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在持久化存储领域,用户呼声最高的定制化需求,莫过于支持“本地”持久化存储了。

也就是说,用户希望 Kubernetes 能够直接使用宿主机上的本地磁盘目录,而不依赖于远程存储服务,来提供“持久化”的容器 Volume。

这样做的好处很明显,由于这个 Volume 直接使用的是本地磁盘,尤其是 SSD 盘,它的读写性能相比于大多数远程存储来说,要好得多。这个需求对本地物理服务器部署的私有 Kubernetes 集群来说,非常常见。

所以,Kubernetes 在 v1.10 之后,就逐渐依靠 PV、PVC 体系实现了这个特性。这个特性的名字叫作:Local Persistent Volume。

不过,首先需要明确的是,Local Persistent Volume 并不适用于所有应用。事实上,它的适用范围非常固定,比如:高优先级的系统应用,需要在多个不同节点上存储数据,并且对 I/O 较为敏感。典型的应用包括:分布式数据存储比如 MongoDB、Cassandra 等,分布式文件系统比如 GlusterFS、Ceph 等,以及需要在本地磁盘上进行大量数据缓存的分布式应用。

其次,相比于正常的 PV,一旦这些节点宕机且不能恢复时,Local Persistent Volume 的数据就可能丢失。这就要求使用 Local Persistent Volume 的应用必须具备数据备份和恢复的能力,允许你把这些数据定时备份在其他位置。

接下来,我就为你深入讲解一下这个特性。不难想象,Local Persistent Volume 的设计,主要面临两个难点。

第一个难点在于:如何把本地磁盘抽象成 PV

可能你会说,Local Persistent Volume,不就等同于 hostPath 加 NodeAffinity 吗?

比如,一个 Pod 可以声明使用类型为 Local 的 PV,而这个 PV 其实就是一个 hostPath 类型的 Volume。如果这个 hostPath 对应的目录,已经在节点 A 上被事先创建好了。那么,我只需要再给这个 Pod 加上一个 nodeAffinity=nodeA,不就可以使用这个 Volume 了吗?

事实上,你绝不应该把一个宿主机上的目录当作 PV 使用。这是因为,这种本地目录的存储行为完全不可控,它所在的磁盘随时都可能被应用写满,甚至造成整个宿主机宕机。而且,不同的本地目录之间也缺乏哪怕最基础的 I/O 隔离机制。

所以,一个 Local Persistent Volume 对应的存储介质,一定是一块额外挂载在宿主机的磁盘或者块设备(“额外”的意思是,它不应该是宿主机根目录所使用的主硬盘)。这个原则,我们可以称为“一个 PV 一块盘”。

第二个难点在于:调度器如何保证 Pod 始终能被正确地调度到它所请求的 Local Persistent Volume 所在的节点上呢?

造成这个问题的原因在于,对于常规的 PV 来说,Kubernetes 都是先调度 Pod 到某个节点上,然后,再通过“两阶段处理”来“持久化”这台机器上的 Volume 目录,进而完成 Volume 目录与容器的绑定挂载。

可是,对于 Local PV 来说,节点上可供使用的磁盘(或者块设备),必须是运维人员提前准备好的。它们在不同节点上的挂载情况可以完全不同,甚至有的节点可以没这种磁盘。

所以,这时候,调度器就必须能够知道所有节点与 Local Persistent Volume 对应的磁盘的关联关系,然后根据这个信息来调度 Pod。

这个原则,我们可以称为“在调度的时候考虑 Volume 分布”。在 Kubernetes 的调度器里,有一个叫作 VolumeBindingChecker 的过滤条件专门负责这个事情。在 Kubernetes v1.11 中,这个过滤条件已经默认开启了。


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