隨著像Kubernetes這樣的容器編排工具的大火，應(yīng)用程序的開發(fā)與部署方式正經(jīng)歷著一場巨大的變革。微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的興起，以及從開發(fā)人員的角度，將基礎(chǔ)架構(gòu)與應(yīng)用程序邏輯間相互解耦，使得開發(fā)人員越來越關(guān)注于構(gòu)建軟件和交付價值。

Kubernetes能夠?qū)⑺芾淼奈锢頇C(jī)抽象出來，借此，開發(fā)人員可以通過描述所需的內(nèi)存數(shù)量和計算能力，獲取相應(yīng)的資源，而不必考慮底層基礎(chǔ)設(shè)施。

在管理Docker映像時，Kubernetes還能夠為應(yīng)用程序提供可移植性。一旦使用Kubernetes的容器架構(gòu)開發(fā)應(yīng)用程序，它們就可以部署到任何地方——公共云、混合云、本地——而且不需要對底層代碼進(jìn)行任何更改。

雖然Kubernetes在許多方面非常有優(yōu)勢，比如可伸縮性、可移植性和管理能力，但它也存在一個問題，就是不支持狀態(tài)存儲。幾乎所有的生產(chǎn)應(yīng)用都是有狀態(tài)的，即需要某種外部存儲。

而Kubernetes的架構(gòu)是動態(tài)的，容器的創(chuàng)建和銷毀取決于負(fù)載以及開發(fā)人員規(guī)范，Pod和容器可以自我修復(fù)和復(fù)制。本質(zhì)上來說，它們的生命是短暫的。

然而，持久存儲解決方案無法承受這種動態(tài)行為，持久存儲不能被綁定到動態(tài)創(chuàng)建和銷毀的規(guī)則上。

當(dāng)需要將有狀態(tài)的應(yīng)用程序部署到另一個基礎(chǔ)設(shè)施(可能是另一個云服務(wù)提供商、本地或混合云)上時，它們在可移植性上面臨著挑戰(zhàn)。持久存儲解決方案會被捆綁到特定的云提供商上。

此外，云原生應(yīng)用程序的存儲環(huán)境并不容易理解。Kubernetes的存儲術(shù)語可能會令人綱到困惑，因為許多術(shù)語都有復(fù)雜的含義和微妙的變化。此外，在原生Kubernetes、開源框架和托管或付費服務(wù)之間有許多選項，開發(fā)人員在做出決定之前必須考慮這些選項。

下面是 CNCF(云原生計算基金會) 公布的云原生存儲解決方案一覽圖(其中一部分，具體可點擊鏈接查看):

可能大家首先想到的是在Kubernetes中部署數(shù)據(jù)庫：選擇滿足你需要的數(shù)據(jù)庫解決方案，將其容器化以在本地磁盤上運行，并將其作為另一個工作負(fù)載部署到集群中。然而，由于數(shù)據(jù)庫的固有屬性，這并不能很好地工作。

容器是基于無狀態(tài)原則構(gòu)建的，這使得容器的spin up和spin down更容易。由于沒有要保存和遷移的數(shù)據(jù)，所以集群不需要處理磁盤讀寫這種通常來說非常密集的工作。

對于數(shù)據(jù)庫，狀態(tài)往往需要被保存。如果以容器方式部署在集群上的數(shù)據(jù)庫沒有遷移，或者沒有頻繁地spin up，那么數(shù)據(jù)存儲的物理特性就會發(fā)揮作用。理想情況下，使用數(shù)據(jù)的容器應(yīng)該與數(shù)據(jù)庫位于同一個Pod中。

這并不是說在容器中部署數(shù)據(jù)庫是一個壞主意——在某些用例中，這種方法就足夠了。在測試環(huán)境中，或者對于那些不需要生產(chǎn)級別的數(shù)據(jù)量的任務(wù)，集群中的數(shù)據(jù)庫是有意義的，因為所保存的數(shù)據(jù)規(guī)模很小。

在生產(chǎn)環(huán)境中，開發(fā)人員通常比較依賴外部存儲。

Kubernetes如何與存儲通信?使用控制平面接口。這些接口將Kubernetes與外部存儲連接起來。這些連接到Kubernetes的外部存儲解決方案稱為卷插件(Volume Plugin)，卷插件支持抽象存儲并賦予存儲可移植性。

以前，卷插件是與核心的Kubernetes代碼庫一起構(gòu)建、鏈接、編譯和發(fā)布的。這大大限制了開發(fā)人員的靈活性，并帶來了額外的維護(hù)成本。添加新的存儲選項需要更改Kubernetes代碼庫。

隨著CSI和Flexvolume的引入，卷插件可以部署在集群上，而無需更改代碼庫。

原生Kubernetes及存儲

原生Kubernetes如何處理存儲?Kubernetes提供了一些管理存儲的解決方案:臨時選項、持久卷的持久存儲、持久卷聲明、存儲類或狀態(tài)集……等等。

持久卷(PV)是由管理員提供的存儲單元，它們獨立于任何單個Pod，這樣可以將它們從Pod短暫的生命周期中解放出來。

另外，持久卷聲明(PVC)是對存儲的請求。使用PVC可以將存儲綁定到特定節(jié)點，使該節(jié)點能夠使用存儲。

處理存儲的方法有兩種：靜態(tài)或動態(tài)。

通過靜態(tài)配置，管理員提供了他們認(rèn)為Pod在發(fā)出實際請求之前可能需要的PV，并且這些PV通過顯式PVC手動綁定到特定的Pod。

在實踐中，靜態(tài)定義的PV與Kubernetes的可移植結(jié)構(gòu)不兼容，因為所使用的存儲可能與環(huán)境相關(guān)，比如AWS EBS或GCE持久磁盤。手動綁定需要更改YAML文件以指向特定于提供商的存儲解決方案。

在開發(fā)人員如何考慮資源方面，靜態(tài)配置也違背了Kubernetes的思想:CPU和內(nèi)存不是預(yù)先分配的，而是綁定到Pod或容器中，它們是動態(tài)授予的。

動態(tài)配置是通過存儲類完成的。集群管理員不需要預(yù)先手動創(chuàng)建PV，而是創(chuàng)建多個存儲配置文件，就像模板一樣。當(dāng)開發(fā)人員創(chuàng)建PVC時，根據(jù)請求的要求，其中一個模板在請求時創(chuàng)建，并附加到Pod。

以上只是對外部存儲一般如何使用原生Kubernetes進(jìn)行處理的一個非常寬泛的概述，除此之外，還有許多其他選擇需要考慮。

容器存儲接口

首先介紹一下容器存儲接口(Container Storage Interface，CSI)，CSI是由CNCF存儲工作組進(jìn)行的統(tǒng)一工作，旨在定義一個標(biāo)準(zhǔn)的容器存儲接口，該接口可以使存儲驅(qū)動程序在任何容器編排器上工作。

CSI規(guī)范已經(jīng)被應(yīng)用到Kubernetes中，許多驅(qū)動程序插件可以部署在Kubernetes集群上。開發(fā)人員可以在Kubernetes上訪問CSI兼容的卷驅(qū)動程序與CSI卷類型公開的存儲。

隨著CSI的引入，存儲可以作為另一個工作負(fù)載進(jìn)行容器化，并部署在Kubernetes集群上。

開源項目

圍繞云原生技術(shù)的工具和項目正在大量涌現(xiàn)。作為生產(chǎn)中最突出的問題之一，有相當(dāng)一部分開源項目致力于解決“在云原生架構(gòu)上處理存儲”這個問題。

目前***的存儲項目是 Ceph 和 Rook 。

Ceph是一個動態(tài)管理的、水平可伸縮的分布式存儲集群。Ceph提供了對存儲資源的邏輯抽象。它被設(shè)計成不存在單點故障、可自我管理和基于軟件的。Ceph同時為相同的存儲集群提供塊、對象或文件系統(tǒng)接口。

Ceph的架構(gòu)非常復(fù)雜，有許多底層技術(shù)，如RADOS、librados、RADOSGW、RDB，它的CRUSH 算法和監(jiān)視器、OSD和MDS等組件。這里不深入解讀其架構(gòu)，關(guān)鍵在于，Ceph是一個分布式存儲集群，它可提供更高的可伸縮性，在不犧牲性能的情況下消除了單點故障，并提供了對對象、塊和文件的訪問的統(tǒng)一存儲。

很自然地，Ceph已經(jīng)適應(yīng)了云原生環(huán)境。有許多方法可以部署Ceph集群，例如使用Ansible。你可以使用CSI和PVC部署Ceph集群，并在Kubernetes集群中獲得一個接口。

Ceph架構(gòu)

另一個有趣且非常受歡迎的項目是Rook，這是一個旨在聚合Kubernetes和Ceph的工具——將計算和存儲放在一個集群中。

Rook是一個云原生存儲編排器，它擴(kuò)展了Kubernetes的功能。Rook本質(zhì)上允許將Ceph放入容器中，并提供集群管理邏輯，使得在Kubernetes上能夠可靠地運行Ceph。Rook能夠自動化部署、引導(dǎo)、配置、伸縮、再平衡，即集群管理員會做的一系列工作。

Rook允許從YAML部署Ceph集群，像Kubernetes一樣。YAML文件用作集群管理員希望在集群中實現(xiàn)的高級聲明。Rook會啟動集群，并開始積極監(jiān)視。Rook充當(dāng)控制器，確保YAML文件中聲明的所需狀態(tài)是支持的。Rook運行在一個協(xié)調(diào)循環(huán)中，該循環(huán)會觀察狀態(tài)并根據(jù)檢測到的差異進(jìn)行操作。

Rook沒有自己的持久狀態(tài)，無需管理，可見它確實是按照Kubernetes的原則建立的。

Rook將Ceph和Kubernetes結(jié)合在一起，是***的云原生存儲解決方案之一，在Github上擁有近4000顆星，1630萬次下載，以及100多名貢獻(xiàn)者。

作為被CNCF接受的***存儲項目，Rook近期已進(jìn)入孵化階段。

***，對于應(yīng)用程序中的任何問題，重要的是確定需求，并相應(yīng)地設(shè)計系統(tǒng)或選擇工具。云原生環(huán)境中的存儲也不例外。雖然問題相當(dāng)復(fù)雜，但是有很多工具和方法。隨著云計算的發(fā)展，無疑也會不斷出現(xiàn)新的解決方案。