(转)原理到实现 | K8S 存储之 NFS
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1NFS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,其允许一个系统在网络上与它人共享目录和文件。通过使用NFS,用户和程序就可以像访问本地文件一样访问远端系统上的文件。NFS是一个非常稳定的,可移植的网络文件系统。具备可扩展和高性能等特性,达到了企业级应用质量标准。由于网络速度的增加和延迟的降低,NFS系统一直是通过网络提供文件系统服务的有竞争力的选择 。
1.1 NFS原理
NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的机制进行实现,RPC使得客户端可以调用服务端的函数。同时,由于有 VFS 的存在,客户端可以像使用其它普通文件系统一样使用 NFS 文件系统。经由操作系统的内核,将 NFS 文件系统的调用请求通过 TCP/IP 发送至服务端的 NFS 服务。NFS服务器执行相关的操作,并将操作结果返回给客户端。
NFS服务主要进程包括:
rpc.nfsd:最主要的NFS进程,管理客户端是否可登录
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:
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,通过此配置文件可以设置共享文件目录。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,格式如下:
[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……)]
NFS共享目录:服务器上共享出去的文件目录;
NFS客户端地址:允许其访问的NFS服务器的客户端地址,可以是客户端IP地址,也可以是一个网段(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
2)用户映射参数 图表
3)其它配置参数 图表
2
NFS服务端配置
在nfs作为网络文件存储系统前,首先,需要安装nfs和rpcbind服务;接着,需要创建使用共享目录的用户;然后,需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,需要启动rpcbind和nfs服务,以供应用使用。
2.1 安装nfs服务
1)通过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 创建用户
为NFS服务其添加用户,并创建共享目录,以及设置用户设置共享目录的访问权限:
$ useradd 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
通过执行如下命令是配置生效:
$exportfs -r
2.4 启动服务
1)由于必须先启动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作为Volume
nfs可以直接作为存储卷使用,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。容器通过volumeMounts.name的值确定所使用的存储卷。
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作为PersistentVolum
在Kubernetes当前版本的中,可以创建类型为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进行可读可写操作。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
通过执行如下的命令可以创建上述持久化存储卷:
$ kubectl create -f {path}/nfs-pv.yaml
存储卷创建成功后将处于可用状态,等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim会通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作为动态存储提供
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文件内容如下:
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,存储类通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,通过kubectl create命令在Kubernetes集群中部署nfs-provisioner。
$ kubectl create -f {path}/deployment.yaml
5.2 创建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
通过kubectl create -f命令使用上面的配置文件创建:
$ kubectl create -f deploy/kubernetes/class.yaml
storageclass “example-nfs” created
在存储类被正确创建后,就可以创建PersistenetVolumeClaim来请求StorageClass,而StorageClass将会为PersistenetVolumeClaim自动创建一个可用PersistentVolume。
5.3 创建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,此配置文件通过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创建PersistenetVolume,所要求的PersistenetVolume存储空间大小为1Mi,可以被多个容器进行读取和写入操作。
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: nfs-pvc
annotations:
volume.beta.kubernetes.io/storage-class: "nfs-storageclass"
spec:
accessModes:
- ReadWriteMany
resources:
requests:
storage: 1Mi
通过kubectl create命令创建上述的持久化存储卷声明:
$ kubectl create -f {path}/claim.yaml
5.4 创建使用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镜像的容器需要对/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
通过kubectl create创建busy-deployment部署:
$ kubectl create -f {path}/nfs-busybox-deployment.yaml
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