-literal=apiAddress=tcp://localhost:5705 \
--from-literal=apiUsername=storageos \
--from-literal=apiPassword=storageos \
--namespace=default

用于动态分配卷的 Secret 可以在任何名称空间中创建,并通过 adminSecretNamespace 参数引用。 预先配置的卷使用的 Secret 必须在与引用它的 PVC 在相同的名称空间中。

本地

FEATURE STATE: Kubernetes v1.14 feature-state-stable.txt
Cette fonctionnalité est stable, ce qui signifie :

  • Le nom de version est vX où X est un entier.
  • Les versions stables des fonctionnalités seront maintenues pour de nombreuses versions ultérieures.
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

本地卷还不支持动态分配,然而还是需要创建 StorageClass 以延迟卷绑定,直到完成 pod 的调度。这是由 WaitForFirstConsumer 卷绑定模式指定的。

延迟卷绑定使得调度器在为 PersistentVolumeClaim 选择一个合适的 PersistentVolume 时能考虑到所有 pod 的调度限制。

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