k8s集群对接cephfs

2024-03-27 09:08:16

cephfs简介

CephFS是个与POSIX标准兼容的文件系统，坐于基于对象的 Ceph 存储集群之上，其内的文件被映射到 Ceph 存储集群内的对象。客户端可以把此文件系统挂载在内核对象或用户空间文件系统（ FUSE ）上。文件目录和其他元数据存储在ceph的RADOS中，而MDS缓存元信息和文件目录信息。
主要特点如下：

可以支持内核空间mount -t ceph方式挂载，也支持用户空间的ceph-fuse方式挂载
多个clients可以同时读写，属于共享文件系统
由于底层是ceph，并且MDS支持主备，能够实现高可用
配额管理：
1）用户空间的ceph-fuse方式挂载支持空间的配额管理
2）内核空间的挂载支持配额管理需要ceph mimic+以上版本的集群和挂载cephfs的客户端kernel版本为>=4.17

cephfs架构图如下：

在k8s环境下使用ceph rbd和cephfs的对比

1，多client挂载
ceph rbd支持同一个node下多pod的挂载；
cephfs支持跨node的多pod的挂载，实现共享；
2，性能
ceph rbd读取写入延迟低，I/O带宽表现良好；
cephfs读取延迟低,写入延迟差一点，I/O带宽表现良好,尤其是block size较大一些的文件；存储空间使用过大可能出现性能瓶颈；
3，配额管理
ceph rbd支持；
cephfs有条件支持；

环境准备

需要提前部署好ceph集群，见：https://blog.51cto.com/leejia/2499684

创建cephfs

cephfs需要至少一个mds（Ceph Metadata Server）服务用来存放cepfs服务依赖元数据信息，有条件的可以创建2个会自动成为主备。在ceph1上创建mds服务：

# ceph-deploy mds create ceph1 ceph2

一个cephfs需要至少两个RADOS存储池，一个用于数据、一个用于元数据。配置这些存储池时需考虑：

为元数据存储池设置较高的副本水平，因为此存储池丢失任何数据都会导致整个文件系统失效；

为元数据存储池分配低延时存储器（例如SSD），因为它会直接影响到客户端的操作延时；
我们在ceph1上来创建存储池和和cephfs：

ceph osd pool create cephfs-data 128 128
ceph osd pool create cephfs-metadata 128 128
ceph fs new cephfs cephfs-metadata cephfs-data

创建完成之后，查看mds和fs的状态：

# ceph mds stat
e6: 1/1/1 up {0=ceph2=up:active}, 1 up:standby
# ceph fs ls
name: cephfs, metadata pool: cephfs-metadata, data pools: [cephfs-data ]

cephfs手动挂载测试

在ceph1上创建一个能访问cephfs的用户

# ceph auth get-or-create client.cephfs mon "allow r" mds "allow rw" osd "allow rw pool=cephfs-data, allow rw pool=cephfs-metadata"
[client.cephfs]
key = AQD1LfVffTlMHBAAove2EgMyJ8flMNYZG9VbTA==
# ceph auth get client.cephfs
exported keyring for client.cephfs
[client.cephfs]
key = AQD1LfVffTlMHBAAove2EgMyJ8flMNYZG9VbTA==
caps mds = "allow rw"
caps mon = "allow r"
caps osd = "allow rw pool=cephfs-data, allow rw pool=cephfs-metadata"

把cephfs用户对应的key访问如文件，并使用mount命令来挂载。卸载的话，通过umount命令直接卸载即可：

# echo "AQD1LfVffTlMHBAAove2EgMyJ8flMNYZG9VbTA==" >> /tmp/lee.secret
# mount -t ceph 172.18.2.172:6789,172.18.2.178:6789,172.18.2.189:6789:/ /mnt -o name=admin,secretfile=/tmp/lee.secret

# df -h|grep mnt
172.18.2.172:6789,172.18.2.178:6789,172.18.2.189:6789:/  586G   98G  488G  17% /mnt

通过storageclass动态创建基于cephfs的pv

现在cephfs已经部署完成，现在需要考虑k8s对接cephfs使用的问题了。k8s使用cephfs进行数据持久化时，主要有三种方式:

使用k8s支持的cephfs类型volume直接挂载。
使用k8s支持的PV&PVC方式进行数据卷的挂载。
使用社区提供的一个cephfs provisioner来支持以storageClass的方式动态的分配PV，来进行挂载。目前使用的k8s1.18内置provisioner暂时还没有提供这个功能。

我们接下来介绍通过storageclass资源来动态分配pv的方法。

storageclass资源介绍

storageclass一般由管理员创建，它作为存储资源的抽象定义，对用户设置的PVC申请屏蔽后端存储的细节操作，一方面减少了用户对于存储资源细节的关注，另一方面减轻了管理员手工管理PV的工作，由系统根据spec自动完成PV的创建和绑定，实现了动态的资源供应。并且，storageclass是不受namespace限制的。
storageclass的关键组成：

provisioner
每个storageclass都有一个provisioner，用来决定使用哪个卷插件创建PV，该字段必须指定。不同的存储有对应的provisioner，但是k8s内置了一些存储的provisioner，另外有一些存储没有内置到k8s中。没有内置的，可以使用外部第三方的provisioner，第三方的provisioner要符合k8s定义的规范https://github.com/kubernetes/community/blob/master/contributors/design- proposals/volume-provisioning.md
parameters
后端存储资源提供者的参数设置，不同的provisioner包括不同的参数设置。某些参数可以不显示设定，provisioner将使用其默认值。例如ceph存储的参数可以由ceph集群的monitor地址，存储池，默认文件系统等参数构成。
reclaimPolicy
由storageclass动态创建的pv会在类的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pv会使用它们被创建时指定的回收政策。

动态创建流程图（来源于kubernetes in action）：

安装cephfs-provisioner

由于k8s没有内置cephfs的provisioner，故需要安装第三方的。我们先来简单看下此provisioner的架构：

主要有两部分：

cephfs-provisioner.go
是cephfs-provisioner（cephfs的storageclass）的核心，主要是 watch kubernetes中 PVC 资源的CURD事件，然后以命令行方式调用 cephfs_provisor.py脚本创建PV。
cephfs_provisioner.py
python 脚本实现的与cephfs交互的命令行工具。cephfs-provisioner 对cephfs端volume的创建都是通过该脚本实现。里面封装了volume的增删改查等功能。

安装

# git clone https://github.com/kubernetes-retired/external-storage.git
# cd external-storage/ceph/cephfs/deploy/
# NAMESPACE=kube-system
# sed -r -i "s/namespace: [^ ]+/namespace: $NAMESPACE/g" ./rbac/*.yaml
# sed -i "/PROVISIONER_SECRET_NAMESPACE/{n;s/value:.*/value: $NAMESPACE/;}" rbac/deployment.yaml
# kubectl -n $NAMESPACE apply -f ./rbac

过几分钟检查是否安装成功

# kubectl get pods -n kube-system|grep 'cephfs-provisioner'
cephfs-provisioner-6c4dc5f646-swncq        1/1     Running   0          1h

为cephfs创建stoageclass资源

我们复用ceph rdb存储的secret作为cephfs的secret：

# vim sc.yaml
kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: cephfs
provisioner: ceph.com/cephfs
parameters:
    monitors: 172.18.2.172:6789,172.18.2.178:6789,172.18.2.189:6789
    adminId: admin
    adminSecretNamespace: "kube-system"
    adminSecretName: ceph-secret

# kubectl apply -f sc.yaml
# kubectl get storageclass
NAME                 PROVISIONER                  RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
ceph-rbd (default)   ceph.com/rbd                 Delete          Immediate           false                  216d
cephfs               ceph.com/cephfs              Delete          Immediate           false                  2h

跨不同node的pod之间存储共享

创建pvc并配置对应的storageclass，并确保pvc的status为Bound，代表storageclass创建和绑定pv成功：

# vim pvc.yaml
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: claim-local
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: "cephfs"

# kubectl apply -f pvc.yaml
# kubectl get pvc|grep claim-local
NAME                                                  STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE
claim-local                                           Bound    pvc-d30fda86-acfd-48e2-b7bc-568f6148332f   1Gi        RWX            cephfs            25s

创建一个绑定此pvc的pod，名字为cephfs-pv-pod1：

# vim pod.yaml
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: cephfs-pv-pod1
spec:
  containers:
  - name: cephfs-pv-busybox1
    image: busybox
    command: ["sleep", "60000"]
    volumeMounts:
    - mountPath: "/mnt/cephfs"
      name: cephfs-vol1
      readOnly: false
  volumes:
  - name: cephfs-vol1
    persistentVolumeClaim:
      claimName: claim-local

# kubectl apply -f pod.yaml
# kubectl get pods -o wide
NAME                                  READY   STATUS             RESTARTS   AGE    IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
cephfs-pv-pod1                        1/1     Running            0          33s    10.101.26.40     work4   <none>           <none>

我们发现cephfs-pv-pod1被调度到了work4，故我们给work1添加一个label，然后创建一个cephfs-pv-pod2并设置label把此pod调度到work1：

# kubectl label nodes work1 type=test
# kubectl get nodes --show-labels|grep work1
work1     Ready    <none>   237d   v1.18.2   app=dashboard,beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=work1,kubernetes.io/os=linux,type=test

# vim pod.yaml
kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: cephfs-pv-pod2
spec:
  containers:
  - name: cephfs-pv-busybox1
    image: busybox
    command: ["sleep", "60000"]
    volumeMounts:
    - mountPath: "/mnt/cephfs"
      name: cephfs-vol1
      readOnly: false
  volumes:
  - name: cephfs-vol1
    persistentVolumeClaim:
      claimName: claim-local
  nodeSelector:
    type: test

# kubectl apply -f pod.yaml
# kubectl get pods -o wide|grep cephfs
cephfs-pv-pod1                        1/1     Running     0          8m39s   10.101.26.40     work4   <none>           <none>
cephfs-pv-pod2                        1/1     Running     0          34s     10.99.1.167      work1   <none>           <none>

我们看到两个被调度到不同node的pod已经运行正常了，现在我们在cephfs-pv-pod1的存储写入数据，然后查看cephfs-pv-pod2的存储是否正常同步:

# kubectl exec -it cephfs-pv-pod1 sh
/ # echo "test" >> /mnt/cephfs/1.txt

# kubectl exec -it cephfs-pv-pod2 sh
/ # cat /mnt/cephfs/1.txt
test

我们发现cephfs存储已经正常挂载和使用了，至此k8s对接cephfs完成。

参考资料

https://docs.ceph.com/en/latest/cephfs/quota/
https://www.twblogs.net/a/5baf8cda2b7177781a0f2989
https://github.com/kubernetes-retired/external-storage/tree/master/ceph/cephfs

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