Kubernetes 使用 ceph-csi 消費 RBD 作為持久化儲存

米開朗基楊發表於2020-10-20
持久化

原文連結：https://fuckcloudnative.io/posts/kubernetes-storage-using-ceph-rbd/

本文詳細介紹瞭如何在 Kubernetes 叢集中部署 ceph-csi（v3.1.0），並使用 RBD 作為持久化儲存。

需要的環境參考下圖：

本文使用的環境版本資訊：

Kubernetes 版本：

$ kubectl get node
NAME       STATUS   ROLES    AGE   VERSION
sealos01   Ready    master   23d   v1.18.8
sealos02   Ready    master   23d   v1.18.8
sealos03   Ready    master   23d   v1.18.8

Ceph 版本：

$ ceph version
ceph version 14.2.11 (f7fdb2f52131f54b891a2ec99d8205561242cdaf) nautilus (stable)

以下是詳細部署過程：

1. 新建 Ceph Pool

建立一個新的 ceph 儲存池（pool） 給 Kubernetes 使用：

$ ceph osd pool create kubernetes

pool ' kubernetes' created

檢視所有的 pool：

$ ceph osd lspools

1 cephfs_data
2 cephfs_metadata
3 .rgw.root
4 default.rgw.control
5 default.rgw.meta
6 default.rgw.log
7 kubernetes

2. 新建使用者

為 Kubernetes 和 ceph-csi 單獨建立一個新使用者：

$ ceph auth get-or-create client.kubernetes mon 'profile rbd' osd 'profile rbd pool=kubernetes' mgr 'profile rbd pool=kubernetes'

[client.kubernetes]
    key = AQBnz11fclrxChAAf8TFw8ROzmr8ifftAHQbTw==

後面的配置需要用到這裡的 key，如果忘了可以通過以下命令來獲取：

$ ceph auth get client.kubernetes
exported keyring for client.kubernetes
[client.kubernetes]
	key = AQBnz11fclrxChAAf8TFw8ROzmr8ifftAHQbTw==
	caps mgr = "profile rbd pool=kubernetes"
	caps mon = "profile rbd"
	caps osd = "profile rbd pool=kubernetes"

3. 部署 ceph-csi

拉取 ceph-csi 的最新 release 分支（v3.1.0）：

$ git clone --depth 1 --branch v3.1.0 https://gitclone.com/github.com/ceph/ceph-csi
  • 這裡使用 gitclone 來加速拉取。

修改 Configmap

獲取 Ceph 叢集的資訊：

$ ceph mon dump

dumped monmap epoch 1
epoch 1
fsid 154c3d17-a9af-4f52-b83e-0fddd5db6e1b
last_changed 2020-09-12 16:16:53.774567
created 2020-09-12 16:16:53.774567
min_mon_release 14 (nautilus)
0: [v2:172.16.1.21:3300/0,v1:172.16.1.21:6789/0] mon.sealos01
1: [v2:172.16.1.22:3300/0,v1:172.16.1.22:6789/0] mon.sealos02
2: [v2:172.16.1.23:3300/0,v1:172.16.1.23:6789/0] mon.sealos03

這裡需要用到兩個資訊：

  • fsid : 這個是 Ceph 的叢集 ID。
  • 監控節點資訊。目前 ceph-csi 只支援 v1 版本的協議，所以監控節點那裡我們只能用 v1 的那個 IP 和埠號（例如，172.16.1.21:6789）。

進入 ceph-csi 的 deploy/rbd/kubernetes 目錄：

$ cd deploy/rbd/kubernetes

$ ls -l ./
total 36
-rw-r--r-- 1 root root  100 Sep 14 04:49 csi-config-map.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 1686 Sep 14 04:49 csi-nodeplugin-psp.yaml
-rw-r--r-- 1 root root  858 Sep 14 04:49 csi-nodeplugin-rbac.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 1312 Sep 14 04:49 csi-provisioner-psp.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 3105 Sep 14 04:49 csi-provisioner-rbac.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 5497 Sep 14 04:49 csi-rbdplugin-provisioner.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 5852 Sep 14 04:49 csi-rbdplugin.yaml

將以上獲取的資訊寫入 csi-config-map.yaml：

---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
data:
  config.json: |-
    [
      {
        "clusterID": "154c3d17-a9af-4f52-b83e-0fddd5db6e1b",
        "monitors": [
          "172.16.1.21:6789",
          "172.15.1.22:6789",
          "172.16.1.23:6789"
        ]
      }
    ]
metadata:
  name: ceph-csi-config

建立一個新的 namespace 專門用來部署 ceph-csi：

$ kubectl create ns ceph-csi

將此 Configmap 儲存到 Kubernetes 叢集中：

$ kubectl -n ceph-csi apply -f csi-config-map.yaml

新建 Secret

使用建立的 kubernetes 使用者 ID 和 cephx 金鑰生成 Secret：

cat <<EOF > csi-rbd-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: csi-rbd-secret
  namespace: ceph-csi
stringData:
  userID: kubernetes
  userKey: AQBnz11fclrxChAAf8TFw8ROzmr8ifftAHQbTw==
EOF

部署 Secret：

$ kubectl apply -f csi-rbd-secret.yaml

RBAC 授權

將所有配置清單中的 namespace 改成 ceph-csi：

$ sed -i "s/namespace: default/namespace: ceph-csi/g" $(grep -rl "namespace: default" ./)
$ sed -i -e "/^kind: ServiceAccount/{N;N;a\  namespace: ceph-csi  # 輸入到這裡的時候需要按一下Enter鍵，在下一行繼續輸入
  }" $(egrep -rl "^kind: ServiceAccount" ./)

建立必須的 ServiceAccount 和 RBAC ClusterRole/ClusterRoleBinding 資源物件：

$ kubectl create -f csi-provisioner-rbac.yaml
$ kubectl create -f csi-nodeplugin-rbac.yaml

建立 PodSecurityPolicy：

$ kubectl create -f csi-provisioner-psp.yaml
$ kubectl create -f csi-nodeplugin-psp.yaml

部署 CSI sidecar

將 csi-rbdplugin-provisioner.yaml 和 csi-rbdplugin.yaml 中的 kms 部分配置註釋掉：

部署 csi-rbdplugin-provisioner：

$ kubectl -n ceph-csi create -f csi-rbdplugin-provisioner.yaml

這裡麵包含了 6 個 Sidecar 容器，包括 external-provisioner、external-attacher、csi-resizer 和 csi-rbdplugin。

部署 RBD CSI driver

最後部署 RBD CSI Driver：

$ kubectl -n ceph-csi create -f csi-rbdplugin.yaml

Pod 中包含兩個容器：CSI node-driver-registrar 和 CSI RBD driver。

建立 Storageclass

$ cat <<EOF > storageclass.yaml
---
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
   name: csi-rbd-sc
provisioner: rbd.csi.ceph.com
parameters:
   clusterID: 154c3d17-a9af-4f52-b83e-0fddd5db6e1b
   pool: kubernetes
   imageFeatures: layering
   csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-name: csi-rbd-secret
   csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-namespace: ceph-csi
   csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-name: csi-rbd-secret
   csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-namespace: ceph-csi
   csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-name: csi-rbd-secret
   csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-namespace: ceph-csi
   csi.storage.k8s.io/fstype: ext4
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true
mountOptions:
   - discard
EOF
  • 這裡的 clusterID 對應之前步驟中的 fsid。
  • imageFeatures 用來確定建立的 image 特徵，如果不指定，就會使用 RBD 核心中的特徵列表，但 Linux 不一定支援所有特徵，所以這裡需要限制一下。

3. 試用 ceph-csi

Kubernetes 通過 PersistentVolume 子系統為使用者和管理員提供了一組 API，將儲存如何供應的細節從其如何被使用中抽象出來，其中 PV（PersistentVolume） 是實際的儲存，PVC（PersistentVolumeClaim） 是使用者對儲存的請求。

下面通過官方倉庫的示例來演示如何使用 ceph-csi。

先進入 ceph-csi 專案的 example/rbd 目錄，然後直接建立 PVC：

$ kubectl apply -f pvc.yaml

檢視 PVC 和申請成功的 PV：

$ kubectl get pvc
NAME      STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
rbd-pvc   Bound    pvc-44b89f0e-4efd-4396-9316-10a04d289d7f   1Gi        RWO            csi-rbd-sc     8m21s

$ kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                STORAGECLASS   REASON   AGE
pvc-44b89f0e-4efd-4396-9316-10a04d289d7f   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/rbd-pvc      csi-rbd-sc              8m18s

再建立示例 Pod：

$ kubectl apply -f pod.yaml

進入 Pod 裡面測試讀寫資料：

$ kubectl exec -it csi-rbd-demo-pod bash
root@csi-rbd-demo-pod:/# cd /var/lib/www/
root@csi-rbd-demo-pod:/var/lib/www# ls -l
total 4
drwxrwxrwx 3 root root 4096 Sep 14 09:09 html
root@csi-rbd-demo-pod:/var/lib/www# echo "https://fuckcloudnative.io" > sealos.txt
root@csi-rbd-demo-pod:/var/lib/www# cat sealos.txt
https://fuckcloudnative.io

列出 kubernetes pool 中的 rbd images：

$ rbd ls -p kubernetes
csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6

檢視該 image 的特徵：

$ rbd info csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6 -p kubernetes
rbd image 'csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6':
	size 1 GiB in 256 objects
	order 22 (4 MiB objects)
	snapshot_count: 0
	id: 8da46585bb36
	block_name_prefix: rbd_data.8da46585bb36
	format: 2
	features: layering
	op_features:
	flags:
	create_timestamp: Mon Sep 14 09:08:27 2020
	access_timestamp: Mon Sep 14 09:08:27 2020
	modify_timestamp: Mon Sep 14 09:08:27 2020

可以看到對 image 的特徵限制生效了，這裡只有 layering。

實際上這個 image 會被掛載到 node 中作為一個塊裝置，到執行 Pod 的 Node 上可以通過 rbd 命令檢視對映資訊：

$ rbd showmapped
id pool       namespace image                                        snap device
0  kubernetes           csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6 -    /dev/rbd0

在 node 上檢視掛載資訊：

$ lsblk -l|grep rbd
rbd0                                                                                               252:32   0     1G  0 disk /var/lib/kubelet/pods/15179e76-e06e-4c0e-91dc-e6ecf2119f4b/volumes/kubernetes.io~csi/pvc-44b89f0e-4efd-4396-9316-10a04d289d7f/mount

在 容器中檢視掛載資訊：

$ kubectl exec -it csi-rbd-demo-pod bash
root@csi-rbd-demo-pod:/# lsblk -l|grep rbd
rbd0                                                                                               252:32   0     1G  0 disk /var/lib/www/html

一切正常！

4. 試用卷快照功能

要想使用卷快照（Volume Snapshot）功能，首先需要在 apiserver 的 --feature-gates 引數中加上 VolumeSnapshotDataSource=true，不過從 Kubernetes 1.17 開始這個特性已經預設開啟了，不需要再手動新增。

卷快照功能不是 Kubernetes 的核心 API，它是通過 CRD 來實現的，同時還需要一個卷快照控制器（需要單獨部署）。卷快照控制器和 CRD 獨立於特定的 CSI 驅動，無論 Kubernetes 叢集中部署了多少 CSI 驅動，每個叢集都必須只執行一個卷快照控制器和一組卷快照 CRD。

卷快照 CRD 和控制器都在這個專案中：https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter。

將 external-snapshotter 專案拉取到本地：

$ git clone --depth 1 https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter

建立卷快照 CRD：

$ cd external-snapshotter
$ kubectl create -f client/config/crd

將卷快照部署清單中的 namespace 改成 kube-system：

$ sed -i "s/namespace: default/namespace: kube-system/g" $(grep -rl "namespace: default" deploy/kubernetes/snapshot-controller)

部署卷快照控制器：

$ kubectl create -f deploy/kubernetes/snapshot-controller

現在可以回到 ceph-csi 的 examples/rbd 目錄試用卷快照功能了。先將 snapshotclass.yaml 中的 clusterID 改成 Ceph 的叢集 ID：

---
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1beta1
kind: VolumeSnapshotClass
metadata:
  name: csi-rbdplugin-snapclass
driver: rbd.csi.ceph.com
parameters:
  # String representing a Ceph cluster to provision storage from.
  # Should be unique across all Ceph clusters in use for provisioning,
  # cannot be greater than 36 bytes in length, and should remain immutable for
  # the lifetime of the StorageClass in use.
  # Ensure to create an entry in the configmap named ceph-csi-config, based on
  # csi-config-map-sample.yaml, to accompany the string chosen to
  # represent the Ceph cluster in clusterID below
  clusterID: 154c3d17-a9af-4f52-b83e-0fddd5db6e1b

  # Prefix to use for naming RBD snapshots.
  # If omitted, defaults to "csi-snap-".
  # snapshotNamePrefix: "foo-bar-"

  csi.storage.k8s.io/snapshotter-secret-name: csi-rbd-secret
  csi.storage.k8s.io/snapshotter-secret-namespace: ceph-csi
deletionPolicy: Delete

然後建立 snapshot class：

$ kubectl create -f snapshotclass.yaml

檢視 snapshot class 是否建立成功：

$ kubectl get volumesnapshotclass
NAME                      DRIVER             DELETIONPOLICY   AGE
csi-rbdplugin-snapclass   rbd.csi.ceph.com   Delete           2s

還記得上一節建立的 rbd-pvc 嗎，現在我們可以直接建立該 PVC 的快照來進行備份了，卷快照的配置清單如下：

---
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1beta1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: rbd-pvc-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-rbdplugin-snapclass
  source:
    persistentVolumeClaimName: rbd-pvc

通過該配置清單建立 PVC rbd-pvc 的快照：

$ kubectl create -f snapshot.yaml

驗證快照是否建立成功：

$ kubectl get volumesnapshot
NAME               READYTOUSE   SOURCEPVC   SOURCESNAPSHOTCONTENT   RESTORESIZE   SNAPSHOTCLASS             SNAPSHOTCONTENT                                    CREATIONTIME   AGE
rbd-pvc-snapshot   false        rbd-pvc                                           csi-rbdplugin-snapclass   snapcontent-9011a05f-dc34-480d-854e-814b0b1b245d                  16s

在 Ceph 叢集中可以看到新建立快照的 image 名稱：

$ rbd ls -p kubernetes
csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d
csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6

檢視新建立的快照資訊：

$ rbd snap ls csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d -p kubernetes
SNAPID NAME                                          SIZE  PROTECTED TIMESTAMP
     9 csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d 1 GiB           Tue Sep 15 03:55:34 2020

快照也是 pool 中的一個 image，所以可以用常規的命令檢視快照的詳細資訊：

$ rbd info csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d -p kubernetes
rbd image 'csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d':
	size 1 GiB in 256 objects
	order 22 (4 MiB objects)
	snapshot_count: 1
	id: 66cdcd259693
	block_name_prefix: rbd_data.66cdcd259693
	format: 2
	features: layering, deep-flatten, operations
	op_features: clone-child
	flags:
	create_timestamp: Tue Sep 15 03:55:33 2020
	access_timestamp: Tue Sep 15 03:55:33 2020
	modify_timestamp: Tue Sep 15 03:55:33 2020
	parent: kubernetes/csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6@33d02b70-bc82-4def-afd3-b7a40567a8db
	overlap: 1 GiB

如果想恢復快照，可以直接基於快照建立 PVC，配置清單內容如下：

---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: rbd-pvc-restore
spec:
  storageClassName: csi-rbd-sc
  dataSource:
    name: rbd-pvc-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

建立 PVC：

$ kubectl apply -f pvc-restore.yaml

檢視 PVC 和申請成功的 PV：

$ kubectl get pvc
NAME              STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
rbd-pvc           Bound    pvc-44b89f0e-4efd-4396-9316-10a04d289d7f   1Gi        RWO            csi-rbd-sc     22h
rbd-pvc-restore   Bound    pvc-e0ef4f6a-03dc-4c3b-a9c2-db03baf35ab0   1Gi        RWO            csi-rbd-sc     2m45s

$ kubectl get pv
pvc-44b89f0e-4efd-4396-9316-10a04d289d7f   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/rbd-pvc           csi-rbd-sc              22h
pvc-e0ef4f6a-03dc-4c3b-a9c2-db03baf35ab0   1Gi        RWO            Delete           Bound    default/rbd-pvc-restore   csi-rbd-sc              2m14s

可以看到 PV 申請成功了，對應到 Ceph 裡面就多了一個 RBD image：

$ rbd ls -p kubernetes
csi-snap-4da66c2e-f707-11ea-ba22-aaa4b0fc674d
csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6
csi-vol-e32d46bd-f722-11ea-a3fa-ee21730897e6

建立一個新 Pod，使用該 PV 作為持久化儲存：

$ kubectl apply -f pod-restore.yaml

待 Pod 執行成功後，到執行 Pod 的 Node 上可以通過 rbd 命令檢視對映資訊：

$ rbd showmapped
id pool       namespace image                                        snap device
0  kubernetes           csi-vol-d9d011f9-f669-11ea-a3fa-ee21730897e6 -    /dev/rbd0
1  kubernetes           csi-vol-e32d46bd-f722-11ea-a3fa-ee21730897e6 -    /dev/rbd1

5. 清理

結束對示例應用的體驗後，就可以使用下面的命令來完成應用的刪除和清理了：

$ kubectl delete -f pod-restore.yaml
$ kubectl delete -f pvc-restore.yaml
$ kubectl delete -f snapshot.yaml
$ kubectl delete -f snapshotclass.yaml
$ kubectl delete -f pod.yaml
$ kubectl delete -f pvc.yaml

Kubernetes 1.18.2 1.17.5 1.16.9 1.15.12離線安裝包釋出地址http://store.lameleg.com ，歡迎體驗。 使用了最新的sealos v3.3.6版本。 作了主機名解析配置優化，lvscare 掛載/lib/module解決開機啟動ipvs載入問題， 修復lvscare社群netlink與3.10核心不相容問題,sealos生成百年證書等特性。更多特性 https://github.com/fanux/sealos 。歡迎掃描下方的二維碼加入釘釘群 ，釘釘群已經整合sealos的機器人實時可以看到sealos的動態。

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