k8s教程（Volume篇）-StorageClass详解

01 引言

声明：本文为《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）》的读书笔记

在上一篇博客《k8s教程（Volume篇）-PVC详解》，我们了解了PVC是作为用户对存储资源的需求申请，本文继续深入学习StorageClass。

02 StorageClass详解

2.1 StorageClass概念

StorageClass作为对存储资源的抽象定义，对用户设置的PVC申请屏蔽后端存储的细节，一方面减少了用户对于存储资源细节的关注，另一方面减轻了管理员手工管理PV的工作，由系统自动完成PV的创建和绑定，实现动态的资源供应。基于StorageClass的动态资源供应模式将逐步成为云平台的标准存储管理模式。

2.2 StorageClass定义

StorageClass 资源对象的定义主要包括：名称、后端存储的提供者 (provisioner）、后端存储的相关参数配置和回收策略（StorageClass的名称尤为重要，将在创建 PVC时引用，管理员应该准确命名具有不同存储特性的 StorageClass)。

StorageClass 一旦被创建，则无法修改，如需更改，则只能删除原 StorageClass资源对象并重新创建。

下例定义了一个StorageClass，名称为standard， provisioner为aws-ebs， type为gp2，回收策略为Retain等：

apiVersion: storage.k8s.io/v1 
kind: StorageClass 
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs 
parameters:
  type: gp2
reclaimPolicy: Retain
allowVolumeExpansion: true 
mountOptions:
  - debug
volumeBindingMode: Immediate

StorageClass资源对象需要设置的关键配置参数如下：

2.2.1 存储提供者 (Provisioner)

描述存储资源的提供者，用于提供具体的PV资源，也可以将其看作后端存储驱动。

目前，Kubernetes内置支持的Provisioner包括：AWSElasticBlockStore、 AzureDisk 、 AzureFile、 Cinder ( OpenStack Block Storage ) Flocker GCEPersistentDisk、 GlusterFS、 Portworx Volume、 Quobyte Volumes、 RBD (Ceph Block Device)、 ScaleIO、 StorageOS、 VsphereVolume。

Kubernetes内置支持的Provisioner的命名都以“kubernetes.io/“开头，用户也可以使用自定义的后端存储提供者。

为了符合 StorageClass的用法，自定义 Provisioner需要符合存储卷的开发规范，外部存储供应商的作者对代码、提供方式、运行方式、存储插件（包括Flex）等具有完全的自由控制权。

目前，在 Kubernetes 的kubernetes-sigs/sig-storage-lib-external-provisioner库中维护外部 Provisioner 的代码实现，其他一些 Provisioner 也在 kubernetesincubator/external-storage库中进行维护。

例如，对NFS类型，Kubernetes没有提供内部的Provisioner，但可以使用外部的Provisioner。也有许多第三方存储提供商自行提供外部的Provisioner。

2.2.2 资源回收策略 (Reclaim Policy)

通过动态资源供应模式创建的PV将继承在StorageClass资源对象上设置的回收策略，配置字段名称为“reclaimPolicy“，可以设置的选项包括Delete（删除）和 Retain(保留）。

如果StorageClass没有指定reclaimPolicy，则默认值为Delete。

对于管理员手工创建的仍被StorageClass管理的PV，将使用创建PV时设置的资源回收策略。

2.2.3 是否允许存储扩容 (Allow Volume Expansion)

PV 可以被配置为允许扩容，当 StorageClass 资源对象的 allowVolumeExpansion字段被设置为true时，将允许用户通过编辑PVC的存储空间自动完成PV的扩容。

下表描述了支持存储扩容的Volume类型和要求的Kubernetes最低版本：

2.2.4 挂载选项 (Mount Options)

通过StorageClass资源对象的mountOptions字段，系统将为动态创建的PV设置挂载选项。

并不是所有PV类型都支持挂载选项，如果PV不支持但StorageClass 设置了该字段，则PV将会创建失败。另外，系统不会对挂载选项进行验证，如果设置了错误的选项，则容器在挂载存储时将直接失败。

2.2.5 存储绑定模式 (Volume Binding Mode)

StorageClass资源对象的volumeBindingMode字段设置用于控制何时将PVC与动态创建的PV绑定。

目前支持的绑定模式包括：Immediate 和 WaitForFirstConsumer。

2.2.5.1 Immediate绑定模式

存储绑定模式的默认值为 Immediate，表示当一个PersistentVolumeClaim (PVC)创建出来时，就动态创建PV并进行PVC与PV的绑定操作。

需要注意的是，对于拓扑受限 (Topology-limited) 或无法从全部Node访问的后端存储，将在不了解Pod调度需求的情况下完成PV的绑定操作，这可能会导致某些Pod无法完成调度。

2.2.5.2 WaitForFirstConsumer绑定模式

WaitForFirstConsumer绑定模式表示PVC与PV的绑定操作延迟到第一个使用 PVC的Pod创建出来时再进行。

系统将根据Pod的调度需求，在Pod所在的Node上创建PV，这些调度需求可以通过以下条件（不限于）进行设置:

• Pod对资源的需求;
• Node Selector;
• Pod亲和性和反亲和性设置;
• Taint和Toleration设置。

目前支持 WaitForFirstConsumer 绑定模式的存储卷包括：AWSElasticBlockStore、 AzureDisk、 GCEPersistentDisk.

另外,有些存储插件通过预先创建好的PV绑定支持WaitForFirstConsumer模式，比如AWSElasticBlockStore、 AzureDisk、 GCEPersistentDisk和Local.

在使用WaitForFirstConsumer模式的环境中，如果仍然希望基于特定拓扑信息（Topology）进行PV绑定操作，则在StorageClass的定义中还可以通过 allowedTopologies字段进行设置。

下面的例子通过matchLabelExpressions设置目标Node的标签选择条件 (zone=us-central1-a或 us-central1-b) PV将在满足这些条件的Node上允许创建：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass 
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/gce-pd 
parameters:
  type: pd-standard
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer 
allowedTopologies:
- matchLabelExpressions:
 - key: failure-domain.beta.kubernetes.io/zone 
   vallues:
   - us-central1-a
   - us-central1-b

2.2.6 存储参数 (Parameters)

后端存储资源提供者的参数设置，不同的Provisioner可能提供不同的参数设置。某些参数可以不显示设定，Provisioner将使用其默认值。

目前StorageClass资源对象支持设置的存储参数最多为512个，全部key和value所占的空间不能超过 256KiB。

下面举常见存储提供商(Provisioner）提供的StorageClass存储参数示例（以AWSElasticBlockStore存储卷为例子）：

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1 
metadata:
  name: slow
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs 
parameters:
  type: io1
  iopsPerGB: "10"
  fsType: ext4

可以配置的参数如下（详细说明请参考AWSElasticBlockStore文档）：

• type：可选项为io1、gp2、 sc1、 st1，默认值为gp2；
• iopsPerGB：仅用于io1类型的Volume，意为每秒每GiB的I/O操作数量；
• fsType：文件系统类型，默认值为ext4；
• encrypted：是否加密；
• kmsKeyld：加密时使用的Amazon Resource Name；

2.2.7 设置默认的StorageClass

在Kubernetes 中，管理员可以为有不同存储需求的PVC创建相应的 StorageClass来提供动态的存储资源（PV）供应，同时在集群级别设置一个默认的StorageClass，为那些未指定StorageClass的PVC使用。当然，管理员要明确系统默认提供的StorageClass应满足和符合PVC的资源需求，同时注意避免资源浪费。

要在集群中启用默认的StorageClass，就需要在kube-apiserver服务准入控制器--enableadmission-plugins中开启 DefaultStorageClass（从 Kubernetes 1.10版本开始默认开启）：

--enable-admission-plugins=.. ., DefaultStorageClass

然后，在StorageClass的定义中设置一个annotation:

kind: Storageclass
apiVersion: storage.k8s.io/v1 
metadata:
  name: gold
annotations:
  storageclass.beta.kubernetes.io/is-default-class="true" 
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:
  type: pd-ssd

03 文末

本文主要讲解了StorageClass的一些概念及用法，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！