LVM在Kubernetes下的最佳实践方案--TopoLVM

news2024/9/20 14:40:21

TopoLVM介绍及实践

LVM在Kubernetes下的最佳实践方案–TopoLVM。

1. 简介

TopoLVM 是一种基于 LVM（Logical Volume Manager）的 CSI（Container Storage Interface）插件，专为 Kubernetes 环境设计，旨在提供拓扑感知的逻辑卷管理。它允许用户在特定节点上创建逻辑卷，并利用 LVM 的灵活性和高效性来管理 Kubernetes 集群中的存储资源。

TopoLVM 的主要特点包括：

  1. 拓扑感知: 支持在特定节点上创建逻辑卷，可以避免跨节点的数据移动，提升性能。

  2. 动态卷管理: 支持动态卷创建、删除和调整大小。

  3. 存储资源优化: 使用 LVM 的特性，可以实现对物理存储资源的更细粒度的管理和优化。

  4. 按需申请：以 PVC+StorageClass 的模式来提供服务，做到 PV 动态创建。而要实现这点，容量感知是关键，因为若调度到空间不足的节点上很明显是不合理的。最好能结合 PVC 申请的容量+Node 上的剩余容量，综合选择最优的节点来做绑定。

符合的 CSI 版本：1.5.0 。支持的平台有：

  1. Kubernetes版本：1.28,1.29,1.30

  2. 节点系统：使用LVM2(*1)的linux系统，特别是在ubuntu上进行了测试。

  3. CPU架构： x86(*2), arm64(*3), ppc64le(*3), s390x(*4)

  4. 文件系统：ext4, xfs, btrfs测试版(*5)

  5. lvm版本：2.02.163 或更高（增加了 JSON 输出支持）

标记说明：
*1 如果你使用官方的 Docker 镜像并使用 xfs 文件系统，主机的 Linux 内核必须是 v4.9 或更高版本，支持 rmapbt 和 reflink。
*2 一级支持。官方提供 Docker 镜像，并通过 CI 测试了所有功能。
*3 二级支持。官方提供 Docker 镜像，但未通过 CI 测试。
*4 三级支持。没有提供 Docker 镜像，也没有通过 CI 测试，但构建了二进制文件。
*5 截至 v0.31.0，btrfs 仍处于测试阶段。可以在生产环境中使用，但我们的用户还没有广泛使用它。

Docker 镜像可以在 ghcr.io 上获取。

2. 架构

TopoLVM 基于 CSI，因此其架构遵循 Kubernetes CSI 开发者文档中描述的架构。

TopoLVM 组件包括：

  • topolvm-controller：CSI 控制器服务。
  • topolvm-scheduler：TopoLVM 的调度器扩展程序。
  • topolvm-node：CSI 节点服务。
  • lvmd：用于管理 LVM 卷的 gRPC 服务。

·

3. 前提条件

TopoLVM 运行的所有节点上都必须创建一个卷组。Helm Chart 中定义的默认卷组名称是 myvg1。在要使用TopoLVM的Kubernetes集群的所有节点中创建名为myvg1的VG。

# 我这里以新添加的sdb创建一个名为myvg1的VG
root@master1:~# pvcreate /dev/sdb
  Physical volume "/dev/sdb" successfully created.
root@master1:~# vgcreate myvg1 /dev/sdb
  Volume group "myvg1" successfully created
root@master1:~# vgs
  VG        #PV #LV #SN Attr   VSize   VFree
  myvg1       1   0   0 wz--n- <30.00g <30.00g
  ubuntu-vg   1   1   0 wz--n- <38.00g      0

3. 安装

官方提供了一个 Helm Chart 用于在 Kubernetes 上安装 TopoLVM。该 Chart 依赖于 cert-manager，如果你没有安装 cert-manager，你可以使用 Helm Chart 安装它。本文实践使用helm chart在Kubernetes上安装TopoLVM。

  1. 添加helm仓库
helm repo add topolvm https://topolvm.github.io/topolvm
helm repo update
  1. 创建配置命名空间

TopoLVM使用webhooks，为了是webhooks正常工作，在目标namespace创建label。推荐使用专用的命名空间

kubectl create ns topolvm-system
kubectl label namespace topolvm-system topolvm.io/webhook=ignore
kubectl label namespace kube-system topolvm.io/webhook=ignore

说明

此处设置标签 topolvm.io/webhook=ignore 是为了防止在 topolvm-system 和 kube-system 命名空间中创建 Pod 和 PVC 时触发 TopoLVM 的变更 Webhook。这些 Webhook 依赖于 topolvm-controller。因此，为避免在 TopoLVM 启动过程中导致其卡住，Webhooks 不应在启动过程中被激活。

  1. 安装chart

以名字topolvm作为release name安装：

helm install --namespace=topolvm-system topolvm topolvm/topolvm

如果同cert-manager一起安装，使用下面的命令：

kubectl apply -f https://github.com/jetstack/cert-manager/releases/download/${VERSION}/cert-manager.crds.yaml
helm install --namespace=topolvm-system topolvm topolvm/topolvm --set cert-manager.enabled=true
helm install --namespace=topolvm-system topolvm topolvm/topolvm

说明：

如果同cert-manager一起安装，确保先安装cert-manager然后安装topolvm。

  1. 检查安装
# 检查相关pod
root@master1:~# kubectl get pod -n topolvm-system
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS      AGE
topolvm-controller-5486c49d49-wk2bx   5/5     Running   0             2m9s
topolvm-controller-5486c49d49-x8rc2   5/5     Running   0             2m9s
topolvm-lvmd-0-5lb24                  1/1     Running   0             2m9s
topolvm-lvmd-0-6vbpd                  1/1     Running   0             2m9s
topolvm-lvmd-0-7bp6s                  1/1     Running   0             2m10s
topolvm-lvmd-0-hjfsk                  1/1     Running   0             2m9s
topolvm-node-p88vh                    3/3     Running   1 (60s ago)   2m9s
topolvm-node-qkqw9                    3/3     Running   1 (87s ago)   2m10s
topolvm-node-whgdt                    3/3     Running   0             2m9s
topolvm-node-xngft                    3/3     Running   0             2m9s

# 检查sc
root@master1:~# kubectl get sc
NAME                         PROVISIONER               RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE

topolvm-provisioner          topolvm.io                Delete          WaitForFirstConsumer   true                   3m19s

如果vg是自定义的，可以修改chart参数：

root@master1:~/topolvm# helm pull topolvm/topolvm --untar
root@master1:~/topolvm# ls
topolvm
root@master1:~/topolvm# vi topolvm/
CHANGELOG.md      Chart.lock        charts/           Chart.yaml        .helmignore       README.md         README.md.gotmpl  templates/        values.yaml
root@master1:~/topolvm# vi topolvm/values.yaml
...
# lvmd service
lvmd:
  # lvmd.managed -- If true, set up lvmd service with DaemonSet.
  managed: true

  # lvmd.socketName -- Specify socketName.
  socketName: /run/topolvm/lvmd.sock

  # lvmd.deviceClasses -- Specify the device-class settings.
  deviceClasses:
    - name: ssd
      volume-group: myvg1   # vg名字
      default: true
      spare-gb: 10  # 确保vg可用空间大于10G，也可以自定义修改

root@master1:~/topolvm# helm install --namespace=topolvm-system topolvm .

4. 业务使用topolvm创建的pv

安装TopoLVM后即可以创建PersistentVolumes (PV) ，默认创建了名为 topolvm-provisioner 的StorageClass。

创建一个pod和pvc，pod挂载pv到容器中的/data目录：

kubectl apply -f - <<EOF
kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  storageClassName: topolvm-provisioner
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: pause
    image: registry.k8s.io/pause
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: volume
  volumes:
  - name: volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-pvc
EOF

查看资源创建情况：

root@master1:~# kubectl get pod
my-pod                            1/1     Running            0               24m
root@master1:~# kubectl get pvc
my-pvc                                       Bound    pvc-0c374084-f93a-46ec-b409-0104ad68df96   1Gi        RWO            topolvm-provisioner   30m
root@master1:~# kubectl get pv  | grep pvc-0c374084-f93a-46ec-b409-0104ad68df96
pvc-0c374084-f93a-46ec-b409-0104ad68df96   1Gi        RWO            Delete           Bound      default/my-pvc            topolvm-provisioner   18m

成功创建pvc和pod，且pv成功挂载到pod中。

5. 参考资料

  1. 官方仓库：https://github.com/topolvm/topolvm

  2. 快速实践：https://github.com/topolvm/topolvm/blob/main/docs/getting-started.md

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