探索 Kubernetes 持久化儲存之 Rook Ceph 初窺門徑

kubesphere發表於2024-08-13

在 Kubernetes 生態系統中，持久化儲存是支撐業務應用穩定執行的基石，對於維護整個系統的健壯性至關重要。對於選擇自主搭建 Kubernetes 叢集的運維架構師來說，挑選合適的後端持久化儲存解決方案是關鍵的選型決策。目前，Ceph、GlusterFS、NFS、Longhorn 和 openEBS 等解決方案已在業界得到廣泛應用。

為了豐富技術棧，併為容器雲平臺的持久化儲存設計提供更廣泛的靈活性和選擇性，今天，我將帶領大家一起探索，如何將 Ceph 整合到由 KubeSphere 管理的 Kubernetes 叢集中。

整合 Ceph 至 Kubernetes 叢集主要有兩種方案：

利用 Rook Ceph 直接在 Kubernetes 叢集上部署 Ceph 叢集，這種方式更貼近雲原生的應用特性。
手動部署獨立的 Ceph 叢集，並配置 Kubernetes 叢集與之對接，實現儲存服務的整合。

本文將重點實戰演示使用 Rook Ceph 在 Kubernetes 叢集上直接部署 Ceph 叢集的方法，讓您體驗到雲原生環境下 Ceph 部署的便捷與強大。

實戰伺服器配置(架構 1:1 復刻小規模生產環境，配置略有不同)

主機名	IP	CPU	記憶體	系統盤	資料盤	用途
ksp-registry	192.168.9.90	4	8	40	200	Harbor 映象倉庫
ksp-control-1	192.168.9.91	4	8	40	100	KubeSphere/k8s-control-plane
ksp-control-2	192.168.9.92	4	8	40	100	KubeSphere/k8s-control-plane
ksp-control-3	192.168.9.93	4	8	40	100	KubeSphere/k8s-control-plane
ksp-worker-1	192.168.9.94	4	16	40	100	k8s-worker/CI
ksp-worker-2	192.168.9.95	4	16	40	100	k8s-worker
ksp-worker-3	192.168.9.96	4	16	40	100	k8s-worker
ksp-storage-1	192.168.9.97	4	8	40	400+	Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph/NFS
ksp-storage-2	192.168.9.98	4	8	40	300+	Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph
ksp-storage-3	192.168.9.99	4	8	40	300+	Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph
ksp-gpu-worker-1	192.168.9.101	4	16	40	100	k8s-worker(GPU NVIDIA Tesla M40 24G)
ksp-gpu-worker-2	192.168.9.102	4	16	40	100	k8s-worker(GPU NVIDIA Tesla P100 16G)
ksp-gateway-1	192.168.9.103	2	4	40		自建應用服務代理閘道器/VIP：192.168.9.100
ksp-gateway-2	192.168.9.104	2	4	40		自建應用服務代理閘道器/VIP：192.168.9.100
ksp-mid	192.168.9.105	4	8	40	100	部署在 k8s 叢集之外的服務節點（Gitlab 等）
合計	15	56	152	600	2100+

實戰環境涉及軟體版本資訊

作業系統：openEuler 22.03 LTS SP3 x86_64
KubeSphere：v3.4.1
Kubernetes：v1.28.8
KubeKey: v3.1.1
Containerd：1.7.13
Rook：v1.14.9
Ceph: v18.2.4

1. Rook 部署規劃

為了更好地滿足生產環境的實際需求，在規劃和部署儲存基礎設施時，我增加了以下策略：

節點擴充套件：向 Kubernetes 叢集中新增三個專用節點，這些節點將專門承載 Ceph 儲存服務，確儲存儲操作的高效性和穩定性。
元件隔離：所有 Rook 和 Ceph 元件以及資料卷將被部署在這些專屬節點上，實現元件的清晰隔離和專業化管理。
節點標籤化：為每個儲存節點設定了專門的標籤 node.kubernetes.io/storage=rook，以便 Kubernetes 能夠智慧地排程相關資源。同時，非儲存節點將被標記為 node.rook.io/rook-csi=true，這表明它們將承載 Ceph CSI 外掛，使得執行在這些節點上的業務 Pod 能夠利用 Ceph 提供的持久化儲存。
儲存介質配置：在每個儲存節點上，我將新增一塊 100G 的 Ceph 專用資料盤 /dev/sdd。為保證最佳效能，該磁碟將採用裸裝置形態直接供 Ceph OSD 使用，無需進行分割槽或格式化。

重要提示：

本文提供的配置和部署經驗對於理解 Rook-Ceph 的安裝和執行機制具有參考價值。然而，強烈建議不要將本文描述的配置直接應用於任何形式的生產環境。
在生產環境中，還需進一步考慮使用 SSD、NVMe 磁碟等高效能儲存介質；細緻規劃故障域；制定詳盡的儲存節點策略；以及進行細緻的系統最佳化配置等。

2. 前置條件

2.1 Kubernetes 版本

Rook 可以安裝在任何現有的 Kubernetes 叢集上，只要它滿足最低版本，並且授予 Rook 所需的特權
早期 v1.9.7 版本的 Rook 支援 Kubernetes v1.17 或更高版本
現在的 v1.14.9 版本支援 Kubernetes v1.25 到 v1.30 版本（可能支援更低的版本，可以自己驗證測試）

2.2 CPU Architecture

支援的 CPU 架構包括： amd64 / x86_64 and arm64。

2.3 Ceph 先決條件

為了配置 Ceph 儲存叢集，至少需要以下任意一種型別的本地儲存:

Raw devices (no partitions or formatted filesystems，沒有分割槽和格式化檔案系統，本文選擇)
Raw partitions (no formatted filesystem，已分割槽但是沒有格式化檔案系統)
LVM Logical Volumes (no formatted filesystem)
PVs available from a storage class in block mode

使用以下命令確認分割槽或裝置是否使用檔案系統並進行了格式化：

$ lsblk -f
NAME               FSTYPE      FSVER    LABEL  UUID                                   FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINTS
sda
├─sda1             ext4        1.0             b5e46d67-426b-476f-bd89-18137af7ff59    682.5M    23% /boot
└─sda2             LVM2_member LVM2 001        NepB96-M3ux-Ei6Q-V7AX-BCy1-e2RN-Lzbecn
  ├─openeuler-root ext4        1.0             0495bb1d-16f7-4156-ab10-5bd837b24de5     29.9G     7% /
  └─openeuler-swap swap        1               837d3a7e-8aac-4048-bb7a-a6fdd8eb5931
sdb                LVM2_member LVM2 001        Dyj93O-8zKr-HMah-hxjd-8IZP-IxVE-riWf3O
└─data-lvdata      xfs                         1e9b612f-dbd9-46d2-996e-db74073d6648       86G    14% /data
sdc                LVM2_member LVM2 001        LkTCe2-0vp7-e3SJ-Xxzb-UzN1-sd2T-74TF3L
└─longhorn-data    xfs                         30a13ac0-6eef-433c-8d7e-d6776ec669ff     99.1G     1% /longhorn
sdd

如果 FSTYPE 欄位不為空，說明該裝置已經格式化為檔案系統，對應的值就是檔案系統型別
如果 FSTYPE 欄位為空，說明該裝置還沒有被格式化，可以被 Ceph 使用
本例中可以使用的裝置為 sdd

如果需要清理已有磁碟給 Ceph 使用，請使用下面的命令（生產環境請謹慎）：

yum install gdisk
sgdisk --zap-all /dev/sdd

2.4 LVM 需求

Ceph OSDs 在以下場景依賴 LVM。

If encryption is enabled (encryptedDevice: "true" in the cluster CR)
A metadata device is specified
osdsPerDevice is greater than 1

Ceph OSDs 在以下場景不需要 LVM。

OSDs are created on raw devices or partitions
Creating OSDs on PVCs using the storageClassDeviceSets

openEuler 預設已經安裝 lvm2，如果沒有裝，使用下面的命令安裝。

yum install -y lvm2

2.5 Kernel 需求

RBD 需求

Ceph 需要使用構建了 RBD 模組的 Linux 核心。許多 Linux 發行版都有這個模組，但不是所有發行版都有。例如，GKE Container-Optimised OS (COS) 就沒有 RBD。

在 Kubernetes 節點使用 lsmod | grep rbd 命令驗證，如果沒有任何輸出，請執行下面的命令載入 rbd 模組。

# 在當前環境載入 rbd 和 nbd 模組
modprobe rbd
modprobe nbd

# 開機自動載入 rbd 和 nbd 模式（適用於 openEuler）
echo "rbd" >> /etc/modules-load.d/rook-ceph.conf
echo "nbd" >> /etc/modules-load.d/rook-ceph.conf

# 再次執行命令驗證
lsmod | grep rbd

# 正確的輸出結果如下
$ lsmod | grep rbd
rbd                   135168  0
libceph               413696  1 rbd

CephFS 需求

如果您將從 Ceph shared file system (CephFS) 建立卷，推薦的最低核心版本是 4.17。如果核心版本小於 4.17，則不會強制執行請求的 PVC sizes。儲存配額只會在更新的核心上執行。

注意： openEuler 22.03 SP3 目前最新的核心為 5.10.0-218.0.0.121，雖然大於 4.17 但是有些過於高了，在安裝 Ceph CSI Plugin 的時候可能會遇到 CSI 驅動無法註冊的問題。

3. 擴容叢集節點

3.1 擴容儲存專用 Worker 節點

將新增的三臺儲存專用節點加入已有的 Kubernetes 叢集，詳細的擴容操作請參考 KubeKey 擴容 Kubernetes Worker 節點實戰指南。

3.2 設定節點標籤

按規劃給三個儲存節點和其它 Worker 節點打上專屬標籤。

儲存節點標籤

# 設定 rook-ceph 部署和儲存Osd 節點標籤
kubectl label nodes ksp-storage-1 node.kubernetes.io/storage=rook
kubectl label nodes ksp-storage-2 node.kubernetes.io/storage=rook
kubectl label nodes ksp-storage-3 node.kubernetes.io/storage=rook

Worker 節點標籤

# 安裝 ceph csi plugin 節點
# kubectl label nodes ksp-control-1 node.rook.io/rook-csi=true
# kubectl label nodes ksp-control-2 node.rook.io/rook-csi=true
# kubectl label nodes ksp-control-3 node.rook.io/rook-csi=true
kubectl label nodes ksp-worker-1 node.rook.io/rook-csi=true
kubectl label nodes ksp-worker-2 node.rook.io/rook-csi=true
kubectl label nodes ksp-worker-3 node.rook.io/rook-csi=true

控制（Control）節點

不做任何設定，Ceph 的服務元件和 CSI 外掛都不會安裝在控制節點。網上也有人建議把 Ceph 的管理元件部署在 K8s 的控制節點，我是不贊同的。個人建議把 Ceph 的所有元件獨立部署。

4. 安裝配置 Rook Ceph Operator

4.1 下載部署程式碼

# git clone --single-branch --branch v1.14.9 https://github.com/rook/rook.git
cd /srv
wget https://github.com/rook/rook/archive/refs/tags/v1.14.9.tar.gz
tar xvf v1.14.9.tar.gz
cd rook-1.14.9/deploy/examples/

4.2 修改映象地址

可選配置，當 DockerHub 訪問受限時，可以將 Rook-Ceph 需要的映象離線下載到本地倉庫，部署時修改映象地址。

# 取消映象註釋
sed -i '125,130s/^.*#/ /g' operator.yaml
sed -i '506,506s/^.*#/ /g' operator.yaml

# 替換映象地址字首
sed -i 's#registry.k8s.io#registry.opsxlab.cn:8443/k8sio#g' operator.yaml
sed -i 's#quay.io#registry.opsxlab.cn:8443/quayio#g' operator.yaml
sed -i 's#rook/ceph:v1.14.9#registry.opsxlab.cn:8443/rook/ceph:v1.14.9#g' operator.yaml
sed -i '24,24s#quay.io#registry.opsxlab.cn:8443/quayio#g' cluster.yaml

注意：上面的映象倉庫是我內部離線倉庫，參考我文件的讀者不要直接照抄，一定要換成自己的映象倉庫。

4.3 修改自定義配置

修改配置檔案 operator.yaml 實現以下需求：

rook-ceph 所有管理元件部署在指定標籤節點
k8s 其他節點安裝 Ceph CSI Plugin

CSI_PROVISIONER_NODE_AFFINITY: "node.kubernetes.io/storage=rook"
CSI_PLUGIN_NODE_AFFINITY: "node.rook.io/rook-csi=true,node.kubernetes.io/storage=rook"

4.4 部署 Rook Operator

部署 Rook operator

kubectl create -f crds.yaml -f common.yaml -f operator.yaml

驗證 rook-ceph-operator Pod 的狀態是否為 Running

kubectl -n rook-ceph get pod -o wide

執行成功後，輸出結果如下：

$ kubectl -n rook-ceph get pod -o wide
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
rook-ceph-operator-9bd897ff8-426mq   1/1     Running   0          40s   10.233.77.255   ksp-storage-3   <none>           <none>

4.5 KubeSphere 控制檯檢視 Operator 資源

登入 KubeSphere 控制檯檢視建立的 Rook Ceph Operator Deployment 資源。

5. 建立 Ceph 叢集

5.1 修改叢集配置檔案

修改叢集配置檔案 cluster.yaml，增加節點親和配置

placement:
  all:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: node.kubernetes.io/storage
            operator: In
            values:
            - rook

修改叢集配置檔案 cluster.yaml，增加儲存節點和 OSD 磁碟配置

storage: # cluster level storage configuration and selection
  useAllNodes: false  # 生產環境，一定要修改，預設會使用所有節點
  useAllDevices: false # 生產環境，一定要修改，預設會使用所有磁碟
  #deviceFilter:
  config:
    storeType: bluestore
  nodes:
    - name: "ksp-storage-1"
      devices:
        - name: "sdd"
    - name: "ksp-storage-2"
      devices:
        - name: "sdd"
    - name: "ksp-storage-3"
      devices:
        - name: "sdd"

5.2 建立 Ceph 叢集

建立叢集

kubectl create -f cluster.yaml

檢視資源狀態，確保所有相關 Pod 均為 Running

$ kubectl -n rook-ceph get pod -o wide
NAME                                                      READY   STATUS      RESTARTS   AGE     IP             NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
csi-cephfsplugin-5mrxf                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.96   ksp-worker-3    <none>           <none>
csi-cephfsplugin-5s4kz                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.95   ksp-worker-2    <none>           <none>
csi-cephfsplugin-kgd48                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.94   ksp-worker-1    <none>           <none>
csi-cephfsplugin-provisioner-7f595d6cc4-5xpm8             5/5     Running     0          2m25s   10.233.64.1    ksp-storage-1   <none>           <none>
csi-cephfsplugin-provisioner-7f595d6cc4-q7q4v             5/5     Running     0          2m25s   10.233.77.26   ksp-storage-3   <none>           <none>
csi-cephfsplugin-q7rqj                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.97   ksp-storage-1   <none>           <none>
csi-cephfsplugin-x6tfj                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.99   ksp-storage-3   <none>           <none>
csi-cephfsplugin-z72tl                                    2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.98   ksp-storage-2   <none>           <none>
csi-rbdplugin-2f8db                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.97   ksp-storage-1   <none>           <none>
csi-rbdplugin-6dtwt                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.94   ksp-worker-1    <none>           <none>
csi-rbdplugin-82jrf                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.95   ksp-worker-2    <none>           <none>
csi-rbdplugin-dslkj                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.96   ksp-worker-3    <none>           <none>
csi-rbdplugin-gjmmw                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.98   ksp-storage-2   <none>           <none>
csi-rbdplugin-hfv4k                                       2/2     Running     0          2m25s   192.168.9.99   ksp-storage-3   <none>           <none>
csi-rbdplugin-provisioner-c845669bc-dp6q4                 5/5     Running     0          2m25s   10.233.64.4    ksp-storage-1   <none>           <none>
csi-rbdplugin-provisioner-c845669bc-f2s6n                 5/5     Running     0          2m25s   10.233.77.24   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-crashcollector-ksp-storage-1-7b4cf6c8fb-7s85r   1/1     Running     0          68s     10.233.64.7    ksp-storage-1   <none>           <none>
rook-ceph-crashcollector-ksp-storage-2-cc76b86dc-vb4gl    1/1     Running     0          53s     10.233.73.85   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-crashcollector-ksp-storage-3-67bf8cf566-6rcjg   1/1     Running     0          52s     10.233.77.39   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-exporter-ksp-storage-1-646fb48465-5mfcx         1/1     Running     0          68s     10.233.64.14   ksp-storage-1   <none>           <none>
rook-ceph-exporter-ksp-storage-2-79fd64549d-rbcnt         1/1     Running     0          50s     10.233.73.86   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-exporter-ksp-storage-3-7877646d8c-7h2wc         1/1     Running     0          48s     10.233.77.32   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-mgr-a-c89b4f8bd-psdwl                           3/3     Running     0          86s     10.233.73.80   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-mgr-b-7ffd8dcb85-jpj5x                          3/3     Running     0          86s     10.233.77.29   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-mon-a-654b4f677-fmqhx                           2/2     Running     0          2m15s   10.233.73.79   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-mon-b-74887d5b9c-4mb62                          2/2     Running     0          109s    10.233.77.28   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-mon-c-5fb5489c58-7hj6n                          2/2     Running     0          99s     10.233.64.16   ksp-storage-1   <none>           <none>
rook-ceph-operator-9bd897ff8-6z45z                        1/1     Running     0          29m     10.233.77.18   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-osd-0-65ccb887ff-bjtbs                          2/2     Running     0          54s     10.233.64.19   ksp-storage-1   <none>           <none>
rook-ceph-osd-1-c689d9f57-x6prx                           2/2     Running     0          53s     10.233.73.84   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-osd-2-776bb9cbd6-vmxxp                          2/2     Running     0          52s     10.233.77.37   ksp-storage-3   <none>           <none>
rook-ceph-osd-prepare-ksp-storage-1-tj6rk                 0/1     Completed   0          64s     10.233.64.18   ksp-storage-1   <none>           <none>
rook-ceph-osd-prepare-ksp-storage-2-rds4q                 0/1     Completed   0          63s     10.233.73.83   ksp-storage-2   <none>           <none>
rook-ceph-osd-prepare-ksp-storage-3-hpzgs                 0/1     Completed   0          63s     10.233.77.41   ksp-storage-3   <none>           <none>

5.3 KubeSphere 控制檯檢視 Ceph 叢集資源

Deployment（部署，17個）

Daemonsets（守護程序集，2個）

6. 建立 Rook toolbox

透過 Rook 提供的 toolbox，我們可以實現對 Ceph 叢集的管理。

6.1 建立 toolbox

建立 toolbox

kubectl apply -f toolbox.yaml

等待 toolbox pod 下載容器映象，並進入 Running 狀態:

kubectl -n rook-ceph rollout status deploy/rook-ceph-tools

6.2 常用命令

登入 Toolbox

kubectl -n rook-ceph exec -it deploy/rook-ceph-tools -- bash

驗證 Ceph 叢集狀態

$ kubectl -n rook-ceph exec -it deploy/rook-ceph-tools -- bash
bash-5.1$ ceph -s
  cluster:
    id:     e7913148-d29f-46fa-87a6-1c38ddb1530a
    health: HEALTH_OK

  services:
    mon: 3 daemons, quorum a,b,c (age 6m)
    mgr: a(active, since 5m), standbys: b
    osd: 3 osds: 3 up (since 5m), 3 in (since 5m)

  data:
    pools:   1 pools, 1 pgs
    objects: 2 objects, 577 KiB
    usage:   81 MiB used, 300 GiB / 300 GiB avail
    pgs:     1 active+clean

觀察 Ceph 叢集狀態，需要滿足下面的條件才會認為叢集狀態是健康的。

health 的值為 HEALTH_OK

Mons 的數量和狀態

Mgr 一個 active，一個 standbys

OSD 3 個，狀態都是 up

其他常用的 Ceph 命令

# 檢視 OSD 狀態
ceph osd status
ceph osd df
ceph osd utilization
ceph osd pool stats
ceph osd tree

# 檢視 Ceph 容量
ceph df

# 檢視 Rados 狀態
rados df

# 檢視 PG 狀態
ceph pg stat

刪除 toolbox（可選）

kubectl -n rook-ceph delete deploy/rook-ceph-tools

7. Block Storage

7.1 Storage 介紹

Rock Ceph 提供了三種儲存型別，請參考官方指南瞭解詳情：

Block Storage(RBD): Create block storage to be consumed by a pod (RWO)
Filesystem Storage(CephFS): Create a filesystem to be shared across multiple pods (RWX)
Object Storage(RGW): Create an object store that is accessible inside or outside the Kubernetes cluster

本文使用比較穩定、可靠的 Block Storage（RBD）的方式作為 Kubernetes 的持久化儲存。

7.2 建立儲存池

Rook 允許透過自定義資源定義 (crd) 建立和自定義 Block 儲存池。支援 Replicated 和 Erasure Coded 型別。本文演示 Replicated 的建立過程。

建立一個 3 副本的 Ceph 塊儲存池，編輯 CephBlockPool CR 資源清單，vi ceph-replicapool.yaml

apiVersion: ceph.rook.io/v1
kind: CephBlockPool
metadata:
  name: replicapool
  namespace: rook-ceph
spec:
  failureDomain: host
  replicated:
    size: 3

建立 CephBlockPool 資源

kubectl create -f ceph-replicapool.yaml

檢視資源建立情況

$ kubectl get cephBlockPool -n rook-ceph -o wide
NAME          PHASE   TYPE         FAILUREDOMAIN   REPLICATION   EC-CODINGCHUNKS   EC-DATACHUNKS   AGE
replicapool   Ready   Replicated   host            3             0                 0               16s

在 ceph toolbox 中檢視 Ceph 叢集狀態

# 登入
kubectl -n rook-ceph exec -it deploy/rook-ceph-tools -- bash

# 檢視叢集
bash-5.1$ ceph -s
  cluster:
    id:     e7913148-d29f-46fa-87a6-1c38ddb1530a
    health: HEALTH_OK

  services:
    mon: 3 daemons, quorum a,b,c (age 10m)
    mgr: a(active, since 8m), standbys: b
    osd: 3 osds: 3 up (since 9m), 3 in (since 9m)

  data:
    pools:   2 pools, 2 pgs
    objects: 3 objects, 577 KiB
    usage:   81 MiB used, 300 GiB / 300 GiB avail
    pgs:     2 active+clean

# 檢視叢集儲存池 
bash-5.1$ ceph osd pool ls
.mgr
replicapool

bash-5.1$ rados df
POOL_NAME       USED  OBJECTS  CLONES  COPIES  MISSING_ON_PRIMARY  UNFOUND  DEGRADED  RD_OPS      RD  WR_OPS       WR  USED COMPR  UNDER COMPR
.mgr         1.7 MiB        2       0       6                   0        0         0     106  91 KiB     137  1.8 MiB         0 B          0 B
replicapool   12 KiB        1       0       3                   0        0         0       0     0 B       2    2 KiB         0 B          0 B

total_objects    3
total_used       81 MiB
total_avail      300 GiB
total_space      300 GiB

# 檢視儲存池的 pg number
bash-5.1$ ceph osd pool get replicapool pg_num
pg_num: 32

7.3 建立 StorageClass

編輯 StorageClass 資源清單，vi storageclass-rook-ceph-block.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
   name: rook-ceph-block
# Change "rook-ceph" provisioner prefix to match the operator namespace if needed
provisioner: rook-ceph.rbd.csi.ceph.com
parameters:
    # clusterID is the namespace where the rook cluster is running
    clusterID: rook-ceph
    # Ceph pool into which the RBD image shall be created
    pool: replicapool

    # RBD image format. Defaults to "2".
    imageFormat: "2"

    # RBD image features. Available for imageFormat: "2". CSI RBD currently supports only `layering` feature.
    imageFeatures: layering

    # The secrets contain Ceph admin credentials.
    csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-name: rook-csi-rbd-provisioner
    csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-namespace: rook-ceph
    csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-name: rook-csi-rbd-provisioner
    csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-namespace: rook-ceph
    csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-name: rook-csi-rbd-node
    csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-namespace: rook-ceph

    # Specify the filesystem type of the volume. If not specified, csi-provisioner
    # will set default as `ext4`. Note that `xfs` is not recommended due to potential deadlock
    # in hyperconverged settings where the volume is mounted on the same node as the osds.
    csi.storage.k8s.io/fstype: ext4

# Delete the rbd volume when a PVC is deleted
reclaimPolicy: Delete

# Optional, if you want to add dynamic resize for PVC.
# For now only ext3, ext4, xfs resize support provided, like in Kubernetes itself.
allowVolumeExpansion: true

建立 StorageClass 資源

kubectl create -f storageclass-rook-ceph-block.yaml

注意： examples/csi/rbd 目錄中有更多的參考用例。

驗證資源

$ kubectl get sc
NAME               PROVISIONER                                   RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
local              openebs.io/local                              Delete          WaitForFirstConsumer   false                  76d
nfs-sc (default)   k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner   Delete          Immediate              false                  22d
rook-ceph-block    rook-ceph.rbd.csi.ceph.com                    Delete          Immediate              true                   11s

8. 建立測試應用

8.1 使用 Rook 提供的測試案例

我們使用 Rook 官方提供的經典的 Wordpress 和 MySQL 應用程式建立一個使用 Rook 提供塊儲存的示例應用程式，這兩個應用程式都使用由 Rook 提供的塊儲存卷。

建立 MySQL 和 Wordpress

kubectl create -f mysql.yaml
kubectl create -f wordpress.yaml

檢視 PVC 資源

$ kubectl get pvc
NAME             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE
mysql-pv-claim   Bound    pvc-938fc531-cff8-452b-b89a-0040ac0aaa02   20Gi       RWO            rook-ceph-block   31s
wp-pv-claim      Bound    pvc-d94118de-7105-4a05-a4e7-ebc5807cc5c1   20Gi       RWO            rook-ceph-block   13s

檢視 SVC 資源

$ kubectl get svc
NAME              TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE
kubernetes        ClusterIP      10.233.0.1      <none>        443/TCP           76d
wordpress         LoadBalancer   10.233.25.187   <pending>     80:31280/TCP      33s
wordpress-mysql   ClusterIP      None            <none>        3306/TCP          50s

檢視 Pod 資源

$ kubectl get pod -o wide
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP              NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
wordpress-6678b8879f-ql6sm         1/1     Running   0          49s    10.233.73.89    ksp-storage-2   <none>           <none>
wordpress-mysql-5d69d6696b-fwttl   1/1     Running   0          67s    10.233.64.15    ksp-storage-1   <none>           <none>

8.2 指定節點建立測試應用

Wordpress 和 MySQL 測試用例中，pod 建立在了儲存專用節點。為了測試叢集中其它 Worker 節點是否可以使用 Ceph 儲存，我們再做一個測試，在建立 Pod 時指定 nodeSelector 標籤，將 Pod 建立在非 rook-ceph 專用節點的 ksp-worker-1 上。

編寫測試 PVC 資源清單，vi test-pvc-rbd.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: test-pvc-rbd
spec:
  storageClassName: rook-ceph-block
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

建立 PVC

kubectl apply -f test-pvc-rbd.yaml

檢視 PVC

$ kubectl get pvc -o wide
NAME             STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE   VOLUMEMODE
mysql-pv-claim   Bound    pvc-00c09bac-cee2-4a0e-9549-56f05b9c6965   20Gi       RWO            rook-ceph-block   77s   Filesystem
test-pvc-rbd     Bound    pvc-ad475b29-6730-4c9a-8f8d-a0cd99b12781   2Gi        RWO            rook-ceph-block   5s    Filesystem
wp-pv-claim      Bound    pvc-b3b2d6bc-6d62-4ac3-a50c-5dcf076d501c   20Gi       RWO            rook-ceph-block   76s   Filesystem

編寫測試 Pod 資源清單，vi test-pod-rbd.yaml

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: test-pod-rbd
spec:
  containers:
  - name: test-pod-rbd
    image: busybox:stable
    command:
      - "/bin/sh"
    args:
      - "-c"
      - "touch /mnt/SUCCESS && sleep 3600"
    volumeMounts:
      - name: rbd-pvc
        mountPath: "/mnt"
  restartPolicy: "Never"
  nodeSelector:
    kubernetes.io/hostname: ksp-worker-1
  volumes:
    - name: rbd-pvc
      persistentVolumeClaim:
        claimName: test-pvc-rbd

建立 Pod

kubectl apply -f test-pod-rbd.yaml

檢視 Pod（ Pod 按預期建立在了 ksp-worker-1 節點，並正確執行）

$ kubectl get pods -o wide
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATES
test-pod-rbd                       1/1     Running   0          5s    10.233.94.210   ksp-worker-1    <none>           <none>
wordpress-6678b8879f-ql6sm         1/1     Running   0          10m   10.233.73.89    ksp-storage-2   <none>           <none>
wordpress-mysql-5d69d6696b-fwttl   1/1     Running   0          10m   10.233.64.15    ksp-storage-1   <none>           <none>

檢視 Pod 掛載的儲存

$ kubectl exec test-pod-rbd -- df -h
Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
overlay                  99.9G     14.0G     85.9G  14% /
tmpfs                    64.0M         0     64.0M   0% /dev
tmpfs                     7.6G         0      7.6G   0% /sys/fs/cgroup
/dev/rbd0                 1.9G     24.0K      1.9G   0% /mnt
/dev/mapper/openeuler-root
                         34.2G      2.3G     30.1G   7% /etc/hosts
/dev/mapper/openeuler-root
                         34.2G      2.3G     30.1G   7% /dev/termination-log
/dev/mapper/data-lvdata
                         99.9G     14.0G     85.9G  14% /etc/hostname
/dev/mapper/data-lvdata
                         99.9G     14.0G     85.9G  14% /etc/resolv.conf
shm                      64.0M         0     64.0M   0% /dev/shm
tmpfs                    13.9G     12.0K     13.9G   0% /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
tmpfs                     7.6G         0      7.6G   0% /proc/acpi
tmpfs                    64.0M         0     64.0M   0% /proc/kcore
tmpfs                    64.0M         0     64.0M   0% /proc/keys
tmpfs                    64.0M         0     64.0M   0% /proc/timer_list
tmpfs                    64.0M         0     64.0M   0% /proc/sched_debug
tmpfs                     7.6G         0      7.6G   0% /proc/scsi
tmpfs                     7.6G         0      7.6G   0% /sys/firmware

測試儲存空間讀寫

# 寫入 1GB 的資料
$ kubectl exec test-pod-rbd -- dd if=/dev/zero of=/mnt/test-disk.img bs=1M count=1000
1000+0 records in
1000+0 records out
1048576000 bytes (1000.0MB) copied, 4.710019 seconds, 212.3MB/s

# 檢視結果
$ kubectl exec test-pod-rbd -- ls -lh /mnt/
total 1000M
-rw-r--r--    1 root     root           0 Aug  5 20:11 SUCCESS
drwx------    2 root     root       16.0K Aug  5 20:11 lost+found
-rw-r--r--    1 root     root     1000.0M Aug  5 20:14 test-disk.img

# 測試超限（再寫入 1GB 資料，只能寫入 929.8MB）
$ kubectl exec test-pod-rbd -- dd if=/dev/zero of=/mnt/test-disk2.img bs=1M count=1000
dd: error writing '/mnt/test-disk2.img': No space left on device
930+0 records in
929+0 records out
974987264 bytes (929.8MB) copied, 3.265758 seconds, 284.7MB/s
command terminated with exit code 1

# 再次檢視結果
$ kubectl exec test-pod-rbd -- ls -lh /mnt/
total 2G
-rw-r--r--    1 root     root           0 Aug  5 20:11 SUCCESS
drwx------    2 root     root       16.0K Aug  5 20:11 lost+found
-rw-r--r--    1 root     root     1000.0M Aug  5 20:14 test-disk.img
-rw-r--r--    1 root     root      929.8M Aug  5 20:18 test-disk2.img

注意： 測試時，我們寫入了 2G 的資料量，當達過我們建立的 PVC 2G 容量上限時會報錯（實際使用寫不滿 2G）。說明，Ceph 儲存可以做到容量配額限制。

9. Ceph Dashboard

Ceph 提供了一個 Dashboard 工具，我們可以在上面檢視叢集的狀態，包括叢集整體執行狀態、Mgr、Mon、OSD 和其他 Ceph 程序的狀態，檢視儲存池和 PG 狀態，以及顯示守護程序的日誌等。

部署叢集的配置檔案 cluster.yaml ，預設已經開啟了 Dashboard 功能，Rook Ceph operator 部署叢集時將啟用 ceph-mgr 的 Dashboard 模組。

9.1 獲取 Dashboard 的 service 地址

$ kubectl -n rook-ceph get service
NAME                      TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)             AGE
rook-ceph-exporter        ClusterIP   10.233.4.126    <none>        9926/TCP            46m
rook-ceph-mgr             ClusterIP   10.233.49.41    <none>        9283/TCP            46m
rook-ceph-mgr-dashboard   ClusterIP   10.233.7.182    <none>        8443/TCP            46m
rook-ceph-mon-a           ClusterIP   10.233.45.222   <none>        6789/TCP,3300/TCP   47m
rook-ceph-mon-b           ClusterIP   10.233.52.144   <none>        6789/TCP,3300/TCP   47m
rook-ceph-mon-c           ClusterIP   10.233.57.144   <none>        6789/TCP,3300/TCP   47m

9.2 配置在叢集外部訪問 Dashboard

通常我們需要在 K8s 叢集外部訪問 Ceph Dashboard，可以透過 NodePort 或是 Ingress 的方式。

本文演示 NodePort 方式。

建立資源清單檔案， vi ceph-dashboard-external-https.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: rook-ceph-mgr-dashboard-external-https
  namespace: rook-ceph
  labels:
    app: rook-ceph-mgr
    rook_cluster: rook-ceph
spec:
  ports:
  - name: dashboard
    port: 8443
    protocol: TCP
    targetPort: 8443
    nodePort: 31443
  selector:
    app: rook-ceph-mgr
    mgr_role: active
    rook_cluster: rook-ceph
  type: NodePort

建立資源

kubectl create -f ceph-dashboard-external-https.yaml

驗證建立的資源

$ kubectl -n rook-ceph get service rook-ceph-mgr-dashboard-external-https
NAME                                     TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
rook-ceph-mgr-dashboard-external-https   NodePort   10.233.5.136   <none>        8443:31443/TCP   5s

登陸 Dashboard 時需要身份驗證，Rook 建立了一個預設使用者，使用者名稱 admin。建立了一個名為 rook-ceph-dashboard-password 的 secret 儲存密碼，使用下面的命令獲取隨機生成的密碼。

$ kubectl -n rook-ceph get secret rook-ceph-dashboard-password -o jsonpath="{['data']['password']}" | base64 --decode && echo
6W6#Y3PvI~=CVq0f'@Yo

9.4 透過瀏覽器開啟 Dashboard

訪問 K8s 叢集中任意節點的 IP，https://192.168.9.91:31443，預設使用者名稱 admin，密碼透過上面的命令獲取。

9.5 Ceph Dashboard 概覽

Ceph Dashboard 雖然介面簡單，但是常用的管理功能都具備，能實現圖形化管理儲存資源。下面展示幾張截圖，作為本文的結尾。

Dashboard

叢集-主機

叢集-OSD

儲存池

免責宣告：

筆者水平有限，儘管經過多次驗證和檢查，盡力確保內容的準確性，但仍可能存在疏漏之處。敬請業界專家大佬不吝指教。
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