原理到实现 K8S 存储之 NFS

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NFS介绍

NFS是Network File System的简写，即网络文件系统，NFS是FreeBSD支持的文件系统中的一种。NFS基于RPC(Remote Procedure Call)远程过程调用实现，其允许一个系统在网络上与它人共享目录和文件。通过使用NFS，用户和程序就可以像访问本地文件一样访问远端系统上的文件。NFS是一个非常稳定的，可移植的网络文件系统。具备可扩展和高性能等特性，达到了企业级应用质量标准。由于网络速度的增加和延迟的降低，NFS系统一直是通过网络提供文件系统服务的有竞争力的选择 。

1.1 NFS原理

NFS 使用RPC(Remote Procedure Call)的机制进行实现，RPC使得客户端可以调用服务端的函数。同时，由于有 VFS 的存在，客户端可以像使用其它普通文件系统一样使用 NFS 文件系统。经由操作系统的内核，将 NFS 文件系统的调用请求通过 TCP/IP 发送至服务端的 NFS 服务。NFS服务器执行相关的操作，并将操作结果返回给客户端。

NFS服务主要进程包括：

rpc.nfsd：最主要的NFS进程，管理客户端是否可登录

rpc.mountd：挂载和卸载NFS文件系统，包括权限管理

rpc.lockd：非必要，管理文件锁，避免同时写出错

rpc.statd：非必要，检查文件一致性，可修复文件

NFS的关键工具包括：

主要配置文件：/etc/exports；

NFS文件系统维护命令：/usr/bin/exportfs；

共享资源的日志文件： /var/lib/nfs/*tab；

客户端查询共享资源命令： /usr/sbin/showmount；

端口配置： /etc/sysconfig/nfs。

1.2 共享配置

在NFS服务器端的主要配置文件为/etc/exports时，通过此配置文件可以设置共享文件目录。每条配置记录由NFS共享目录、NFS客户端地址和参数这3部分组成，格式如下：

[NFS共享目录] [NFS客户端地址1(参数1,参数2,参数3……)] [客户端地址2(参数1,参数2,参数3……)]

NFS共享目录：服务器上共享出去的文件目录；

NFS客户端地址：允许其访问的NFS服务器的客户端地址，可以是客户端IP地址，也可以是一个网段(192.168.64.0/24)；

访问参数：括号中逗号分隔项，主要是一些权限选项。

1）访问权限参数

2）用户映射参数 图表

3）其它配置参数 图表

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NFS服务端配置

在nfs作为网络文件存储系统前，首先，需要安装nfs和rpcbind服务；接着，需要创建使用共享目录的用户；然后，需要对共享目录进行配置，这是其中相对重要和复杂的一个步骤；最后，需要启动rpcbind和nfs服务，以供应用使用。

2.1 安装nfs服务

1）通过yum目录安装nfs服务和rpcbind服务：

2）检查nfs服务是否正常安装

2.2 创建用户

为NFS服务其添加用户，并创建共享目录，以及设置用户设置共享目录的访问权限：

2.3 配置共享目录

在nfs服务器中为客户端配置共享目录：

通过执行如下命令是配置生效：

2.4 启动服务

1）由于必须先启动rpcbind服务，再启动nfs服务，这样才能让nfs服务在rpcbind服务上注册成功：

2）启动nfs服务：

3）设置rpcbind和nfs-server开机启动：

2.5 检查nfs服务是否正常启动

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NFS作为Volume

nfs可以直接作为存储卷使用，下面是一个redis部署的YAML配置文件。在此示例中，redis在容器中的持久化数据保存在/data目录下；存储卷使用nfs，nfs的服务地址为：192.168.8.150，存储路径为：/k8s-nfs/redis/data。容器通过volumeMounts.name的值确定所使用的存储卷。

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NFS作为PersistentVolum

在Kubernetes当前版本的中，可以创建类型为nfs的持久化存储卷，用于为PersistentVolumClaim提供存储卷。在下面的PersistenVolume YAML配置文件中，定义了一个名为nfs-pv的持久化存储卷，此存储卷提供了5G的存储空间，只能由一个PersistentVolumClaim进行可读可写操作。此持久化存储卷使用的nfs服务器地址为192.168.5.150，存储的路径为/tmp。

通过执行如下的命令可以创建上述持久化存储卷：

存储卷创建成功后将处于可用状态，等待PersistentVolumClaim使用。PersistentVolumClaim会通过访问模式和存储空间自动选择合适存储卷，并与其进行绑定。

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NFS作为动态存储提供

5.1 部署nfs-provisioner

为nfs-provisioner实例选择存储状态和数据的存储卷，并将存储卷挂接到容器的/export 命令。

为StorageClass选择一个供应者名称，并在deploy/kubernetes/deployment.yaml进行设置。

完整的deployment.yaml文件内容如下：

在设置好deploy/kubernetes/deployment.yaml文件后，通过kubectl create命令在Kubernetes集群中部署nfs-provisioner。

5.2 创建StorageClass

下面是example-nfs的StorageClass配置文件，此配置文件定义了一个名称为nfs-storageclass的存储类，此存储类的提供者为nfs-provisioner。

通过kubectl create -f命令使用上面的配置文件创建：

在存储类被正确创建后，就可以创建PersistenetVolumeClaim来请求StorageClass，而StorageClass将会为PersistenetVolumeClaim自动创建一个可用PersistentVolume。

5.3 创建PersistenetVolumeClaim

在此配置文件中，使用nfs-storageclass存储类为PersistenetVolumeClaim创建PersistenetVolume，所要求的PersistenetVolume存储空间大小为1Mi，可以被多个容器进行读取和写入操作。

通过kubectl create命令创建上述的持久化存储卷声明：

5.4 创建使用PersistenVolumeClaim的部署

在这里定义名为busybox-deployment的部署YAML配置文件，使用的镜像为busybox。基于busybox镜像的容器需要对/mnt目录下的数据进行持久化，在YAML文件指定使用名称为nfs的PersistenVolumeClaim对容器的数据进行持久化。

通过kubectl create创建busy-deployment部署：

参考

《Persistent Volumes》

https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/

《Storage Classes》

https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/storage-classes/

《Dynamic Volume Provisioning》

https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/dynamic-provisioning/

《Volums》

https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/

《nfs》

https://github.com/kubernetes-incubator/external-storage/tree/master/nfs

作者简介：

季向远，北京神舟航天软件技术有限公司产品经理。本文版权归原作者所有。