Kubernetes調用vSphere vSAN做持久化存儲

參考

• 1.vSphere Storage for Kubernetes
• 2.IBM vSphere Cloud Provider
• 3.GitHub vSphere Volume examples

一. 框架

說明：

• 在kubernetes集群中部署vsphere cloud provider；
• 運行在kubernetes集群中的Pod通過多種方式（靜態或動態）可調用vSAN/VMFS等后端存儲的VMDK做為其持久卷。

二. 環境

2.1 驗證環境

• vCenter

  IP	Version	USER	PASSWORD	DataCenter	DataStore	Remark
  172.20.0.16	6.0.0 內部版本5112533	[e-mail]	AIUc63$#v4LZ	Mcloud	-
  -	-	[e-mail]	k8S!@Vcp123	Mcloud	vsanDatastore

  說明：

  • 使用administrator賬號設置disk UUID；
  • 使用administrator賬號為vsphere cloud provider(vcp)賬號賦權；
  • kubernetes集群使用vcp賬號與vCenter交互；
  • DataCenter是vCenter下的一級邏輯組織，取kubernetes集群所在DataCenter對應名字即可；
  • DataStore取kubernetes集群需要調用的后端存儲名字，類型可以是vSAN，VMFS，NFS & VVol等。

• kubernetes-cluster nodes

  Hostname	IP	Roles	Version	Remark
  kubemaster01	172.30.200.101	master&minion	v1.12.3
  kubemaster02	172.30.200.102	master&minion	v1.12.3
  kubemaster03	172.30.200.103	master&minion	v1.12.3

• govc node

  Hostname	IP	Roles	Version	Remark
  ansible01	172.30.200.46	govc	v0.19.0

2.2 一些先決條件

• 1.組建kubernetes集群的vm節點必須放置在一個vsphere vm folder，在vCenter的虛擬機與模板下創建，文件夾名自定義，這里定義為kubernetes-cluster；
• 2.組建kubernetes集群的vm節點的name與其操作系統hostname一致（實際驗證后，並非強制要求）；
• 3.組建kubernetes集群的vm節點的disk UUID需要設置為enabled（見下文詳細設置）；
• 4.（針對kubernetes version is 1.8.x or below的規則，未驗證在1.8.x以上版本是否可不遵守此規則）組建kubernetes集群的vm節點的name需要遵守以下regex：[a-z](([-0-9a-z]+)?[0-9a-z])?(\.[a-z0-9](([-0-9a-z]+)?[0-9a-z])?)*：
  • 不以數字開頭；
  • 不使用大寫字母；
  • 不包含除“.”和“-”以外的任何特殊字符；
  • 必須至少包含三個字符，但不超過 63 個字符。
• 5.在vCenter設置vSphere cloud provider user，這里vcp賬號設置為[e-mail]:
  • vSphere Web Clinet --> 主頁 --> （系統管理）角色；
  • 添加用戶：Single Sign-On --> 用戶 --> 添加k8s賬號 ；
  • 創建角色：訪問控制--> 角色 --> 添加k8s-vcp角色，角色按照官方說明中dynamic persistent volume provisioning with storage policy賦權；
  • 賬號關聯角色：訪問控制--> 全局權限 --> 添加權限，關聯賬號與角色，關聯時同時勾選"傳播到子對象"。
  • 補充1：部分資料中角色權限中有System.*權限，此類權限不用特別賦權，默認即帶，且在角色清單中也找不到System.*權限。
  • 補充2：經驗證，官方文檔給出的角色權限適用vSphere Client 6.0.x與6.5.x版本(更低的版本未驗證)；對vSphere Client 6.7.x版本，則權限不足，創建pvc時報Failed to provision volume with StorageClass "xxxxxx": ServerFaultCode: Permission to perform this operation was denied.錯，可使用administrator賬號替代。

三. disk UUID

通過govc工具，可以設置disk UUID，參考：GitHub vmware/govmomi

3.1 安裝govc

# 選擇版本，直接安裝binaries
curl -L https://github.com/vmware/govmomi/releases/download/v0.19.0/govc_linux_amd64.gz | gunzip > /usr/local/bin/govc
chmod +x /usr/local/bin/govc

3.2 設置govc環境變量

# 設置環境變量
export GOVC_URL='172.20.0.16'                        # vCenter ip地址或FQDN
export GOVC_USERNAME='[e-mail]'   # vCenter administrator賬號
export GOVC_PASSWORD='AIUc63$#v4LZ'                  # vCenter administrator賬號密碼
export GOVC_INSECURE=1                               # 如果使用了自簽名證書，設置為"1"

# 設置環境變量后，可查看govc變量與版本
govc env
govc about

3.3 設置disk UUID

• 通過govc可以確定kubernetes集群vm節點位置：

  # 格式：/<datacenter>/vm/<vsphere vm folder>
  # <datacenter>：vsphere中datacenter名，根據實際環境填寫，這里取值"Mcloud"；
  # vm：固定參數，如：vm，network，host，datastore；
  # <vsphere vm folder>：自定義名字的"vsphere vm folder"，這里取值"kubernetes-cluster"
  govc ls /Mcloud/vm/kubernetes-cluster
  

• 設置kubernetes集群vm節點的disk UUID為true：

  # "disk.enableUUID=1"即為"true"；
  # 將已設置"disk.enableUUID=1"的vm打成模板，通過模板克隆出新的vm可繼承此屬性
  govc vm.change -e="disk.enableUUID=1" -vm='/Mcloud/vm/kubernetes-cluster/kubemaster01'
  govc vm.change -e="disk.enableUUID=1" -vm='/Mcloud/vm/kubernetes-cluster/kubemaster02'
  govc vm.change -e="disk.enableUUID=1" -vm='/Mcloud/vm/kubernetes-cluster/kubemaster03'
  

• 補充govc用法（與本實驗無關）：手工創建vmdk

  # 格式：datastore.disk.create -ds <DataStore> -size xG <Folder>/<Name>.vmdk
  # <DataStore>：需要調用的后端存儲名字，這里取值"vsanDatastore"；
  # <Folder>：<DataStore>中存放新建存儲卷的目錄，這里自定義目錄名"k8sData"，需要注意的是目錄需要提前創建，否則會報錯；
  # vmdk文件創建之后的初始大小為0kb
  govc datastore.disk.create -ds vsanDatastore -size 10G k8sData/MySQLDisk.vmdk
  

四. 部署vSphere Cloud Provider

4.1 創建vSphere Cloud Provider配置文件(kubernetes v1.9.x and above)

• 在所有kubernetes master節點創建文件(自定義路徑&名字)：/etc/kubernetes/vsphere.conf

  vim /etc/kubernetes/vsphere.conf
  # 全局屬性
  [Global]
  # 從安全角度考慮，生產環境應使用針對性的賬號
  user = "[e-mail]"
  password = "k8S!@Vcp123"
  port = "443"
  # 如果使用自簽名證書，應設置為"1"
  insecure-flag = "1" 
  datacenters = "Mcloud"
  
  # 針對kubernetes集群節點跨多vCenter的情況，可設置多"VirtualCenter"；
  # "user"，"password"，"datacenters"也可設置在此，可覆蓋全局屬性
  [VirtualCenter "172.20.0.16"]
  
  # vSphere Cloud Provider使用"SPBM"存儲策略配置存儲卷
  [Workspace]
  # mandatory
  server = "172.20.0.16"
  # mandatory
  datacenter = "Mcloud"
  # mandatory
  folder = "kubernetes-cluster"
  # option，本實驗省略；
  # kubernetes創建pvc資源時，如果選項中未指定數據存儲或存儲策略，則使用默認數據存儲放置vmdk
  #default-datastore="vsanDatastore"
  # option，本實驗省略；
  # 資源池文件夾，放置創建的vmdk
  #resourcepool-path="kubernetes-cluster"
  
  [Disk]
  # option；
  # lsilogic-sas or pvscsi, default: pvscsi
  scsicontrollertype = pvscsi 
  
  [Network]
  # option，本實驗省略；
  # Name of public VM Network to which the VMs in the cluster are connected. Used to determine public IP addresses of VMs.
  #public-network = "VM Network"
  

4.2 部署vSphere Cloud Provider(kubernetes v1.9.x and above)

• 在所有kubernetes master節點，為kube-apiserver，kube-controller-manager，kubelet等3個服務添加參數：

  --cloud-provider=vsphere
  --cloud-config=/etc/kubernetes/vsphere.conf
  

• 在所有kubernetes minion節點，為kubelet添加參數：

  --cloud-provider=vsphere
  

• 重啟相關服務。
  • 注意：如果kubelet使用了--cloud-provider參數，--hostname-override參數將失效；
  • 如果使用了--hostname-override參數，必須刪除狀態為NotReady的節點，否則創建pvc時報錯Failed to provision volume with StorageClass "storageclass01": No VM found，通過kubectl delete node <IP> 執行刪除。

五. kubernetes使用vSAN

kubernetes可以通過以下方式調用vSAN:

• 由pod直接掛載手工創建的vmdk，參考：Volumes
• 由pv關聯手工創建的vmdk，pvc關聯pv，pod掛載pvc，參考：Persistent Volumes & Persistent Volumes Claims
• 通過StorageClass動態調用vSAN：
  • 參考1：Dynamic Provisioning and StorageClass API
  • 參考2：Storage Policy Based Management for dynamic provisioning of volumes

5.1 基於SPBM存儲策略動態創建存儲卷

StorageClass

cat vsphere-storageclass-spbm.yaml 
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata: 
  name: vsphere-storageclass-spbm
# 存儲分配器，根據后端存儲不同而變更
provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume
# 默認即"Delete"，刪除pvc后，相應的pv及后端的volume等一起刪除；
# 設置為"Retain"時則保留數據，需要手工處理
reclaimPolicy: Delete
parameters: 
  # 指定具體的datastore，如果不指定則采用在"vsphere-cloud-config-file(vsphere.conf)"中設置的默認"default-datastore"
  datastore: vsanDatastore
  # 默認即"thin"，另有"zeroedthick"與"eagerzeroedthick"可選
  diskformat: thin
  # 磁盤格式，如：xfs，ext3，ext4等
  fstype: xfs
  # 以下兩條是調用SPBM策略，SPBM策略有：cacheReservation，diskStripes，forceProvisioning，hostFailuresToTolerate，iopsLimit，objectSpaceReservation
  # 以下設置是vCenter中默認的"Virtual SAN Default Storage Policy"的設置
  hostFailuresToTolerate: "1"
  diskStripes: "1"
  
# 創建StorageClass
kubectl create -f vsphere-storageclass-spbm.yaml

# 查看StorageClass
kubectl describe sc vsphere-storageclass-spbm

PVC & PV

• 創建pvc

  cat vsphere-pvc002.yaml 
  kind: PersistentVolumeClaim
  apiVersion: v1
  metadata:
    name: vsphere-pvc002
    # 調用StrageClass
    annotations:
      volume.beta.kubernetes.io/storage-class: vsphere-storageclass-spbm
  spec:
    # ReadWriteOnce：簡寫RWO，讀寫權限，且只能被單個node掛載；
    # ReadOnlyMany：簡寫ROX，只讀權限，允許被多個node掛載；
    # ReadWriteMany：簡寫RWX，讀寫權限，允許被多個node掛載
    accessModes:
      - ReadWriteOnce
    resources:
      requests:
        # 注意格式，不能寫“GB”
        storage: 10Gi
  
  # 創建PVC
  kubectl create -f vsphere-pvc002.yaml
  
  # 查看PVC
  kubectl describe pvc vsphere-pvc002
  

  

• PV由PVC調用StorageClass自動創建

  # 查看自動創建的PV
  kubectl get pv
  kubecet describe pv pvc-b3754406-0359-11e9-b1f2-005056bfac1e
  

  

• 同步查看vCenter信息
  

• 查看在vSAN DataStore上生成的vmdk
  

Pod

cat vsphere-pod002.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: vsphere-pod002
spec:
  containers:
  - name: test-container
    # 使用中科大的鏡像倉庫
    image: gcr.mirrors.ustc.edu.cn/google_containers/test-webserver
    volumeMounts:
    - name: test-volume
      mountPath: /test-vmdk
  volumes:
  - name: test-volume
    # Pod掛載PVC
    persistentVolumeClaim:
      claimName: vsphere-pvc002
      
# 創建Pod
kubectl create -f vsphere-pod002.yaml

# 查看Pod
kubectl describe pod vsphere-pod002