第32讲：K8S集群与Cephfs文件系统集成

1.在K8S环境下RBD与Cephfs的使用对比

在K8S环境中，大多数情况下都是多个Pod资源同时挂载一个存储端，共享存储中的数据，在这个普遍应用场景下，Ceph集群的RBD块存储和Cephfs文件系统有着非常明显的区别。

• RBD存储
  • 仅支持同一个Node节点中的多个Pod共享存储中的数据，不支持跨Node节点的Pod挂载同一个RBD存储。
  • Ceph RBD块存储的读写延迟低，性能强。
  • QKubernetes集群对RBD块存储有专门的驱动程序。
• Cephfs文件系统
  • 支持多个Node节点中多个Pod同时挂载，实现共享存储。
  • 读写延迟性能略逊于RBD块存储。
  • 需要安装第三方的驱动程序。

无论是RBD还是Cephfs与K8S集群集成都没有想象中那么好，RBD不支持跨Node节点的Pod一起使用，而Cephfs则不支持指定使用某个Cephfs文件系统，但是在我不懈努力之下，终于研究出了指定某个Cephfs文件系统的方法。

Cephfs更加友好，起码支持跨节点的Pod都可以同时使用，并且可以指定使用哪一个Cephfs文件系统，我们可以为K8S集群单独创建一个Cephfs文件系统。

Cephfs文件系统常用的几种方式：

• 为不同的客户端创建不同Cephfs文件系统，挂载时指定使用不同的Cephfs。

• 集群中只创建一个Cephfs，为不同的客户端在Cephfs文件系统中创建不同的子目录，挂载时指定不同的子目录路径。

在实际生产者中第二种方式最为常见，但是如果一个Ceph集群中要为不同类型的客户端提供存储服务，那么建议创建出多个Cephfs文件系统，客户端通过参数分别指定使用哪一个Cephfs。

2.Cephfs环境介绍

K8S集群连接Cephfs文件系统时，默认情况下是连接的Ceph集群中默认的Cephfs文件系统，也就是数据资源池为cephfs_data和元数据资源池cephfs_metadata的Cephfs文件系统，并且K8S官方的对接Cephfs的文档中，如果Ceph集群中有多个Cephfs文件系统时，中并没有说明使用什么参数可以指定使用某一个的Cephfs文件文件系统。

好在功夫不负有心人，再查阅了大量的资料后，终于找到了可以让K8S各种存储卷指定使用某一个Cephfs文件系统的方法。

我们K8S对接Ceph集群的Cephfs文件系统的环境如下：

当前集群中存在多个Cephfs文件系统，我们会为K8S集群创建单独的Cephfs文件系统，K8S集群Volume、PV、StorageClass访问Cephfs时，会通过具体的参数指定要使用Ceph集群的哪一个Cephfs文件系统，来实现数据的存储。

3.在Ceph集群中为K8S创建单独Cephfs文件系统和认证用户

3.1.创建一个K8S使用的Cephfs文件系统

1）首先创建Cephfs依赖的数据池和元数据池

[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create kubernetes_cephfs_data 16 16
pool 'kubernetes_cephfs_data' created
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create kubernetes_cephfs_metadata 16 16
pool 'kubernetes_cephfs_metadata' created

2）创建一个Cephfs文件系统

[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs new kubernetes_cephfs kubernetes_cephfs_metadata kubernetes_cephfs_data
new fs with metadata pool 14 and data pool 13

3）查看集群中所有的Cephfs文件系统

发型当前集群有两个Cephfs文件系统，后面会通过具体的参数，指定存储卷使用某一个Cephfs文件系统。

[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs ls
name: kubernetes_cephfs, metadata pool: kubernetes_cephfs_metadata, data pools: [kubernetes_cephfs_data ]
name: cephfs-storage, metadata pool: cephfs2_data, data pools: [cephfs2_metadata ]

4）查看Cephfs文件系统的状态

[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs status kubernetes_cephfs
kubernetes_cephfs - 0 clients
=================
+------+--------+-------------+---------------+-------+-------+
| Rank | State  |     MDS     |    Activity   |  dns  |  inos |
+------+--------+-------------+---------------+-------+-------+
|  0   | active | ceph-node-2 | Reqs:    0 /s |    0  |    0  |
+------+--------+-------------+---------------+-------+-------+
+----------------------------+----------+-------+-------+
|            Pool            |   type   |  used | avail |
+----------------------------+----------+-------+-------+
| kubernetes_cephfs_metadata | metadata | 1728k | 17.9G |
|   kubernetes_cephfs_data   |   data   |    0  | 17.9G |
+----------------------------+----------+-------+-------+
+-------------+
| Standby MDS |
+-------------+
| ceph-node-1 |
+-------------+
+-----------------------------------------------------------------------------------+-------------+
|                                      version                                      |   daemons   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+-------------+
|                                        None                                       | ceph-node-2 |
| ceph version 14.2.22 (ca74598065096e6fcbd8433c8779a2be0c889351) nautilus (stable) | ceph-node-1 |
+-----------------------------------------------------------------------------------+-------------+

3.2.将创建的Cephfs文件系统挂载到本地路径

挂载到本地路径的原因是为了给K8S集群不同类型的存储卷，提供一个子目录，不同的存储卷挂载不同的子目录来存储持久化文件。

使用mount命令中的mds_namespace参数指定要将哪个Cephfs文件系统挂载到本地路径。

[root@ceph-node-1 ~]# mount -t ceph  192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/nginx_conf /nginx_conf/ -o name=admin,mds_namespace=kubernetes_cephfs

[root@ceph-node-1 kubernetes_cephfs]# df -hT /kubernetes_cephfs/
文件系统                                                   类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ ceph   18G     0   18G    0% /kubernetes_cephfs

3.3.创建K8S连接Ceph集群使用的认证用户

[root@ceph-node-1 ~]# ceph auth get-or-create client.kubernetes_cephfs mon "allow r" mds "allow rw" osd "allow rw pool=kubernetes_cephfs_data, allow rw pool=kubernetes_cephfs_metadata"
[client.kubernetes_cephfs]
	key = AQAVMFpi1gm6GBAARrJdTXsxYQwGiA1D7h2jHw==

4.K8S PV存储卷使用Cephfs文件系统

4.1.在Cephfs文件系统中为PV挂载创建子目录

在Cephfs文件系统中为PV类型的存储卷创建独立的子目录，来持久化容器的数据。

现在属于实验环境，如果是线上环境时，还要在子子目录下为不同应用程序挂载分别创建三级目录。

[root@ceph-node-1 ~]# mkdir /kubernetes_cephfs/pv_storage

4.2.将K8S连接Cephfs的认证用户信息存储在Secret中

我们在前面创建了一个专门用于K8S访问Cephfs文件系统的认证用户，将该用户的Key通过Base64进行加密，然后保存在Secret资源中，最后在创建存储卷的资源编排文件中，引用这个Secret资源。

1）将认证用户的Key进行Base64加密

[root@ceph-node-1 ~]# ceph auth get-key client.kubernetes_cephfs | base64
QVFBVk1GcGkxZ202R0JBQVJySmRUWHN4WVF3R2lBMUQ3aDJqSHc9PQ==

2）将加密后的用户认证Key存储在Secret资源中

[root@k8s-master volumes]# vim cephfs-volumes-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: cephfs-secret
data:
  key: QVFBVk1GcGkxZ202R0JBQVJySmRUWHN4WVF3R2lBMUQ3aDJqSHc9PQo=

3）创建Secret并查看资源的状态

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

[root@k8s-master volumes]# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
cephfs-secret         Opaque                                1      3m30s

4.3.创建PV存储卷对接Cephfs文件系统

创建一个PV资源采用Cephfs文件系统作为底层存储端。

1）编写资源编排文件

PV指定使用某个Cephfs文件系统主要是通过mountOptions参数来实现的，这个参数是为挂载存储卷时设置一些挂载参数，在宿主机使用mount挂载Cephfs时有参数可以指定挂载哪一个Cephfs，同理在PV中也提供了这种参数，通过这个参数，我们就可以指定使用哪一个Cephfs文件系统了。

[root@k8s-master pv]# cat cephfs-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: cephfs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  mountOptions: 								#指定使用哪一个Cephfs文件系统
  - mds_namespace=kubernetes_cephfs					#Cephfs文件系统的名称
  cephfs:										#存储源使用Cephfs类型
    monitors:									#Monitor组件的地址
    - 192.168.20.20:6789
    - 192.168.20.21:6789
    - 192.168.20.22:6789
    path: /pv_storage								#挂载Cephfs文件系统中的哪一个子目录
    user: kubernetes_cephfs							#使用Cephfs文件系统的认证用户
    readOnly: false
    secretRef:									   #认证用户的Secret
      name: cephfs-secret
  persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle

2）创建PV资源并查看资源的状态

[root@k8s-master pv]# kubectl apply -f cephfs-pv.yaml 
persistentvolume/cephfs-pv created

[root@k8s-master pv]# kubectl get pv
NAME            CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM                    STORAGECLASS   REASON   AGE
cephfs-pv       10Gi       RWX            Recycle          Available                                                    5m12s

4.4.创建PVC资源从PV中获取存储空间

PV已经创建完成了，下面来创建PVC资源，关联PV，从PV中分配存储空间给Pod资源使用。

1）编写资源编排文件

[root@k8s-master pv]# cat cephfs-pvc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: cephfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

2）创建PVC并查看资源的状态

[root@k8s-master pv]# kubectl apply -f cephfs-pvc.yaml
persistentvolumeclaim/cephfs-pvc created

[root@k8s-master pv]# kubectl get pvc
NAME             STATUS   VOLUME          CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
cephfs-pvc       Bound    cephfs-pv       10Gi       RWX                           3s

PVC已经与PV资源进行了绑定，下面就可以给Pod资源使用了。

4.5.创建Pod资源将数据持久化到Cephfs中

使用Cephfs文件系统作为存储源的PV和PVC资源都已经准备就绪了，下面来创建一个Pod资源，挂载PVC，将数据持久化到Cephfs文件系统中。

1）编写资源编排文件

[root@k8s-master pv]# cat cephfs-pv-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cephfs-pod
spec:
  containers:
    - image: nginx:1.15
      name: cephfs-pod
      ports:
      - name: web
        containerPort: 80
        protocol: TCP
      volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /data						#将PVC挂载到/data目录
  volumes:	
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: cephfs-pvc					#关联PVC的名称

2）创建Pod并查看资源的状态

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

[root@k8s-master pv]# kubectl get pod
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cephfs-pod   1/1     Running   0          11s

4.6.验证Pod资源持久化数据导Cephfs

Pod资源已经创建完成，下面进入到Pod中创建一些文件，看看是否能持久化到Cephfs文件系统中。

1）在Pod资源中写入数据文件

[root@k8s-master pv]# kubectl exec -it cephfs-pod bash 
root@cephfs-pod:/# cd /data/
root@cephfs-pod:/data# touch file{1..10}.txt

2）查看Cephfs文件系统中是否有Pod持久化的数据文件

到查看这一步，就要尽显当初将Cephfs文件系统的根目录挂载到本地路径的好处了，我们可以直接进入到挂载的目录中，查看来自客户端写入的数据。

[root@ceph-node-1 ~]# cd /kubernetes_cephfs/
[root@ceph-node-1 kubernetes_cephfs]# tree pv_storage/
pv_storage/
├── aa
├── file10.txt
├── file1.txt
├── file2.txt
├── file3.txt
├── file4.txt
├── file5.txt
├── file6.txt
├── file7.txt
├── file8.txt
└── file9.txt

0 directories, 11 files

Pod数据持久化成功。

5.K8S StorageClass存储类使用Cephfs文件系统

5.1.Cephfs-Provisioner客户端简介

StoragecClass存储类动态分配PV，需要依赖第三方的客户端插件，通过客户端插件连接到Cephfs文件系统，从而自动分配PV资源。

由于K8S没有内置Cephfs的Provisioner，故需要安装第三方的Provisioner客户端

Cephfs-Provisioner主要组件：

• 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。

5.2.在K8S集群中部署Cephfs-Provisioner客户端

Cephfs-Provisioner客户端在GitHub的地址：https://github.com/kubernetes-retired/external-storage/tree/master/ceph/cephfs/deploy/rbac

完整的Cephfs-Provisioner客户端资源编排文件内容：

[root@k8s-master cephfs-provisioner]# cat cephfs-provisioner.yaml 
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: cephfs-provisioner
  namespace: kube-system
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumes"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumeclaims"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]
    resources: ["storageclasses"]
    verbs: ["get", "list", "watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["events"]
    verbs: ["create", "update", "patch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["services"]
    resourceNames: ["kube-dns","coredns"]
    verbs: ["list", "get"]

---

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: cephfs-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: cephfs-provisioner
    namespace: kube-system
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: cephfs-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io


---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: cephfs-provisioner
  namespace: kube-system
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["secrets"]
    verbs: ["create", "get", "delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: cephfs-provisioner
  namespace: kube-system
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: cephfs-provisioner
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: cephfs-provisioner

---

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: cephfs-provisioner
  namespace: kube-system

---

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: cephfs-provisioner
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: cephfs-provisioner
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: cephfs-provisioner
    spec:
      containers:
      - name: cephfs-provisioner
        image: "quay.io/external_storage/cephfs-provisioner:latest"
        env:
        - name: PROVISIONER_NAME
          value: ceph.com/cephfs
        - name: PROVISIONER_SECRET_NAMESPACE
          value: cephfs
        command:
        - "/usr/local/bin/cephfs-provisioner"
        args:
        - "-id=cephfs-provisioner-1"
      serviceAccount: cephfs-provisioner

在集群中部署Cephfs-Provisioner客户端。

[root@k8s-master cephfs-provisioner]# kubectl apply -f cephfs-provisioner.yaml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-provisioner created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-provisioner created
role.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-provisioner created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-provisioner created
serviceaccount/cephfs-provisioner created
deployment.apps/cephfs-provisioner created

当看到Cephfs-Provisioner客户端的Pod资源处于Running状态就表示部署成功了。

[root@k8s-master cephfs-provisioner]# kubectl get pod -n kube-system | grep cephfs
cephfs-provisioner-67dd56fb57-l7xxm         1/1     Running   0          21m

5.3.失败了。。。。。。。

6.K8S Volumes存储卷使用Cephfs文件系统

Volumes类型的存储卷无法像PV、PVC等通过mountOptions参数指定要使用的Cephfs文件系统，因此Volumes存储卷只能使用默认的Cephfs文件系统，基于这种场景，我们可以在默认的Cephfs文件系统中创建出多个子目录供不同的客户端去使用，这也是Cephfs文件系统最常用的方法。

6.1.在默认的Cephfs文件系统中为Volumes创建子目录

所谓默认的Cephfs文件系统指的是数据资源池为cephfs_data、元数据资源池为cephfs_metadata的Cephfs文件系统。

在Cephfs文件系统中为Volumes类型的存储卷创建独立的子目录，来持久化容器的数据。

1）默认的Cephfs文件系统的创建方法

1.创建元数据资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create cephfs_metadata 16 16
pool 'cephfs_metadata' created

2.创建数据资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create cephfs_data 16 16
pool 'cephfs_data' created

3.创建Cephfs文件系统
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs new cephfs-storage cephfs_metadata cephfs_data
new fs with metadata pool 8 and data pool 9

2）挂载Cephfs文件系统

[root@ceph-node-1 ceph-deploy]# mount -t ceph  192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ /kubernetes_cephfs/ -o name=admin

3）为Volumes存储创建子目录

[root@ceph-node-1 ~]# mkdir /kubernetes_cephfs/volumes_storage

6.2.将K8S连接Cephfs的认证用户信息存储在Secret中

可以直接使用admin用户连接Ceph集群，也可以专门创建一个。

1）将认证用户的Key进行Base64加密

[root@ceph-node-1 ~]# ceph auth get-key client.admin | base64
QVFCSVdVaGlFbWFGT0JBQTZKcjZpdFVlSGlMVlZPZVlGVnBSb2c9PQ==

2）将加密后的用户认证Key存储在Secret资源中

[root@k8s-master volumes]# vim cephfs-volumes-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: cephfs-volumes-secret
data:
  key: QVFCSVdVaGlFbWFGT0JBQTZKcjZpdFVlSGlMVlZPZVlGVnBSb2c9PQ==

3）创建Secret并查看资源的状态

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

[root@k8s-master volumes]# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
cephfs-secret         Opaque                                1      3m30s

6.3.Volumes存储卷对接Cephfs文件系统

创建一个Pod资源使用Volumes存储卷，将Pod资源的数据持久化到Cephfs文件系统中的子目录里。

1）编写Pod资源的资源编排文件

[root@k8s-master volumes]# vim cephfs-volumes-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cephfs-pod-volumes
spec:
  containers:
  - name: cephfs-pod-volumes
    image: nginx:1.15
    volumeMounts:
    - mountPath: "/data"
      name: cephfs-volume
  volumes:
  - name: cephfs-volume
    cephfs:									#使用cephfs类型
      monitors:								 #monitor集群的地址
      - 192.168.20.21:6789
      - 192.168.20.22:6789
      - 192.168.20.23:6789
      path: /volumes_storage					#挂载文件系统中的哪一个子目录
      user: admin								#连接Ceph集群的用户
      secretRef: 								#用户的Secret资源名称
        name: cephfs-volumes-secret

2）创建Pod资源并查看资源的状态

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

[root@k8s-master volumes]# kubectl get pod
NAME                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cephfs-pod-volumes   1/1     Running   0          4m18s

6.4.进入Pod中产生数据验证数据持久化效果

1）产生数据

[root@k8s-master volumes]# kubectl exec -it cephfs-pod-volumes bash
root@cephfs-pod-volumes:/# cd /data/
root@cephfs-pod-volumes:/data# touch web{1..5}.index
root@cephfs-pod-volumes:/data# ls
web1.index  web2.index	web3.index  web4.index	web5.index

2）查看Cephfs文件系统中的数据持久化结构

之前已经将文件系统挂载到本地路径了，可以直接看到一级一级目录的数据内容。

[root@ceph-node-1 ~]# tree /kubernetes_cephfs/
/kubernetes_cephfs/
└── volumes_storage
    ├── web1.index
    ├── web2.index
    ├── web3.index
    ├── web4.index
    └── web5.index

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