乐趣区

关于开源:如何通过-openlocal-玩转容器本地存储-龙蜥技术

jiezi

编者按：云原生背景下，本地存储相比分布式存储，在易用性、可维护性、IO 性能上都更胜一筹，但应用本地存储任然有诸多问题。那么 open-local 会带来什么不一样的体验呢？来看看作者怎么说。本文整顿自龙蜥大讲堂第 30 期，精彩分享视频回放已上传至龙蜥官网（首页 - 动静 - 视频），欢送查看！

云原生背景下，有状态利用须要借助一套存储计划进行数据长久化保留。本地存储相比分布式存储，在易用性、可维护性、IO 性能上都更胜一筹，但应用本地存储作为目前低成本交付 Kubernetes 集群，仍然存在许多问题：

  • 本地存储管理能力无限：应用本地存储须要肯定的人力老本，如通过为节点打标来限度 Pod 调度、人工治理不同机型的磁盘、人工通过 Hostpath 形式挂载指定磁盘到容器等；同时还有一些现场交付问题，如绑定了谬误的宿主机门路使得故障无奈及时发现，这些都重大影响了 K8s 交付效率以及利用运行时稳定性。
  • 本地存储空间隔离能力缺失：利用挂载不适当的宿主机目录（如挂载到宿主机根门路）导致宿主机故障，如因利用数据写满磁盘导致容器运行时无响应、触发 Pod 驱赶等问题。
  • K8s 原生本地存储能力无限。通过 Hostpath 无奈做到节点放弃，使得 Pod 漂移后利用数据失落；而应用半自动动态 Local PV 可保障节点放弃，然而无奈实现全自动，依然须要为人为参加（如创立文件夹门路，为节点打标等）；无奈应用一些高级存储能力（例如快照）。

针对以上问题，open-local 利用而生，接下来一起来看看 open-local 都有哪些性能？

open-local 介绍

开源地址：https://github.com/alibaba/op…

open-local 是阿里巴巴开源的一款本地存储管理零碎。通过 open-local，在 Kubernetes 上应用本地存储就像应用集中式存储一样简略。

目前 open-local 反对以下存储个性：本地存储池治理、存储卷动态分配、存储调度算法扩大、存储卷扩容、存储卷快照、存储卷监控、存储卷 IO 限流、原生块设施及长期卷。

1、use case

  • 利用自身已反对多正本高可用，心愿应用本地盘以进步存储资源利用率，进步数据读写性能，如 HBase、MinIO 等。
  • 利用冀望数据卷具备容量隔离能力，避免出现诸如日志打满系统盘的状况。
  • 利用须要大量本地存储并依赖节点放弃，如 etcd、zookeeper、Elasticsearch 等。
  • 集群本地磁盘数量泛滥，心愿通过调度器实现有状态利用的自动化部署。
  • 通过存储快照能力为数据库类利用备份刹时数据等。

2、架构 

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Master                                                                      │
│                   ┌───┬───┐           ┌────────────────┐                    │
│                   │Pod│PVC│           │   API-Server   │                    │
│                   └───┴┬──┘           └────────────────┘                    │
│                        │ bound                ▲                             │
│                        ▼                      │ watch                       │
│                      ┌────┐           ┌───────┴────────┐                    │
│                      │ PV │           │ Kube-Scheduler │                    │
│                      └────┘         ┌─┴────────────────┴─┐                  │
│                        ▲            │     open-local     │                  │
│                        │            │ scheduler-extender │                  │
│                        │      ┌────►└────────────────────┘◄───┐             │
│ ┌──────────────────┐   │      │               ▲               │             │
│ │ NodeLocalStorage │   │create│               │               │  callback   │
│ │    InitConfig    │  ┌┴──────┴─────┐  ┌──────┴───────┐  ┌────┴────────┐    │
│ └──────────────────┘  │  External   │  │   External   │  │  External   │    │
│          ▲            │ Provisioner │  │   Resizer    │  │ Snapshotter │    │
│          │ watch      ├─────────────┤  ├──────────────┤  ├─────────────┤    │
│    ┌─────┴──────┐     ├─────────────┴──┴──────────────┴──┴─────────────┤GRPC│
│    │ open-local │     │                 open-local                     │    │
│    │ controller │     │             CSI ControllerServer               │    │
│    └─────┬──────┘     └────────────────────────────────────────────────┘    │
│          │ create                                                           │
└──────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
           │
┌──────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Worker   │                                                                  │
│          │                                                                  │
│          ▼                ┌───────────┐                                     │
│ ┌──────────────────┐      │  Kubelet  │                                     │
│ │ NodeLocalStorage │      └─────┬─────┘                                     │
│ └──────────────────┘            │ GRPC                     Shared Disks     │
│          ▲                      ▼                          ┌───┐  ┌───┐     │
│          │              ┌────────────────┐                 │sdb│  │sdc│     │
│          │              │   open-local   │ create volume   └───┘  └───┘     │
│          │              │ CSI NodeServer ├───────────────► VolumeGroup      │
│          │              └────────────────┘                                  │
│          │                                                                  │
│          │                                                 Exclusive Disks  │
│          │                ┌─────────────┐                  ┌───┐            │
│          │ update         │ open-local  │  init device     │sdd│            │
│          └────────────────┤    agent    ├────────────────► └───┘            │
│                           └─────────────┘                  Block Device     │
│                                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

2.1 open-local 蕴含四个组件：

1）scheduler-extender：作为 Kube-Scheduler 的扩大组件，通过 Extender 形式实现，新增本地存储调度算法。

2）CSI 插件：依照 CSI(Container Storage Interface) 规范实现本地磁盘治理能力，蕴含创立 / 删除 / 扩容存储卷、创立 / 删除快照、裸露存储卷 metrics 等能力。

3）agent：运行在集群中的每个节点，依据配置清单初始化存储设备，并通过上报集群中本地存储设备信息以供 Scheduler-Extender 决策调度。

4）controller：获取集群存储初始化配置，并向运行在各个节点的 Agent 下发具体的资源配置清单。

2.2 open-local 蕴含两个 CRD

1）NodeLocalStorage：open-local 通过 NodeLocalStorage 资源上报每个节点上的存储设备信息，该资源由 controller 创立，由每个节点的 agent 组件更新其 status。该 CRD 属于全局范畴的资源。2）NodeLocalStorageInitConfig：open-local controller 可通过 NodeLocalStorageInitConfig 资源创立每个 NodeLocalStorage 资源。NodeLocalStorageInitConfig 资源中蕴含全局默认节点配置和特定节点配置，若节点的 node label 满足表达式则应用特定节点配置，否则应用默认配置。

如何在 ack-distro 中应用 open-local

1、初始化配置

前置条件：环境中曾经装置 lvm 工具

ack-distro 部署时会默认装置 open-local。编辑 NodeLocalStorageInitConfig 资源，进行存储初始化配置。

# kubectl edit nlsc open-local

应用 open-local 要求环境中有 VG（VolumeGroup），若用户环境中已存在 VG 且有残余空间，则能够配置在白名单；若环境中没有 VG，用户需提供一个块设施名称供 open-local 创立 VG。

apiVersion: csi.aliyun.com/v1alpha1
kind: NodeLocalStorageInitConfig
metadata:
name: open-local
spec:
globalConfig: # 全局默认节点配置，初始化创立 NodeLocalStorage 时会填充到其 Spec 中
listConfig:
vgs:
include: # VolumeGroup 白名单，反对正则表达式
- open-local-pool-[0-9]+
- your-vg-name # 若环境中已有 VG，能够写入白名单由 open-local 纳管
resourceToBeInited:
vgs:
- devices:
- /dev/vdc # 若环境中没有 VG，用户需提供一个块设施
name: open-local-pool-0 # 将块设施 /dev/vdc 初始化为名叫 open-local-pool-0 的 VG

NodeLocalStorageInitConfig 资源编辑结束后，controller 和 agent 会更新所有节点的 NodeLocalStorage 资源。

2、存储卷动静供给

open-local 默认在集群中部署了一些存储类模板，咱们以 open-local-lvm、open-local-lvm-xfs 和 open-local-lvm-io-throttling 举例：

# kubectl get sc
NAME                           PROVISIONER            RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
open-local-lvm                 local.csi.aliyun.com   Delete          WaitForFirstConsumer   true                   8d
open-local-lvm-xfs             local.csi.aliyun.com        Delete          WaitForFirstConsumer   true                   6h56m
open-local-lvm-io-throttling   local.csi.aliyun.com   Delete          WaitForFirstConsumer   true

创立一个 Statefulset，该 Statefulset 应用 open-local-lvm 存储类模板。此时创立的存储卷文件系统为 ext4。若用户指定 open-local-lvm-xfs 存储模板，则存储卷文件系统为 xfs。

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/alibaba/open-local/main/example/lvm/sts-nginx.yaml

查看 Pod/PVC/PV 状态，可看到存储卷创立胜利：

# kubectl get pod
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-lvm-0   1/1     Running   0          3m5s
# kubectl get pvc
NAME               STATUS   VOLUME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
html-nginx-lvm-0   Bound    local-52f1bab4-d39b-4cde-abad-6c5963b47761   5Gi        RWO            open-local-lvm   104s
# kubectl get pv
NAME                                         CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                      STORAGECLASS    AGE
local-52f1bab4-d39b-4cde-abad-6c5963b47761   5Gi        RWO            Delete           Bound    default/html-nginx-lvm-0   open-local-lvm  2m4s
kubectl describe pvc html-nginx-lvm-0

3、存储卷扩容

编辑对应 PVC 的 spec.resources.requests.storage 字段，将 PVC 申明的存储大小从 5Gi 扩容到 20 Gi。

# kubectl patch pvc html-nginx-lvm-0 -p '{"spec":{"resources":{"requests":{"storage":"20Gi"}}}}'

查看 PVC/PV 状态：

# kubectl get pvc
NAME                    STATUS   VOLUME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
html-nginx-lvm-0        Bound    local-52f1bab4-d39b-4cde-abad-6c5963b47761   20Gi       RWO            open-local-lvm   7h4m
# kubectl get pv
NAME                                         CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                           STORAGECLASS     REASON   AGE
local-52f1bab4-d39b-4cde-abad-6c5963b47761   20Gi       RWO            Delete           Bound    default/html-nginx-lvm-0        open-local-lvm            7h4m

4、存储卷快照

open-local 有如下快照类：

# kubectl get volumesnapshotclass
NAME             DRIVER                DELETIONPOLICY   AGE
open-local-lvm   local.csi.aliyun.com   Delete           20m

创立 VolumeSnapshot 资源：

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/alibaba/open-local/main/example/lvm/snapshot.yaml
volumesnapshot.snapshot.storage.k8s.io/new-snapshot-test created
# kubectl get volumesnapshot
NAME                READYTOUSE   SOURCEPVC          SOURCESNAPSHOTCONTENT   RESTORESIZE   SNAPSHOTCLASS    SNAPSHOTCONTENT                                    CREATIONTIME   AGE
new-snapshot-test   true         html-nginx-lvm-0                           1863          open-local-lvm   snapcontent-815def28-8979-408e-86de-1e408033de65   19s            19s
# kubectl get volumesnapshotcontent
NAME                                               READYTOUSE   RESTORESIZE   DELETIONPOLICY   DRIVER                VOLUMESNAPSHOTCLASS   VOLUMESNAPSHOT      AGE
snapcontent-815def28-8979-408e-86de-1e408033de65   true         1863          Delete           local.csi.aliyun.com   open-local-lvm        new-snapshot-test   48s

创立一个新 Pod，该 Pod 对应的存储卷数据与之前快照点时刻的数据统一：

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/alibaba/open-local/main/example/lvm/sts-nginx-snap.yaml
service/nginx-lvm-snap created
statefulset.apps/nginx-lvm-snap created
# kubectl get po -l app=nginx-lvm-snap
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-lvm-snap-0   1/1     Running   0          46s
# kubectl get pvc -l app=nginx-lvm-snap
NAME                    STATUS   VOLUME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
html-nginx-lvm-snap-0   Bound    local-1c69455d-c50b-422d-a5c0-2eb5c7d0d21b   4Gi        RWO            open-local-lvm   2m11s

5、原生块设施

open-local 反对创立的存储卷将以块设施模式挂载在容器中（本例中块设施在容器 /dev/sdd 门路）:

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/alibaba/open-local/main/example/lvm/sts-block.yaml

查看 Pod/PVC/PV 状态：

# kubectl get pod
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-lvm-block-0   1/1     Running   0          25s
# kubectl get pvc
NAME                     STATUS   VOLUME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS     AGE
html-nginx-lvm-block-0   Bound    local-b048c19a-fe0b-455d-9f25-b23fdef03d8c   5Gi        RWO            open-local-lvm   36s
# kubectl describe pvc html-nginx-lvm-block-0
Name:          html-nginx-lvm-block-0
Namespace:     default
StorageClass:  open-local-lvm
...
Access Modes:  RWO
VolumeMode:    Block # 以块设施模式挂载入容器
Mounted By:    nginx-lvm-block-0
...

6、IO 限流

open-local 反对为 PV 设置 IO 限流，反对 IO 限流的存储类模板如下：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: open-local-lvm-io-throttling
provisioner: local.csi.aliyun.com
parameters:
  csi.storage.k8s.io/fstype: ext4
  volumeType: "LVM"
  bps: "1048576" # 读写吞吐量限度在 1024KiB/s 高低
  iops: "1024"   # IOPS 限度在 1024 高低
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowVolumeExpansion: true

创立一个 Statefulset，该 Statefulset 应用 open-local-lvm-io-throttling 存储类模板。

# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/alibaba/open-local/main/example/lvm/sts-io-throttling.yaml

Pod 处于 Running 状态后，进入 Pod 容器中：

# kubectl exec -it test-io-throttling-0 sh

此时存储卷是以原生块设施挂载在 /dev/sdd 上，执行 fio 命令：

# fio -name=test -filename=/dev/sdd -ioengine=psync -direct=1 -iodepth=1 -thread -bs=16k -rw=readwrite -numjobs=32 -size=1G -runtime=60 -time_based -group_reporting

后果如下所示，可见读写吞吐量限度在 1024KiB/s 高低：

......

Run status group 0 (all jobs):
   READ: bw=1024KiB/s (1049kB/s), 1024KiB/s-1024KiB/s (1049kB/s-1049kB/s), io=60.4MiB (63.3MB), run=60406-60406msec
  WRITE: bw=993KiB/s (1017kB/s), 993KiB/s-993KiB/s (1017kB/s-1017kB/s), io=58.6MiB (61.4MB), run=60406-60406msec

Disk stats (read/write):
    dm-1: ios=3869/3749, merge=0/0, ticks=4848/17833, in_queue=22681, util=6.68%, aggrios=3112/3221, aggrmerge=774/631, aggrticks=3921/13598, aggrin_queue=17396, aggrutil=6.75%
  vdb: ios=3112/3221, merge=774/631, ticks=3921/13598, in_queue=17396, util=6.75%

7、长期卷

open-local 反对为 Pod 创立长期卷，其中长期卷生命周期与 Pod 统一，即 Pod 删除后长期卷也随之删除。此处可了解为 open-local 版本的 emptydir。

# kubectl apply -f ./example/lvm/ephemeral.yaml

后果如下：

# kubectl describe po file-server
Name:         file-server
Namespace:    default
......
Containers:
  file-server:
    ......
    Mounts:
      /srv from webroot (rw)
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-dns4c (ro)
Volumes:
  webroot:   # 此为 CSI 长期卷
    Type:              CSI (a Container Storage Interface (CSI) volume source)
    Driver:            local.csi.aliyun.com
    FSType:
    ReadOnly:          false
    VolumeAttributes:      size=2Gi
                           vgName=open-local-pool-0
  default-token-dns4c:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-dns4c
    Optional:    false

8、监控大盘

open-local 自带了监控大盘，用户可通过 Grafana 查看集群本地存储信息，蕴含存储设备和存储卷信息。

总而言之，借助 open-local，在运维方面可缩小人力老本，进步集群运行时的稳定性；性能方面，将本地存储的劣势最大化，使用户不仅能体验到本地盘的高性能，同时各种高级存储个性丰盛了利用场景，让宽广开发者体验云原生带来的红利，实现利用上云尤其是有状态利用云原生部署要害一步。

对于视频回放和课件获取

【视频回放】：视频回访已上传至龙蜥官网：https://openanolis.cn/video 查看。

【PPT 课件获取】：关注微信公众号（OpenAnolis），回复“龙蜥课件”即可获取。有任何疑问请随时征询龙蜥助手—小龙（微信：openanolis_assis)。

—— 完 ——

退出移动版