第33讲：K8S集群StorageClass使用Ceph CSI供应商与Cephfs文件系统集成

1.Ceph CSI供应商简介

K8S StorageClass对接Ceph集群的Cephfs文件系统有两种方法，一种是cephfs-provisioner另一种是cephfs-csi。

Cephfs-csi是第三方的客户端程序，部署简单，只需要拉取下来镜像就可以部署成功，而cephfs-provisioner则有很多的故障，相对于对接RBD的存储时，rbd-provisioner非常简单，rbd-csi则有很多故障。

Cephfs-csi官方文档：https://github.com/ceph/ceph-csi/blob/devel/docs/deploy-cephfs.md

2.创建Cephfs文件系统为StorageCLass提供底层存储端

2.1.创建Cephfs文件系统

Cephfs类型的CSI提供了指定使用哪一个Cephfs文件系统的参数，我们可以在Ceph集群中再创建一个Cephfs文件系统，专门为Storageclass使用。

1.创建Cephfs使用的资源池
[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 24 and data pool 23

2.2.在Cephfs文件系统中为Storageclass创建子目录

这一步无需做，在2.3中说明。

我们可以将这一个Cephfs文件系统仅针对K8S集群进行使用，所有的K8S持久化数据都存在这个Cephfs文件系统中，在这个文件系统里可以针对不同的应用程序，创建出不同的子目录，然后将子目录挂载到具体的应用程序上。ll

[root@ceph-node-1 ~]# mkdir /kubernetes_cephfs/k8s_data/storageclass_storage

cephfs文件系统就相当于系统中的一块磁盘，按照目录结构创建即可。

2.3.在Cephfs文件系统中创建一个子卷

StorageClass使用Cephfs-CSI客户端将数据持久化到Cephfs文件系统时，无法指定Cephfs文件系统中现有的子目录进行挂载，只能将数据写在文件系统的/目录中，这是Cephfs-CSI程序内部写死的，无法进行配置，除非修改源代码。

如下图所示，StorageClass分配PV时，会通过Cephfs-CSI在Cephfs文件系统中/目录中创建一个volumes的子目录，在volumes中再创建一个子目录叫做csi，在csi目录中存放的都是PV持久化的数据，每个PV都会对应生成一个目录。

volumes目录是无法修改的，只能修改volumes目录中的子目录csi，Cephfs-CSI会在Ceph集群指定的Cephfs文件系统中创建一个子卷，这个目录就对应的就是子卷的名称。

下面我们来创建一个子卷。

命令格式：ceph fs subvolumegroup create {cephfs文件系统名称} {子卷名称}

1.创建子卷
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs subvolumegroup create kubernetes_cephfs k8s-storageclass-volumes

2.查看文件系统下所有的子卷
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs subvolumegroup ls kubernetes_cephfs
[
    {
        "name": "k8s-storageclass-volumes"
    }
]

3.删除子卷的命令：
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs subvolumegroup create kubernetes_cephfs k8s-storageclass-volumes

3.在K8S集群中部署Cephfs-CSI供应商客户端

3.1.下载Cephfs-CSI客户端的资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# git clone https://github.com/ceph/ceph-csi.git -b release-v3.4
[root@k8s-master cephfs-csi]# cd ceph-csi/deploy/cephfs/kubernetes

3.2.配置CSI连接Ceph集群的ConfigMap资源

[root@k8s-master kubernetes]# vim csi-config-map.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
data:
  config.json: |-
    [
      {
       "clusterID": "a5ec192a-8d13-4624-b253-5b350a616041",
       "monitors": [
          "192.168.20.20:6789",
          "192.168.20.21:6789",
          "192.168.20.22:6789"
       ],
        "cephFS": {
          "subvolumeGroup": "k8s-storageclass-volumes"
        }
      }
    ]
metadata:
  name: ceph-csi-config

clusterID：集群的ID号

monitors：Monitor组件的地址

subvolumeGroup：Cephfs文件系统中的子卷名称，StorageClass分配的PV，产生的持久化数据都会存储在这里。

3.3.将Ceph的配置文件保存在Configmap中

需要将Ceph的基础配置文件写入到Configmap资源中，CSI客户端的两个容器都需要挂载。

[root@k8s-master kubernetes]# vim ceph-config.yaml 
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
data:
  ceph.conf: |
    [global]
    auth_cluster_required = cephx
    auth_service_required = cephx
    auth_client_required = cephx
  # keyring is a required key and its value should be empty
  keyring: |
metadata:
  name: ceph-config

3.4.调整资源编排文件的命名空间以及镜像地址

CSI的镜像在国外，拉取会超时，需要替换成DockerHub上的地址。

[root@k8s-master kubernetes]# NAMESPACE=cephfs-storage
[root@k8s-master kubernetes]# sed -ri "s/namespace: [^ ]+/namespace: $NAMESPACE/g" *.yaml

[root@k8s-master kubernetes]# sed -ri 's/k8s.gcr.io\/sig-storage/jiangxlrepo/' *.yaml
[root@k8s-master kubernetes]# sed -ri 's/quay.io\/cephcsi/jiangxlrepo/' *.yaml

3.5.部署CSI客户端

1）在K8S集群中部署CSI客户端

1.创建CSI客户端所在的Namespace
[root@k8s-master kubernetes]# kubectl create ns cephfs-storage
namespace/cephfs-storage created

2.部署所有的CSI资源控制器
[root@k8s-master kubernetes]# kubectl apply -f ./ -n cephfs-storage 
configmap/ceph-config created
service/csi-cephfsplugin-provisioner created
deployment.apps/csi-cephfsplugin-provisioner created
daemonset.apps/csi-cephfsplugin created
service/csi-metrics-cephfsplugin created
configmap/ceph-csi-config created
podsecuritypolicy.policy/cephfs-csi-nodeplugin-psp created
role.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-nodeplugin-psp created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-nodeplugin-psp created
serviceaccount/cephfs-csi-nodeplugin created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-nodeplugin created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-nodeplugin created
podsecuritypolicy.policy/cephfs-csi-provisioner-psp created
role.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-provisioner-psp created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-provisioner-psp created
serviceaccount/cephfs-csi-provisioner created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-external-provisioner-runner created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-provisioner-role created
role.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-external-provisioner-cfg created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cephfs-csi-provisioner-role-cfg created
csidriver.storage.k8s.io/cephfs.csi.ceph.com created

2）查看部署的CSI客户端Pod资源

[root@k8s-master kubernetes]# kubectl get pod -n cephfs-storage 
NAME                                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
csi-cephfsplugin-bfdvj                          3/3     Running   0          39s
csi-cephfsplugin-ngv84                          3/3     Running   0          39s
csi-cephfsplugin-provisioner-7bffb54f69-d26ms   6/6     Running   0          38s
csi-cephfsplugin-provisioner-7bffb54f69-q2wsn   6/6     Running   0          38s
csi-cephfsplugin-provisioner-7bffb54f69-q6hw9   6/6     Running   0          38s
csi-cephfsplugin-qlj4k                          3/3     Running   0          39s

全部处于Running状态，下面可以来创建StorageClass存储类，将数据持久化到Cephfs文件系统了。

4.基于Cephfs文件系统创建Storageclass资源并进行使用

Cephfs的CSI客户端驱动已经在集群中部署完成了，下面可以创建一个StorageClass资源通过CSI驱动连接Ceph集群的块存储设备。

创建完StorageClass后，可以创建一个PVC存储卷，观察PV是否会自动创建，最后在Pod中使用PVC。

使用CSI之前，先在每一个K8S节点中安装Ceph的相关命令。

yum -y install ceph-common

4.1.将K8S访问Cephfs文件系统的用户信息存储在Secret资源中

将用户信息的Secret资源固定存放在一个Namespace下，然后在StorageClass中引用即可。

1）编写资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# vim cephfs-sc-secret.yaml 
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: cephfs-sc-secret
  namespace: kube-system
stringData:
  userID: admin
  userKey: AQBIWUhiEmaFOBAA6Jr6itUeHiLVVOeYFVpRog==
  adminID: admin
  adminKey: AQBIWUhiEmaFOBAA6Jr6itUeHiLVVOeYFVpRog==

2）创建Secret资源

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

4.2.创建一个StorageClass资源控制器

1）编写资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# vim cephfs-storageclass.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: cephfs-storageclass
provisioner: cephfs.csi.ceph.com				#cephfs csi客户端的驱动名称
parameters:
  clusterID: a5ec192a-8d13-4624-b253-5b350a616041			#集群的ID
  fsName: kubernetes_cephfs									#使用Ceph集群的哪一个Cephfs文件系统
  pool: kubernetes_cephfs_data								#Cephfs文件系统的数据资源池名称
  #rootPath: /k8s_data/storageclass_storage					 #无需指定Cephfs文件系统中的子目录，CSi会自动在/下的volumes目录中存储，无法修改
  csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-name: cephfs-sc-secret				
  csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-namespace: kube-system
  csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-name: cephfs-sc-secret
  csi.storage.k8s.io/controller-expand-secret-namespace: kube-system
  csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-name: cephfs-sc-secret
  csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-namespace: kube-system
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true

2）创建StorageClass并查看资源的状态

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

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get sc
NAME                  PROVISIONER           RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
cephfs-storageclass   cephfs.csi.ceph.com   Delete          Immediate           true                   3s

4.3.创建PVC存储卷从StorageClass中自动分配PV

1）编写PVC的资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# vim cephfs-sc-pvc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: cephfs-sc-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: cephfs-storageclass

2）创建资源并查看资源的状态

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

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pvc
NAME            STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
cephfs-sc-pvc   Bound    pvc-9fcb0460-6547-4e9f-8efe-6e2266bc4aab   1Gi        RWX            cephfs-storageclass   68s

可以看到PVC已经与pvc-f5ce8114-088e-41fa-91da-63d759f1dd9c这个PV进行了绑定，这个PV就是由Storageclass自动创建的。

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                   STORAGECLASS          REASON   AGE
pvc-9fcb0460-6547-4e9f-8efe-6e2266bc4aab   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/cephfs-sc-pvc   cephfs-storageclass            69s

4.4.创建Pod资源挂载PVC存储卷

PVC已经准备就绪了，下面创建一个Pod资源，将PVC挂载到Pod资源中，持久化Pod资源的数据。

1）编写资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# vim cephfs-sc-pvc-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cephfs-sc-pvc-pod
spec:
  containers:
    - image: nginx:1.15
      name: nginx
      ports:
      - name: web
        containerPort: 80
        protocol: TCP
      volumeMounts:
      - name: data
        mountPath: /var/www/html
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim: 
        claimName: cephfs-sc-pvc

2）创建资源并观察资源的状态

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

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pod
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cephfs-sc-pvc-pod   1/1     Running   0          42s

4.5.进入Pod资源进行数据持久化操作

进入的Pod容器的PVC挂载路径，写入一些数据文件。

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl exec -it cephfs-sc-pvc-pod bash
root@cephfs-sc-pvc-pod:/# cd /var/www/html/
root@cephfs-sc-pvc-pod:/var/www/html# touch web{1..5}.index
root@cephfs-sc-pvc-pod:/var/www/html# mkdir code login admin
root@cephfs-sc-pvc-pod:/var/www/html# ls
admin  code  login  web1.index	web2.index  web3.index	web4.index  web5.index

4.6.查看由StorageClass分配的PV与Cephfs文件存储中子目录的对应关系

由StorageClass动态创建的PV，生成的名称都是随机的，没有什么含义，盲目的在Cephfs文件系统中找不一定能找的对。

可以通过kubectl describe pv {pv_name}目录看到PV持久化的数据存储在Cephfs文件系统的哪个路径中，

主要看这一行：

subvolumePath=/volumes/k8s-storageclass-volumes/csi-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2/50b7e45b-a48d-4d0f-be36-86812c8367e8

/volumes目录：是CSI客户端从代码部分就指定好的，无法变更。

/volumes/k8s-storageclass-volumes目录：k8s-storageclass-volumes目录对应的就是在Cephfs文件系统中创建的子卷名称

/volumes/k8s-storageclass-volumes/csi-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2目录：第三级si-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2目录是由CSI创建的子卷，PV会保存在这一级目录中，也是一个目录。

/volumes/k8s-storageclass-volumes/csi-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2/50b7e45b-a48d-4d0f-be36-86812c8367e8：第四级50b7e45b-a48d-4d0f-be36-86812c8367e8目录就是PV的目录，也是Pod数据持久化落盘的位置。

每当StorageClass分配一个PV，都会在文件系统中/volumes/目录下生产一个元数据文件，并且在创建的子卷目录下为每一个PV创建一个csi的子卷，最后在创建一个目录来存放PV的数据。

我们可以再创建一个PVC，由Storageclass为其分配PV，查看目录结构，如下图所示。

千万不要删除volumes这个目录，一旦这个目录删除，使用Cephfs的StorageCLass再次分配PV时就会产生问题，此时只需要将CSI客户端重新部署即可解决问题。

4.7.观察Cephfs文件系统中是否有Pod产生的数据

Pod产生的数据都会存储在/volumes/{子卷}/{CSI子卷}/{PV目录}这个路径下。

[root@ceph-node-1 ~]# tree /kubernetes_cephfs/
/kubernetes_cephfs/
└── volumes
    ├── _deleting
    ├── k8s-storageclass-volumes
    │   └── csi-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2
    │       └── 50b7e45b-a48d-4d0f-be36-86812c8367e8
    │           ├── admin
    │           ├── login
    │           ├── web
    │           ├── web1.txt
    │           ├── web2.txt
    │           ├── web3.txt
    │           ├── web4.txt
    │           └── web5.txt
    └── _k8s-storageclass-volumes:csi-vol-2f7d25c6-bfe8-11ec-8b4e-d65c041d72e2.meta

8 directories, 6 files

5.Statefulset控制器结合Storageclass为每个Pod分配独立存储

现在StorageClass已经对接好了Ceph集群的Cephfs文件系统，下面在Statefulset控制器使用StorageClass为每个Pod分配独立的存储源。

每个Pod都会通过StorageClass创建出一个PVC和PV，每个PVC都会对应一个PV，每个PV都会在文件系统中创建一组目录。

5.1.编写Statefulset控制器资源编排文件

[root@k8s-master cephfs-csi]# vim cephfs-statefulset.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.15
        volumeMounts:
        - name: web-data
          mountPath: /var/www/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: web-data
    spec:
      storageClassName: "cephfs-storageclass"
      accessModes:
      - ReadWriteMany
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

5.2.创建资源控制器并观察PV和PVC的状态

1.创建statefulset控制器
[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl apply -f cephfs-statefulset.yaml 
statefulset.apps/nginx created

2.查看创建的资源
[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pod
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
cephfs-sc-pvc-pod   1/1     Running   0          80m
nginx-0             1/1     Running   0          8m35s
nginx-1             1/1     Running   0          8m24s
nginx-2             1/1     Running   0          8m15s

3.查看PV和PVC
[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                      STORAGECLASS          REASON   AGE
pvc-0350926b-1933-411b-8eb4-ba583e272c08   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/web-data-nginx-1   cephfs-storageclass            9m4s
pvc-49747cef-46b0-4f83-976d-039020b679c4   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/web-data-nginx-0   cephfs-storageclass            9m15s
pvc-93fcf7bf-b593-4b7c-8a04-717d49685c93   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/web-data-nginx-2   cephfs-storageclass            8m55s
pvc-9fcb0460-6547-4e9f-8efe-6e2266bc4aab   1Gi        RWX            Delete           Bound    default/cephfs-sc-pvc      cephfs-storageclass            81m

[root@k8s-master cephfs-csi]# kubectl get pvc
NAME               STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
cephfs-sc-pvc      Bound    pvc-9fcb0460-6547-4e9f-8efe-6e2266bc4aab   1Gi        RWX            cephfs-storageclass   81m
web-data-nginx-0   Bound    pvc-49747cef-46b0-4f83-976d-039020b679c4   1Gi        RWX            cephfs-storageclass   9m36s
web-data-nginx-1   Bound    pvc-0350926b-1933-411b-8eb4-ba583e272c08   1Gi        RWX            cephfs-storageclass   9m25s
web-data-nginx-2   Bound    pvc-93fcf7bf-b593-4b7c-8a04-717d49685c93   1Gi        RWX            cephfs-storageclass   9m16s

5.3.查看PV对应在Cephfs文件系统中的目录结构

每一个PV都对应一个子目录和数据文件。