Kubernetes调用vSphere vSAN做持久化存储

参考

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

一. 框架

Kubernetes调用vSphere vSAN做持久化存储-LMLPHP

说明：

在kubernetes集群中部署vsphere cloud provider；
运行在kubernetes集群中的Pod通过多种方式（静态或动态）可调用vSAN/VMFS等后端存储的VMDK做为其持久卷。

二. 环境

2.1 验证环境

vCenter
172.20.0.16 6.0.0 内部版本5112533 [email protected] AIUc63$#v4LZ Mcloud -
- - [email protected] k8S!@Vcp123 Mcloud vsanDatastore
说明：
- 使用administrator账号设置disk UUID；
- 使用administrator账号为vsphere cloud provider(vcp)账号赋权；
- kubernetes集群使用vcp账号与vCenter交互；
- DataCenter是vCenter下的一级逻辑组织，取kubernetes集群所在DataCenter对应名字即可；
- DataStore取kubernetes集群需要调用的后端存储名字，类型可以是vSAN，VMFS，NFS & VVol等。
kubernetes-cluster nodes
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
ansible01 172.30.200.46 govc v0.19.0

2.2 一些先决条件

1.组建kubernetes集群的vm节点必须放置在一个vsphere vm folder，在vCenter的虚拟机与模板下创建，文件夹名自定义，这里定义为kubernetes-cluster；
2.组建kubernetes集群的vm节点的name与其操作系统hostname一致（实际验证后，并非强制要求）；
3.组建kubernetes集群的vm节点的disk UUID需要设置为enabled（见下文详细设置）；
4.（针对kubernetes version is 1.8.x or below的规则，未验证在1.8.x以上版本是否可不遵守此规则）组建kubernetes集群的vm节点的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])?)*：
- 不以数字开头；
- 不使用大写字母；
- 不包含除“.”和“-”以外的任何特殊字符；
- 必须至少包含三个字符，但不超过 63 个字符。
5.在vCenter设置vSphere cloud provider user，这里vcp账号设置为[email protected]:
- vSphere Web Clinet --> 主页 --> （系统管理）角色；
- 添加用户：Single Sign-On --> 用户 --> 添加k8s账号；
- 创建角色：访问控制--> 角色 --> 添加k8s-vcp角色，角色按照官方说明中dynamic persistent volume provisioning with storage policy赋权；
- 账号关联角色：访问控制--> 全局权限 --> 添加权限，关联账号与角色，关联时同时勾选"传播到子对象"。
- 补充1：部分资料中角色权限中有System.*权限，此类权限不用特别赋权，默认即带，且在角色清单中也找不到System.*权限。
- 补充2：经验证，官方文档给出的角色权限适用vSphere Client 6.0.x与6.5.x版本(更低的版本未验证)；对vSphere Client 6.7.x版本，则权限不足，创建pvc时报Failed to provision volume with StorageClass "xxxxxx": ServerFaultCode: Permission to perform this operation was denied.错，可使用administrator账号替代。

三. disk UUID

通过govc工具，可以设置disk UUID，参考：GitHub vmware/govmomi

3.1 安装govc

# 选择版本，直接安装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 设置govc环境变量

# 设置环境变量

export GOVC_URL='172.20.0.16'                        # vCenter ip地址或FQDN

export GOVC_USERNAME='[email protected]'   # vCenter administrator账号

export GOVC_PASSWORD='AIUc63$#v4LZ'                  # vCenter administrator账号密码

export GOVC_INSECURE=1                               # 如果使用了自签名证书，设置为"1"

# 设置环境变量后，可查看govc变量与版本

govc env

govc about

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3.3 设置disk UUID

通过govc可以确定kubernetes集群vm节点位置：

# 格式：/<datacenter>/vm/<vsphere vm folder>

# <datacenter>：vsphere中datacenter名，根据实际环境填写，这里取值"Mcloud"；

# vm：固定参数，如：vm，network，host，datastore；

# <vsphere vm folder>：自定义名字的"vsphere vm folder"，这里取值"kubernetes-cluster"

govc ls /Mcloud/vm/kubernetes-cluster

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设置kubernetes集群vm节点的disk UUID为true：

# "disk.enableUUID=1"即为"true"；

# 将已设置"disk.enableUUID=1"的vm打成模板，通过模板克隆出新的vm可继承此属性

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'

补充govc用法（与本实验无关）：手工创建vmdk

# 格式：datastore.disk.create -ds <DataStore> -size xG <Folder>/<Name>.vmdk

# <DataStore>：需要调用的后端存储名字，这里取值"vsanDatastore"；

# <Folder>：<DataStore>中存放新建存储卷的目录，这里自定义目录名"k8sData"，需要注意的是目录需要提前创建，否则会报错；

# vmdk文件创建之后的初始大小为0kb

govc datastore.disk.create -ds vsanDatastore -size 10G k8sData/MySQLDisk.vmdk

四. 部署vSphere Cloud Provider

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

在所有kubernetes master节点创建文件(自定义路径&名字)：/etc/kubernetes/vsphere.conf

vim /etc/kubernetes/vsphere.conf

# 全局属性

[Global]

# 从安全角度考虑，生产环境应使用针对性的账号

user = "[email protected]"

password = "k8S!@Vcp123"

port = "443"

# 如果使用自签名证书，应设置为"1"

insecure-flag = "1"

datacenters = "Mcloud"

# 针对kubernetes集群节点跨多vCenter的情况，可设置多"VirtualCenter"；

# "user"，"password"，"datacenters"也可设置在此，可覆盖全局属性

[VirtualCenter "172.20.0.16"]

# vSphere Cloud Provider使用"SPBM"存储策略配置存储卷

[Workspace]

# mandatory

server = "172.20.0.16"

# mandatory

datacenter = "Mcloud"

# mandatory

folder = "kubernetes-cluster"

# option，本实验省略；

# kubernetes创建pvc资源时，如果选项中未指定数据存储或存储策略，则使用默认数据存储放置vmdk

#default-datastore="vsanDatastore"

# option，本实验省略；

# 资源池文件夹，放置创建的vmdk

#resourcepool-path="kubernetes-cluster"

[Disk]

# option；

# lsilogic-sas or pvscsi, default: pvscsi

scsicontrollertype = pvscsi

[Network]

# option，本实验省略；

# 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节点，为kube-apiserver，kube-controller-manager，kubelet等3个服务添加参数：
```
--cloud-provider=vsphere

--cloud-config=/etc/kubernetes/vsphere.conf
```
在所有kubernetes minion节点，为kubelet添加参数：
```
--cloud-provider=vsphere
```
重启相关服务。
- 注意：如果kubelet使用了--cloud-provider参数，--hostname-override参数将失效；
- 如果使用了--hostname-override参数，必须删除状态为NotReady的节点，否则创建pvc时报错Failed to provision volume with StorageClass "storageclass01": No VM found，通过kubectl delete node <IP> 执行删除。

五. kubernetes使用vSAN

kubernetes可以通过以下方式调用vSAN:

由pod直接挂载手工创建的vmdk，参考：Volumes
由pv关联手工创建的vmdk，pvc关联pv，pod挂载pvc，参考：Persistent Volumes & Persistent Volumes Claims
通过StorageClass动态调用vSAN：
- 参考1：Dynamic Provisioning and StorageClass API
- 参考2：Storage Policy Based Management for dynamic provisioning of volumes

5.1 基于SPBM存储策略动态创建存储卷

StorageClass

cat vsphere-storageclass-spbm.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1

kind: StorageClass

metadata:

  name: vsphere-storageclass-spbm

# 存储分配器，根据后端存储不同而变更

provisioner: kubernetes.io/vsphere-volume

# 默认即"Delete"，删除pvc后，相应的pv及后端的volume等一起删除；

# 设置为"Retain"时则保留数据，需要手工处理

reclaimPolicy: Delete

parameters:

  # 指定具体的datastore，如果不指定则采用在"vsphere-cloud-config-file(vsphere.conf)"中设置的默认"default-datastore"

  datastore: vsanDatastore

  # 默认即"thin"，另有"zeroedthick"与"eagerzeroedthick"可选

  diskformat: thin

  # 磁盘格式，如：xfs，ext3，ext4等

  fstype: xfs

  # 以下两条是调用SPBM策略，SPBM策略有：cacheReservation，diskStripes，forceProvisioning，hostFailuresToTolerate，iopsLimit，objectSpaceReservation

  # 以下设置是vCenter中默认的"Virtual SAN Default Storage Policy"的设置

  hostFailuresToTolerate: "1"

  diskStripes: "1"

# 创建StorageClass

kubectl create -f vsphere-storageclass-spbm.yaml

# 查看StorageClass

kubectl describe sc vsphere-storageclass-spbm

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PVC & PV

创建pvc

cat vsphere-pvc002.yaml

kind: PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1

metadata:

  name: vsphere-pvc002

  # 调用StrageClass

  annotations:

    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: vsphere-storageclass-spbm

spec:

  # ReadWriteOnce：简写RWO，读写权限，且只能被单个node挂载；

  # ReadOnlyMany：简写ROX，只读权限，允许被多个node挂载；

  # ReadWriteMany：简写RWX，读写权限，允许被多个node挂载

  accessModes:

    - ReadWriteOnce

  resources:

    requests:

      # 注意格式，不能写“GB”

      storage: 10Gi

# 创建PVC

kubectl create -f vsphere-pvc002.yaml

# 查看PVC

kubectl describe pvc vsphere-pvc002

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PV由PVC调用StorageClass自动创建

# 查看自动创建的PV

kubectl get pv

kubecet describe pv pvc-b3754406-0359-11e9-b1f2-005056bfac1e

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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

    # 使用中科大的镜像仓库

    image: gcr.mirrors.ustc.edu.cn/google_containers/test-webserver

    volumeMounts:

    - name: test-volume

      mountPath: /test-vmdk

  volumes:

  - name: test-volume

    # Pod挂载PVC

    persistentVolumeClaim:

      claimName: vsphere-pvc002

# 创建Pod

kubectl create -f vsphere-pod002.yaml

# 查看Pod

kubectl describe pod vsphere-pod002

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172.20.0.16	6.0.0 内部版本5112533	[email protected]	AIUc63$#v4LZ	Mcloud	-
-	-	[email protected]	k8S!@Vcp123	Mcloud	vsanDatastore

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

VSAN