k8-s存储

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从用户角度看，存储就是一块盘或者一个目录，用户不关心盘或者目录如何实现，用户要求非常“简单”，就是稳定，性能好。为了能够提供稳定可靠的存储产品，各个厂家推出了各种各样的存储技术和概念。为了能够让大家有一个整体认识，本文先介绍存储中的这些概念。

从存储介质角度，存储介质分为机械硬盘和固态硬盘（SSD）。机械硬盘泛指采用磁头寻址的磁盘设备，包括SATA硬盘和SAS硬盘。由于采用磁头寻址，机械硬盘性能一般，随机IOPS一般在200左右，顺序带宽在150MB/s左右。固态硬盘是指采用Flash/DRAM芯片+控制器组成的设备，根据协议的不同，又分为SATA SSD，SAS SSD，PCIe SSD和NVMe SSD。

从产品定义角度，存储分为本地存储（DAS），网络存储（NAS），存储局域网（SAN）和软件定义存储（SDS）四大类。

DAS就是本地盘，直接插到服务器上

NAS是指提供NFS协议的NAS设备，通常采用磁盘阵列+协议网关的方式

SAN跟NAS类似，提供SCSI/iSCSI协议，后端是磁盘阵列

SDS是一种泛指，包括分布式NAS（并行文件系统），ServerSAN等

从应用场景角度，存储分为文件存储（Posix/MPI），块存储（iSCSI/Qemu）和对象存储（S3/Swift）三大类。

Kubernetes是如何给存储定义和分类呢？Kubernetes中跟存储相关的概念有PersistentVolume （PV）和PersistentVolumeClaim（PVC），PV又分为静态PV和动态PV。静态PV方式如下：

动态PV需要引入StorageClass的概念，使用方式如下：

社区列举出PersistentVolume的in-tree Plugin，如下图所示。从图中可以看到，Kubernetes通过访问模式给存储分为三大类，RWO/ROX/RWX。这种分类将原有的存储概念混淆，其中包含存储协议，存储开源产品，存储商业产品，公有云存储产品等等

如何将Kubernetes中的分类和熟知的存储概念对应起来呢？本文选择将其和应用场景进行类比。

块存储通常只支持RWO，比如AWSElasticBlockStore，AzureDisk，有些产品能做到支持ROX，比如GCEPersistentDisk，RBD，ScaleIO等

文件存储（分布式文件系统）支持RWO/ROX/RWX三种模式，比如CephFS，GlusterFS和AzureFile

对象存储不需要PV/PVC来做资源抽象，应用可以直接访问和使用

配置

无论集群配置信息还是应用配置信息，其特点是并发访问，也就是前边提到的ROX/RWX，在不同集群或者不同节点，都能够访问同样的配置文件，分布式文件存储是最优选择。

日志

在容器场景中，日志是很重要的一部分内容，其特点是高吞吐，有可能会产生大量小文件。如果有日志分析场景，还会有大量并发读操作。分布式文件存储是最优选择。

应用（数据库/消息队列/大数据）

Kafka，MySQL，Cassandra，PostgreSQL，ElasticSearch，HDFS等应用，本身具备了存储数据的能力，对底层存储的要求就是高IOPS，低延迟。底层存储最好有数据冗余机制，上层应用就可以避免复杂的故障和恢复处理。以HDFS为例，当某个datanode节点掉线后，原有逻辑中，会选择启动新的datanode，触发恢复逻辑，完成数据副本补全，这段时间会比较长，而且对业务影响也比较大。如果底层存储有副本机制，HDFS集群就可以设置为单副本，datanode节点掉线后，启动新的datanode，挂载原有的pv，集群恢复正常，对业务的影响缩短为秒级。高性能分布式文件存储和高性能分布式块存储是最优选择。

备份

应用数据的备份或者数据库的备份，其特点是高吞吐，数据量大，低成本。文件存储和对象存储最优。

综合应用场景，高性能文件存储是最优选择。

对于容器场景，主要集中在4种方案：分布式文件存储，分布式块存储，Local-Disk和传统NAS。

分布式块存储包括开源社区的Ceph，Sheepdog，商业产品中EMC的Scale IO，Vmware的vSAN等。分布式块存储不适合容器场景，关键问题是缺失RWX的特性。

分布式文件存储包括开源社区的Glusterfs，Cephfs，Lustre，Moosefs，Lizardfs，商业产品中EMC的isilon，IBM的GPFS等。分布式文件存储适合容器场景，但是性能问题比较突出，主要集中在GlusterFS，CephFS，MooseFS/LizardFS

评估策略

存储的核心需求是稳定，可靠，可用。无论是开源的存储项目还是商业的存储产品，评估方法具有普适性，本文会介绍常见的评估项和评估方法。

数据可靠性

数据可靠性是指数据不丢失的概率。通常情况下，存储产品会给出几个9的数据可靠性，或者给出最多允许故障盘/节点个数。评估方式就是暴力拔盘，比如说存储提供3副本策略，拔任意2块盘，只要数据不损坏，说明可靠性没问题。存储采用不同的数据冗余策略，提供的可靠性是不一样的。

数据可用性

数据可用性和数据可靠性很容易被混淆，可用性指的是数据是否在线。比如存储集群断电，这段时间数据是不在线，但是数据没有丢失，集群恢复正常后，数据可以正常访问。评估可用性的主要方式是拔服务器电源，再有查看存储的部署组件是否有单点故障的可能。

数据一致性

数据一致性是最难评估的一项，因为大部分场景用户不知道程序写了哪些数据，写到了哪里。该如何评估数据一致性呢？普通的测试工具可以采用fio开启crc校验选项，最好的测试工具就是数据库。如果发生了数据不一致的情况，数据库要么起不来，要么表数据不对。具体的测试用例还要细细斟酌。

存储性能

存储的性能测试很有讲究，块存储和文件存储的侧重点也不一样。

块存储

fio/iozone是两个典型的测试工具，重点测试IOPS，延迟和带宽。以fio为例，测试命令如下：

fio -filename=/dev/sdc -iodepth=${iodepth} -direct=1 -bs=${bs} -size=100% --rw=${iotype} -thread -time_based -runtime=600 -ioengine=${ioengine} -group_reporting -name=fioTest

关注几个主要参数：iodepth，bs，rw和ioengine。

测试IOPS，iodepth=32/64/128，bs=4k/8k，rw=randread/randwrite，ioengine=libaio

测试延迟，iodepth=1，bs=4k/8k，rw=randread/randwrite，ioengine=sync

测试带宽，iodepth=32/64/128，bs=512k/1m，rw=read/write，ioengine=libaio

与块存储的测试参数有一个很大区别，就是ioengine都是用的sync，用numjobs替换iodepth。

测试IOPS，bs=4k/8k，rw=randread/randwrite，numjobs=32/64

测试延迟，bs=4k/8k，rw=randread/randwrite，numjobs=1

测试带宽，bs=512k/1m，rw=read/write，numjobs=32/64

mdtest是专门针对文件系统元数据性能的测试工具，主要测试指标是creation和stat，需要采用mpirun并发测试：

mpirun --allow-run-as -root -mca btl_openib_allow_ib 1 -host yanrong-node0:${slots},yanrong-node1:${slots},yanrong-node2:${slots} -np ${num_procs} mdtest -C -T -d /mnt/yrfs/mdtest -i -I ${files_per_dir} -z 2 -b 8 -L -F -r -u

存储性能测试不仅仅测试集群正常场景下的指标，还要包含其他场景：

存储容量在70%以上或者文件数量上亿的性能指标

节点/磁盘故障后的性能指标

扩容过程时的性能指标

除了存储的核心功能（高可靠/高可用/高性能），对于容器存储，还需要几个额外的功能保证生产环境的稳定可用。

Flexvolume/CSI接口的支持，动态/静态PV的支持

存储配额。对于Kubernetes的管理员来说，存储的配额是必须的，否则存储的使用空间会处于不可控状态

服务质量（QoS）。如果没有QoS，存储管理员只能期望存储提供其他监控指标，以保证在集群超负荷时，找出罪魁祸首

Kubernetes持久化存储方案的重点在存储和容器支持上。因此首要考虑存储的核心功能和容器的场景支持。综合本文所述，将选择项按优先级列举：

存储的三大核心，高可靠，高可用和高性能

业务场景，选择分布式文件存储

扩展性，存储能横向扩展，应对业务增长需求

可运维性，存储的运维难度不亚于存储的开发，选择运维便捷存储产品

成本