第28讲：Ceph集群使用RBD块存储与K8S Volumes集成

1.Ceph集群使用RBD块存储与K8S集成简介

在K8S集群中为Pod资源提供数据持久化，大致分为三种解决方案：

• Volume
  • Volume持久化有三种类型分别是EmptyDir、HostPath、NFS。
  • Volume是K8S集群中较为简单的数据持久化方案，无需创建其他资源，直接在Pod资源编排文件中声明Volume卷，即可挂载使用。
• PV、PVC
  • PV和PVC是一种高级类型的持久化存储费方案，PV负责与底层存储系统进行对接，PVC从PV中分配一定的资源，最后由PVC挂载到Pod中。
• StorageClass
  • 更加高级的一种持久化存储方案，由StorageClass提供一个数据持久化资源池，当Pod需要持久化数据时，直接从StorageClass中自动创建出PV和PVC，最后挂载到Pod资源中。

无论使用哪种持久化方案，最常用的方式是通过NFS或者NAS来实现，今天通过Ceph分布式集群中的RBD块存储来实现Pod数据的持久化。

2.Ceph集群RBD块存储与K8S Volume集成

2.1.在Ceph集群中创建K8S集群使用的块存储

1.创建一个Pool资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create kubernetes_data 16 16
pool 'kubernetes_data' created

2.在资源池中创建块存储设备
[root@ceph-node-1 ~]# rbd create --image-feature layering kubernetes_data/rbd_volume_data.img --size 10G

3.查看创建的块存储设备
[root@ceph-node-1 ~]# rbd -p kubernetes_data ls
rbd_volume_data.img

4.查看块存储设备的信息
[root@ceph-node-1 ~]# rbd info kubernetes_data/rbd_volume_data.img
rbd image 'rbd_volume_data.img':
	size 10 GiB in 2560 objects
	order 22 (4 MiB objects)
	snapshot_count: 0
	id: ad8a1b33e8b
	block_name_prefix: rbd_data.ad8a1b33e8b
	format: 2
	features: layering
	op_features: 
	flags: 
	create_timestamp: Mon Apr 11 23:00:30 2022
	access_timestamp: Mon Apr 11 23:00:30 2022
	modify_timestamp: Mon Apr 11 23:00:30 2022

2.2.创建用于K8S访问Ceph RBD块设备的认证用户

K8S想要访问Ceph中的RBD块设备，必须通过一个认证用户才可以访问，如果没有认证用户则无法访问Ceph集群中的块设备。

命令格式：ceph auth get-or-create {用户名称} mon '{访问mon的方式}' osd '{访问osd的方式}'

[root@ceph-node-1 ~]# ceph auth get-or-create client.kubernetes mon 'profile rbd' osd 'profile rbd pool=kubernetes_data'
[client.kubernetes]
	key = AQBlRVRibbqzJRAAD3lacYaxRloTVTio6e+10A==

命令解释：创建了一个client.kubernetes名称的Ceph认证用户，访问mon的方式是以RBD块存储形式访问，访问OSD的方式也是以块存储RBD方式访问Pool资源池。

查看创建的认证用户。

[root@ceph-node-1 ~]# ceph auth list 

可以看到Ceph的认证用户都是以client开头，每一个用户都有对mon和osd的访问方式。

2.3.将认证用户的Key存储在K8S Secret资源中

将认证用户的key通过Base64进行加密，存储在K8S的Secret资源中。

1）将key通过Base64进行加密

[root@ceph-node-1 ~]# echo AQBlRVRibbqzJRAAD3lacYaxRloTVTio6e+10A== | base64
QVFCbFJWUmliYnF6SlJBQUQzbGFjWWF4UmxvVFZUaW82ZSsxMEE9PQo=

2）将加密后的Key存储在Secret资源中

[root@k8s-master volumes]# vim rbd-volume-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: rbd-volume-secret
type: "kubernetes.io/rbd"
data:
  key: QVFCbFJWUmliYnF6SlJBQUQzbGFjWWF4UmxvVFZUaW82ZSsxMEE9PQo=

3）创建Secret资源

RBD的Secret要与Pod在同一Namespace下，如果不同的Namespace的Pod都需要使用RBD进行存储，则需要在每个Namespace下都进行创建。

[root@k8s-master volumes]# kubectl apply -f rbd-volume-secret.yaml
secret/rbd-volume-secret created

[root@k8s-master volumes]# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
rbd-volume-secret     kubernetes.io/rbd                     1      16s
default-token-fbknq   kubernetes.io/service-account-token   3      60d

2.4.在K8S集群的所有节点中安装Ceph命令

不安装ceph命令将无法成功挂载块设备。

[root@k8s-master ~]# yum -y install ceph-common
[root@k8s-node1 ~]# yum -y install ceph-common
[root@k8s-node2 ~]# yum -y install ceph-common

2.5.创建Pod资源使用Ceph集群的RBD块存储进行数据持久化

1）编写Pod资源使用RBD块存储的资源编排文件

[root@k8s-master volumes]# vim rbd-volumes-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: rbd-volumes-pod
spec:
  nodeName: k8s-node1
  containers:
  - name: rbd-volumes-pod
    image: nginx:1.15
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: web
      containerPort: 80
      protocol: TCP
    volumeMounts:
    - name: rbd-volume
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: rbd-volume
    rbd:
      monitors:
      - 192.168.20.20:6789
      - 192.168.20.21:6789
      - 192.168.20.22:6789
      pool: kubernetes_data
      image: rbd_volume_data.img
      fsType: ext4 
      user: kubernetes
      secretRef:
        name: rbd-volume-secret

2）创建Pod资源

[root@k8s-master volumes]# kubectl apply -f rbd-volumes-pod.yaml
pod/rbd-volumes-pod created

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod
[root@k8s-master volumes]# kubectl get pod
NAME              READY   STATUS              RESTARTS   AGE
rbd-volumes-pod   1/1     Running			   0          3s

2.6.查看Pod资源挂载的RBD信息

1）进入Pod中查看挂载的RBD信息

可以看到Pod成功挂载上了RBD块存储，和之前做块设备映射一样，也是将块设备映射成了一块名为/dev/rbd0的裸磁盘，然后挂载到了/data目录中。

[root@k8s-master volumes]# kubectl exec -it rbd-volumes-pod bash
root@rbd-volumes-pod:/# df -hT /data
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/rbd0      ext4  9.8G   37M  9.7G   1% /data

2）在宿主机上查看挂载的RBD信息

为什么会在Pod中看到挂载的RBD块设备映射的磁盘，其实是宿主机将块设备映射的磁盘挂载到了容器的某个路径中，这才导致在Pod里显示的是一块RBD磁盘挂载。

首先查看Pod运行在了哪个Node节点上，然后查看RBD块设备的挂载信息。

[root@k8s-node1 ~]# df -HT /dev/rbd0
文件系统       类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/rbd0      ext4   11G   38M   11G    1% /var/lib/kubelet/plugins/kubernetes.io/rbd/mounts/kubernetes_data-image-rbd_volume_data.img

3）当Pod资源被删除后观察NOde节点挂载的RBD状态

当Pod资源被删除后，Node节点挂载的RBD块设备自动删除。

[root@k8s-master volumes]# kubectl delete -f rbd-volumes-pod.yaml
pod "rbd-volumes-pod" deleted

[root@k8s-node1 ~]# df -HT /dev/rbd0
df: "/dev/rbd0": 没有那个文件或目录

4）多个Pod同时使用一个块存储设备会有什么效果

一个块设备映射的磁盘只能被一个节点进行挂载，如果多个Pod资源分布在不同Node节点上，多个Node节点都要挂载这一个块存储映射的磁盘将会报错。

  Warning  FailedMount             5s    kubelet                  MountVolume.WaitForAttach failed for volume "rbd-volume" : rbd image kubernetes_data/rbd_volume_data.img is still being used

若是多个Pod都调度在同一个Node节点上，那么可以同时使用同一块块存储设备持久化Pod中的数据，并且也Pod可以启动成功。

[root@k8s-master volumes]# kubectl get pod -o wide
NAME              	READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP                NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
rbd-volumes-pod   	1/1     Running   0          7m12s   100.111.156.122   k8s-node1   <none>           <none>
rbd-volumes-pod-2   1/1     Running   0          8s      100.111.156.120   k8s-node1   <none>           <none>

类似于共享存储的效果，如下图所示，都是挂载的一块块设备，任何Pod在里面写数据，其他的Pod都可以读取。