kunbernetes存储系统-基于NFS的PV服务

时间 2019-11-07

标签 kunbernetes 存储系统基于 nfs 服务栏目 Linux 繁體版

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kunbernetes存储系统-基于NFS的PV服务

Kubernetes-NFS Server的Helm部署，http://www.javashuo.com/article/p-yubpkszi-mq.html

1、NFS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，其容许一个系统在网络上与它人共享目录和文件。经过使用NFS，用户和程序就能够像访问本地文件同样访问远端系统上的文件。NFS是一个很是稳定的，可移植的网络文件系统。具有可扩展和高性能等特性，达到了企业级应用质量标准。因为网络速度的增长和延迟的下降，NFS系统一直是经过网络提供文件系统服务的有竞争力的选择。html

1.1 nfs原理

NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的机制进行实现，RPC使得客户端能够调用服务端的函数。同时，因为有 VFS 的存在，客户端能够像使用其它普通文件系统同样使用 NFS 文件系统。经由操做系统的内核，将 NFS 文件系统的调用请求经过 TCP/IP 发送至服务端的 NFS 服务。NFS服务器执行相关的操做，并将操做结果返回给客户端。git

NFS服务主要进程包括：github

rpc.nfsd：最主要的NFS进程，管理客户端是否可登陆
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：redis

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，经过此配置文件能够设置共享文件目录。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，格式以下：docker

[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……)]api

NFS共享目录：服务器上共享出去的文件目录；
NFS客户端地址：容许其访问的NFS服务器的客户端地址，能够是客户端IP地址，也能够是一个网段(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）访问权限参数服务器

序号网络	选项app	描述异步
1	ro	客户端对于共享文件目录为只读权限。（默认设置）
2	rw	客户端对共享文件目录具备读写权限。

2）用户映射参数

序号	选项	描述
1	root_squash	使客户端使用root帐户访问时，服务器映射为服务器本地的匿名帐号。
2	no_root_squash	客户端链接服务端时若是使用的是root的话，那么也拥有对服务端分享的目录的root权限。
3	all_squash	将全部客户端用户请求映射到匿名用户或用户组（nfsnobody）。
4	no_all_squash	与上相反（默认设置）。
5	anonuid=xxx	将远程访问的全部用户都映射为匿名用户，并指定该用户为本地用户（UID=xxx）。
6	anongid=xxx	将远程访问的全部用户组都映射为匿名用户组帐户，并指定该匿名用户组帐户为本地用户组帐户（GID=xxx）。

3）其它配置参数

序号	选项	描述
1	sync	同步写操做，数据写入存储设备后返回成功信息。（默认设置）
2	async	异步写操做，数据在未彻底写入存储设备前就返回成功信息，实际还在内存。
3	wdelay	延迟写入选项，将多个写操请求合并后写入硬盘，减小I/O次数，NFS非正常关闭数据可能丢失（默认设置）。
4	no_wdelay	与上相反，不与async同时生效，若是NFS服务器主要收到小且不相关的请求，该选项实际会下降性能。
5	subtree	若输出目录是一个子目录，则nfs服务器将检查其父目录的权限(默认设置)；
6	no_subtree	即便输出目录是一个子目录，nfs服务器也不检查其父目录的权限，这样能够提升效率
7	secure	限制客户端只能从小于1024的tcp/ip端口链接nfs服务器（默认设置）。
8	insecure	容许客户端从大于1024的tcp/ip端口链接服务器。

2、nfs服务端配置

在nfs做为网络文件存储系统前，首先，须要安装nfs和rpcbind服务；接着，须要建立使用共享目录的用户；而后，须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，须要启动rpcbind和nfs服务，以供应用使用。

2.1 安装nfs服务

1）经过yum目录安装nfs服务和rpcbind服务：

$ yum -y install nfs-utils rpcbind

2）检查nfs服务是否正常安装

$ rpcinfo -p localhost

2.2 建立用户

为NFS服务其添加用户，并建立共享目录，以及设置用户设置共享目录的访问权限：

$ useradd -u nfs

$ mkdir -p /nfs-share 
$ 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：

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

经过执行以下命令是配置生效：

$exportfs -r

2.4 启动服务

1）因为必须先启动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：

$ systemctl start rpcbind

2）启动nfs服务：

$ systemctl start nfs-server

3）设置rpcbind和nfs-server开机启动：

$ systemctl enable rpcbind

$ systemctl enable nfs-server

2.5 检查nfs服务是否正常启动

$ showmount -e localhost

$ mount -t nfs 127.0.0.1:/data /mnt

3、nfs做为volume

nfs能够直接做为存储卷使用，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。容器经过volumeMounts.name的值肯定所使用的存储卷。

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  revisionHistoryLimit: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      # 应用的镜像
      - image: redis
        name: redis
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        # 应用的内部端口
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: redis6379
        env:
        - name: ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "yes"
        - name: REDIS_PASSWORD
          value: "redis"   
        # 持久化挂接位置，在docker中 
        volumeMounts:
        - name: redis-persistent-storage
          mountPath: /data
      volumes:
      # 宿主机上的目录
      - name: redis-persistent-storage
        nfs:
          path: /k8s-nfs/redis/data
          server: 192.168.8.150

4、nfs做为PersistentVolume

在Kubernetes当前版本的中，能够建立类型为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进行可读可写操做。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。

apiVersion: v1 
kind: PersistentVolume 
metadata: 
  name: nfs-pv 
spec: 
  capacity: 
    storage: 5Gi 
  volumeMode: Filesystem 
  accessModes: 
  - ReadWriteOnce 
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle 
  storageClassName: slow 
  mountOptions: 
  - hard 
  - nfsvers=4.1
  # 此持久化存储卷使用nfs插件 
  nfs:
    # nfs共享目录为/tmp 
    path: /tmp 
    # nfs服务器的地址
    server: 192.168.5.150

经过执行以下的命令能够建立上述持久化存储卷：

$ kubectl create -f {path}/nfs-pv.yaml

存储卷建立成功后将处于可用状态，等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim会经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做为动态存储提供

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。

...
 volumeMounts:
    - name: export-volume
      mountPath: /export
volumes:
  - name: export-volume
    hostPath:
      path: /tmp/nfs-provisioner
...

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

args:
  - "-provisioner=example.com/nfs"
...

完整的deployment.yaml文件内容以下：

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nfs-provisioner
  labels:
    app: nfs-provisioner
spec:
  ports:
    - name: nfs
      port: 2049
    - name: mountd
      port: 20048
    - name: rpcbind
      port: 111
    - name: rpcbind-udp
      port: 111
      protocol: UDP
  selector:
    app: nfs-provisioner
---

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-provisioner
    spec:
      containers:
        - name: nfs-provisioner
          image: quay.io/kubernetes_incubator/nfs-provisioner:v1.0.8
          ports:
            - name: nfs
              containerPort: 2049
            - name: mountd
              containerPort: 20048
            - name: rpcbind
              containerPort: 111
            - name: rpcbind-udp
              containerPort: 111
              protocol: UDP
          securityContext:
            capabilities:
              add:
                - DAC_READ_SEARCH
                - SYS_RESOURCE
          args:
            # 定义提供者的名称，存储类经过此名称指定提供者
            - "-provisioner=nfs-provisioner"
          env:
            - name: POD_IP
              valueFrom:
                fieldRef:
                  fieldPath: status.podIP
            - name: SERVICE_NAME
              value: nfs-provisioner
            - name: POD_NAMESPACE
              valueFrom:
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.namespace
          imagePullPolicy: "IfNotPresent"
          volumeMounts:
            - name: export-volume
              mountPath: /export
      volumes:
        - name: export-volume
          hostPath:
            path: /srv

在设置好deploy/kubernetes/deployment.yaml文件后，经过kubectl create命令在Kubernetes集群中部署nfs-provisioner。

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

5.2 建立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。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-storageclass
  provisioner: nfs-provisioner

经过kubectl create -f命令使用上面的配置文件建立：

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

storageclass “example-nfs” created

在存储类被正确建立后，就能够建立PersistenetVolumeClaim来请求StorageClass，而StorageClass将会为PersistenetVolumeClaim自动建立一个可用PersistentVolume。

5.3 建立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，此配置文件经过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建立PersistenetVolume，所要求的PersistenetVolume存储空间大小为1Mi，能够被多个容器进行读取和写入操做。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
  annotations:
    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-storageclass"
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Mi

经过kubectl create命令建立上述的持久化存储卷声明：

$ kubectl create -f {path}/claim.yaml

5.4 建立使用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镜像的容器须要对/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。

# This mounts the nfs volume claim into /mnt and continuously
# overwrites /mnt/index.html with the time and hostname of the pod. 
apiVersion: v1
kind: Deployment
metadata:  
  name: busybox-deployment
spec:  
  replicas: 2  
  selector:    
    name: busybox-deployment
  template:    
    metadata:      
      labels:        
        name: busybox-deployment    
    spec:      
      containers:      
      - image: busybox        
        command:          
        - sh          
        - -c          
        - 'while true; do date > /mnt/index.html; hostname >> /mnt/index.html; sleep $(($RANDOM % 5 + 5)); done'        
        imagePullPolicy: IfNotPresent        
        name: busybox        
        volumeMounts:          
        # name must match the volume name below          
        - name: nfs            
          mountPath: "/mnt"     
     # 
     volumes:      
     - name: nfs        
       persistentVolumeClaim:          
         claimName: nfs-pvc

经过kubectl create建立busy-deployment部署：

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

参考资料

《Persistent Volumes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
《Storage Classes》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/storage-classes/
《Dynamic Volume Provisioning》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/dynamic-provisioning/
《Volums》地址：https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/
《nfs》地址：https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs

做者简介：季向远，北京神舟航天软件技术有限公司产品经理。本文版权归原做者全部。