Kubernetes v1.8：PVC vs CSI 的可扩展性和持久性

前言

Kubernetes 是一款支持自动部署，扩缩容和管理容器化应用程序的开源平台，已成为最受欢迎的容器编排引擎之一。在 Kubernetes 中，存储是一个非常重要的问题。为了解决这个问题，Kubernetes 提供了多种存储相关的资源，如 Persistent Volume（PV）、Persistent Volume Claim（PVC）和 StorageClass 等等。在 Kubernetes v1.8 之前，PVC 是唯一的可用选择。但自 Kubernetes v1.9 开始， Container Storage Interface（CSI）成为了 K8s 存储的一种标准，从而带来了一些新特性，比如更好的可扩展性，更高的稳定性，更好的兼容性。所以，本篇文章主要介绍 Kubernetes v1.8 中的 PVC 和 CSI 之间的可扩展性和持久性优化，并提供一些实用的示例代码。

PVC 和 CSI 的比较

可扩展性

PVC

在 Kubernetes v1.8 之前，PVC 的实现是完全依赖于底层存储系统实现的。如果要使用某个存储系统，就必须为其编写对应的存储插件。如果你的存储系统不支持 Kubernetes 中的调度器，你就需要自己实现一个应该请求 API 以进行卷的动态自动配对。

对于卷自动化配对的具体实现，根据 Kubernetes 官方文档的描述（https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/），有三种方法：

  • 静态配置
  • 动态配置
  • 存储类（可在 PVC 请求中指定 storageClassName，具体存储插件将处理该类别并选择并配置正确的存储）

其中，存储类是最为灵活的，但也是最为局限的，因为必须编写一个存储插件，并在存储类中指定存储插件。

此外，由于 PVC 的实现是完全依赖于底层存储系统实现的，因此在需求变化较大的情况下，PVC 可能无法很好地进行升级和维护。

CSI

在 Kubernetes v1.9 中，引入了 CSI 标准。CSI 试图将 Kubernetes 存储系统的 API 标准化，以提高可扩展性和稳定性。使用 CSI，可以更轻松地添加新的存储后端，并更好地控制它们所需的功能。CSI 还提供了比 PVC 更好的插件生命周期管理，更准确的容错性和更好的设计方法。

使用 CSI，每个存储后端都应该编写一个 CSI 插件，然后 CSI Controller 会将请求分配到该插件。Plugin 则获得并处理请求。这样一来，就可以将运行时逻辑与存储实现分开。这为 CSI 提供了较大的灵活性，能够处理许多现有存储插件中存在的复杂性和缺陷。

总结

总的来说，CSI 的可扩展性要优于 PVC，因为存储后端只需要实现一个 CSI 插件即可，而且使用 CSI，不仅可以轻松添加新的存储后端，还能更好地控制所需的功能。此外，CSI 还提供了更好的插件生命周期管理、更准确的容错性和更好的设计方法。

持久性

PVC

从持久性的角度看，PVC 装载的 PV 可能存在以下几种状态：

  • Available：即 PV 还没有绑定到 PVC 上；
  • Bound：表示 PVC 已经成功与 PV 绑定；
  • Released：表示 PVC 与 PV 的绑定被手动释放；
  • Failed：表示与此 PVC 相关联的绑定过程已失败。

其中，第三种状态表明该卷当前不再被使用，不再与某个 Pod 绑定，但它仍然可以作为其本身的 PV 重用，直到最终被删除。

PVC 的持久性主要体现在 PV 上。换句话说，当创建 PVC 时，如果没有现成的可用 PV， Kubernetes 将按照定义在存储类中的属性自动创建一个 PV，并将其与 PVC 绑定。一旦完成后面的使用，PV 就会等待被释放，与 PVC 解绑定。当 PVC 被删除时，PV 将被删除，除非有其他的 PV 能够重用。

CSI

与 PVC 类似，CSI 也依赖于 PV 进行持久化。不过，CSI 的工作方式与 PVC 不同。在 CSI 中，每个节点上都有一个 CSI Driver，用于将请求路由到所需的存储后端。每次容器需要挂载卷时，都会通过 CSI 进行挂载操作。

总结

就持久性而言，PVC 和 CSI 都依赖于 PV 进行持久化。对于 PV 的创建和绑定，PVC 和CSI 均采用自动形式。不同点在于，PVC 通过 PVC 中定义的存储类自动创建，而 CSI 通过 CSI Driver 进行挂载并自动创建 PV。而在容器需要挂载卷时，CSI 使用 CSI Driver 进行操作。

示例代码

下面提供三个示例代码，分别体现了：

  1. 如何创建 PVC 和 PV；
  2. 如何使用 CSI 创建 PV；
  3. 如何通过 CSI 进行 PVC 和 PV 的动态自动配对。

Kubernetes 是一个非常强大的开源平台，其中存储务必是一个非常重要的问题。本篇文章从可扩展性和持久性两个角度分别介绍了 PVC 和 CSI，并提供了示例代码。希望能够对读者有所帮助。

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