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[系统运维]Kubernetes 集群部署 NFS-Subdir-External-Provisioner 存储插件

一、搭建 NFS 服务器

1、背景介绍

Kubernetes 对 Pod 进行调度时，以当时集群中各节点的可用资源作为主要依据，自动选择某一个可用的节点，并将 Pod 分配到该节点上。在这种情况下，Pod 中容器数据的持久化如果存储在所在节点的磁盘上，就会产生不可预知的问题，例如，当 Pod 出现故障，Kubernetes 重新调度之后，Pod 所在的新节点上，并不存在上一次 Pod 运行时所在节点上的数据。

为了使 Pod 在任何节点上都能够使用同一份持久化存储数据，我们需要使用网络存储的解决方案为 Pod 提供数据卷。常用的网络存储方案有：NFS/cephfs/glusterfs。

本文介绍一种使用 centos 搭建 nfs 服务器的方法。此方法仅用于测试目的，请根据您生产环境的实际情况，选择合适的 NFS 服务。

2、配置要求

本文以手动模式部署一个开发测试用集群为例，如果使用通过 Rook 支持 Ceph 存储方案，则不需要准备存储主机。每个主机的用途和需求是：

3、配置NFS服务器

3.1、配置环境

本文中所有命令都以 root 身份执行

关闭防火墙服务

 # 停止并禁用防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld

关闭并禁用SELinux

setenforce 0
sed -i 's/^SELINUX=enforcing$/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

3.2、安装nfs-utils和rpcbind

yum install -y nfs-utils rpcbind

3.3、创建存储的文件夹

# 创建文件夹
mkdir /nfs
# 更改归属组与用户
chown -R nfsnobody:nfsnobody /nfs

3.4、配置NFS

执行命令vim /etc/exports，创建 exports 文件，文件内容如下：

# 编辑exports
vi /etc/exports
# 输入以下内容(格式：FS共享的目录 NFS客户端地址1(参数1,参数2,...) 客户端地址2(参数1,参数2,...))
/nfs 172.16.106.215/24(rw,async,no_root_squash)

如果设置为 /nfs *(rw,async,no_root_squash) 则对所以的IP都有效

常用选项：
- ro：客户端挂载后，其权限为只读，默认选项；
- rw:读写权限；
- sync：同时将数据写入到内存与硬盘中；
- async：异步，优先将数据保存到内存，然后再写入硬盘；
- Secure：要求请求源的端口小于1024
用户映射：
- root_squash:当NFS客户端使用root用户访问时，映射到NFS服务器的匿名用户；
- no_root_squash:当NFS客户端使用root用户访问时，映射到NFS服务器的root用户；
- all_squash:全部用户都映射为服务器端的匿名用户；
- anonuid=UID：将客户端登录用户映射为此处指定的用户uid；
- anongid=GID：将客户端登录用户映射为此处指定的用户gi

3.5、设置开机启动并启动

执行以下命令，启动 nfs 服务:

rpcbind：

systemctl restart rpcbind

nfs：

systemctl enable nfs && systemctl restart nfs

3.6、查看是否有可用的NFS地址

检查配置是否生效：

showmount -e 127.0.0.1

4、客户端配置

本章节中所有命令都以 root 身份执行
服务器端防火墙开放111、662、875、892、2049的 tcp / udp 允许，否则远端客户无法连接。

4.1、安装nfs-utils和rpcbind

执行以下命令安装 nfs 客户端所需的软件包

yum install -y nfs-utils rpcbind

4.2、创建挂载的文件夹

mkdir -p /nfs-data

4.3、挂载nfs

执行以下命令挂载 nfs 服务器上的共享目录到本机路径/nfs-data

mount -t nfs -o nolock,vers=4 172.16.106.205:/nfs /nfs-data

参数解释：
- mount：挂载命令
- o：挂载选项
- nfs :使用的协议
- nolock :不阻塞
- vers : 使用的NFS版本号
- IP : NFS服务器的IP（NFS服务器运行在哪个系统上，就是哪个系统的IP）
- /nfs: 要挂载的目录（Ubuntu的目录）
- /nfs-data : 要挂载到的目录（开发板上的目录，注意挂载成功后，/mnt下原有数据将会被隐藏，无法找到）

查看挂载：

df -h

卸载挂载：

umount /nfs-data

检查 nfs 服务器端是否有设置共享目录

# showmount -e $(nfs服务器的IP)
showmount -e 172.16.106.205

# 输出结果如下所示
Export list for 172.16.106.205:
/nfs *

查看nfs版本

# 查看nfs服务端信息(服务端执行)
nfsstat -s

# 查看nfs客户端信息（客户端执行）
nfsstat -c

5、写入一个测试文件

echo "hello nfs server" > /nfs-data/test.txt

在 nfs 服务器上执行以下命令，验证文件写入成功：

cat /nfs/test.txt

二、部署 NFS-Subdir-External-Provisioner 提供动态分配卷

1、NFS-Subdir-External-Provisioner 简介

NFS-Subdir-External-Provisioner是一个自动配置卷程序，它使用现有的和已配置的 NFS 服务器来支持通过持久卷声明动态配置 Kubernetes 持久卷。

持久卷被配置为：${namespace}-${pvcName}-${pvName}。

此组件是对 nfs-client-provisioner 的扩展，nfs-client-provisioner 已经不提供更新，且 nfs-client-provisioner 的 Github 仓库已经迁移到 NFS-Subdir-External-Provisioner 的仓库。

GitHub 地址：https://github.com/kubernetes-sigs/nfs-subdir-external-provisioner

2、创建 NFS 服务端

本文是具体介绍如何部署 NFS 动态卷分配应用 “NFS-Subdir-External-Provisioner”，所以部署前请确认已经存在 NFS 服务端，，如果非 Centos 系统，请先自行查找 NFS Server 安装方法。

这里 NFS 服务端环境为：

IP地址：172.16.106.205
存储目录：/nfs/data
存储目录：/nfs/helm_data

3、部署 NFS Provisioner

3.1、创建 ServiceAccount

现在的 Kubernetes 集群大部分是基于 RBAC 的权限控制，所以创建一个一定权限的 ServiceAccount 与后面要创建的 “NFS Provisioner” 绑定，赋予一定的权限。

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: default # 替换成你要部署的 Namespace
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-runner
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"]
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: run-nfs-client-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  namespace: default
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["endpoints"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch"]
---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  namespace: default
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: default
roleRef:
  kind: Role
  name: leader-locking-nfs-client-provisioner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

创建 RBAC：

kubectl apply -f nfs-rbac.yaml

3.2、部署 NFS-Subdir-External-Provisioner

创建 NFS Provisioner 部署文件，这里将其部署到 “default” Namespace 中。

nfs-provisioner-deploy.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  labels:
    app: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate                   ## 设置升级策略为删除再创建(默认为滚动更新)
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner
      containers:
        - name: nfs-client-provisioner
          #image: gcr.io/k8s-staging-sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.0
          image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/xngczl/nfs-subdir-external-provisione:v4.0.0
          volumeMounts:
            - name: nfs-client-root
              mountPath: /persistentvolumes
          env:
            - name: PROVISIONER_NAME     ## Provisioner的名称,以后设置的storageclass要和这个保持一致
              value: nfs-client
            - name: NFS_SERVER           ## NFS服务器地址,需和valumes参数中配置的保持一致
              value: 172.16.106.205
            - name: NFS_PATH             ## NFS服务器数据存储目录,需和valumes参数中配置的保持一致
              value: /nfs/data
      volumes:
        - name: nfs-client-root
          nfs:
            server: 172.16.106.205     ## NFS服务器地址
            path: /nfs/data            ## NFS服务器数据存储目录

创建 NFS Provisioner：

# -n: 指定应用部署的 Namespace
kubectl apply -f nfs-provisioner-deploy.yaml

3.3、创建 NFS SotageClass

创建一个 StoageClass，声明 NFS 动态卷提供者名称为 “nfs-storage”。

nfs-storage.yaml:

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-storage
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "false"  ## 是否设置为默认的storageclass
provisioner: nfs-client                                   ## 动态卷分配者名称，必须和上面创建的"provisioner"变量中设置的Name一致
parameters:
  archiveOnDelete: "true"                                 ## 设置为"false"时删除PVC不会保留数据,"true"则保留数据
mountOptions:
  - hard                                                  ## 指定为硬挂载方式
  - nfsvers=4                                             ## 指定NFS版本,这个需要根据NFS Server版本号设置

创建 StorageClass：

kubectl apply -f nfs-storage.yaml

3.4、创建 PVC 和 Pod 进行测试

3.4.1、创建测试 PVC

在 Namespace 下创建一个测试用的 PVC 并观察是否自动创建是 PV 与其绑定。

test-pvc.yaml：

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: test-pvc
spec:
  storageClassName: nfs-storage #---需要与上面创建的storageclass的名称一致
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Mi

创建 PVC：

kubectl apply -f test-pvc.yaml

查看 PVC 状态是否与 PV 绑定
利用 Kubectl 命令获取 pvc 资源，查看 STATUS 状态是否为 “Bound”。

$ kubectl get pvc test-pvc 
NAME       STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE
test-pvc   Bound    pvc-105a5f32-e4dd-4b1d-943b-c4f2ca498f60   1Mi        RWO            nfs-storage-new   45m

3.4.2、创建测试 Pod 并绑定 PVC

创建一个测试用的 Pod，指定存储为上面创建的 PVC，然后创建一个文件在挂载的 PVC 目录中，然后进入 NFS 服务器下查看该文件是否存入其中。

test-pod.yaml：

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: test-pod
spec:
  containers:
  - name: test-pod
    image: busybox:latest
    command:
      - "/bin/sh"
    args:
      - "-c"
      - "touch /mnt/SUCCESS && exit 0 || exit 1"  #创建一个名称为"SUCCESS"的文件
    volumeMounts:
      - name: nfs-pvc
        mountPath: "/mnt"
  restartPolicy: "Never"
  volumes:
    - name: nfs-pvc
      persistentVolumeClaim:
        claimName: test-pvc

创建 Pod：

# -n：指定创建 Pod 的 Namespace
kubectl apply -f test-pod.yaml

4、进入 NFS 服务器验证是否创建对应文件

进入 NFS 服务器的 NFS 挂载目录，查看是否存在 Pod 中创建的文件：

[root@nfs ~]# cd /nfs/data/
[root@nfs data]# ll
总用量 4
drwxrwxrwx 2 root root 4096 10月 17 12:29 default-test-pvc-pvc-e85690ac-311f-46fa-af88-9501e35f8582
[root@nfs data]# cd default-test-pvc-pvc-e85690ac-311f-46fa-af88-9501e35f8582/
[root@nfs default-test-pvc-pvc-e85690ac-311f-46fa-af88-9501e35f8582]# ll
总用量 0
-rw-r--r-- 1 root root 0 10月 17 12:29 SUCCESS
[root@nfs default-test-pvc-pvc-e85690ac-311f-46fa-af88-9501e35f8582]#

可以看到已经生成 SUCCESS 该文件，并且可知通过 NFS Provisioner 创建的目录命名方式为“namespace名称-pvc名称-pv名称”，pv 名称是随机字符串，所以每次只要不删除 PVC，那么 Kubernetes 中的与存储绑定将不会丢失，要是删除 PVC 也就意味着删除了绑定的文件夹，下次就算重新创建相同名称的 PVC，生成的文件夹名称也不会一致，因为 PV 名是随机生成的字符串，而文件夹命名又跟 PV 有关,所以删除 PVC 需谨慎。

示例源码：