容器存储接口（CSI）
CSI（Container Storage Interface）为 Kubernetes 提供了统一、标准化的存储扩展能力，是现代云原生存储生态的基础。
什么是 CSI
容器存储接口（Container Storage Interface，CSI）是一个行业标准接口规范，旨在统一容器编排系统（Container Orchestration，CO）与存储系统之间的交互方式。通过 CSI，存储供应商可以开发一次驱动程序，即可在多个容器编排平台上使用，无需为每个平台单独开发。
CSI 在 Kubernetes 中作为 out-of-tree 插件实现，这意味着存储驱动程序与 Kubernetes 核心代码分离，可以独立开发、测试和部署。
CSI 发展历程
| 版本 | 里程碑说明 |
|---|---|
| v1.9 | Alpha 特性引入 |
| v1.10 | 升级为 Beta 特性 |
| v1.13 | 正式 GA（General Availability） |
| v1.14+ | CSI 成为存储插件标准方式 |
CSI 架构
CSI 驱动程序通常包含以下组件：
Controller 组件
- CSI Controller：负责卷的生命周期管理（创建、删除、扩容等）
- External-provisioner：监听 PVC 事件，触发卷的创建和删除
- External-attacher：处理卷的挂载和卸载操作
- External-resizer：处理卷的扩容操作
Node 组件
- CSI Node：在每个节点上运行，负责卷的挂载到具体路径
- Node-driver-registrar：向 kubelet 注册 CSI 驱动程序
下图展示了 CSI 架构的核心组件及其交互关系：
CSI 持久化卷字段
CSI 持久化卷支持以下关键字段：
| 字段名 | 说明 |
|---|---|
| driver | 指定 CSI 驱动程序名称（必填，≤63 字符） |
| volumeHandle | 卷唯一标识，由 CreateVolume 返回 |
| readOnly | 是否只读模式（可选，默认 false） |
| fsType | 文件系统类型（可选） |
| volumeAttributes | 传递给驱动程序的额外参数 |
使用 CSI
Kubernetes 支持动态和静态两种卷配置方式，适应不同业务场景。
动态配置
通过 StorageClass 实现卷的动态创建。以下 YAML 示例展示了 StorageClass 和 PVC 的配置方法：
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
name: fast-ssd-storage
provisioner: csi.example.com
parameters:
type: ssd
replication: "3"
fsType: ext4
allowVolumeExpansion: true
reclaimPolicy: Delete
创建 PVC 触发动态配置：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: app-storage-claim
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 10Gi
storageClassName: fast-ssd-storage
静态配置
手动创建 PV 来使用已存在的卷。以下 YAML 示例展示了静态 PV 的配置：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: existing-volume-pv
spec:
capacity:
storage: 10Gi
volumeMode: Filesystem
accessModes:
- ReadWriteOnce
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
csi:
driver: csi.example.com
volumeHandle: existing-volume-id
readOnly: false
fsType: ext4
volumeAttributes:
storage.kubernetes.io/csiProvisionerIdentity: csi.example.com
Pod 中使用 CSI 卷
以下 YAML 展示了 Pod 通过 PVC 挂载 CSI 卷的方式：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: app-pod
spec:
containers:
- name: app-container
image: nginx:1.20
volumeMounts:
- name: app-storage
mountPath: /data
volumes:
- name: app-storage
persistentVolumeClaim:
claimName: app-storage-claim
开发 CSI 驱动程序
实现 CSI 接口
CSI 驱动程序需实现以下三个主要接口：
- Identity Service：提供驱动程序身份信息
- Controller Service：管理卷的生命周期
- Node Service：处理节点级别的卷操作
推荐的 Sidecar 容器
Kubernetes 社区提供了多种 sidecar 容器，简化 CSI 驱动开发和运维：
| Sidecar 容器 | 功能描述 |
|---|---|
| external-provisioner | 监听 PVC 事件 |
| external-attacher | 监听 VolumeAttachment 事件 |
| external-resizer | 处理 PVC 扩容请求 |
| external-snapshotter | 管理卷快照功能 |
| node-driver-registrar | 向 kubelet 注册 CSI 驱动 |
| livenessprobe | 监控 CSI 驱动健康状态 |
部署最佳实践
- 使用 DaemonSet 部署 Node 组件：确保每个节点都有 CSI Node 服务
- 使用 StatefulSet 或 Deployment 部署 Controller 组件：通常只需 1~3 个副本
- 配置适当的 RBAC 权限：确保 sidecar 容器有权限操作 Kubernetes 资源
- 实现健康检查：使用 liveness/readiness 探针保障服务可用性
CSI 功能特性
CSI 支持丰富的存储功能，满足多样化业务需求。
卷快照
CSI 支持卷快照功能，允许用户创建卷的时间点副本。以下 YAML 示例展示了 VolumeSnapshot 的用法：
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
name: my-snapshot
spec:
volumeSnapshotClassName: csi-snapclass
source:
persistentVolumeClaimName: app-storage-claim
卷克隆
支持从现有 PVC 克隆新卷：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: cloned-pvc
spec:
dataSource:
name: app-storage-claim
kind: PersistentVolumeClaim
accessModes:
- ReadWriteOnce
resources:
requests:
storage: 10Gi
卷扩容
支持在线扩容已挂载的卷：
# 修改 PVC 的存储请求大小
spec:
resources:
requests:
storage: 20Gi # 从 10Gi 扩容到 20Gi
故障排查
CSI 相关问题可通过以下方式排查：
常见问题
- 驱动程序注册失败：检查 node-driver-registrar 日志
- 卷挂载失败：查看 CSI driver 和 kubelet 日志
- 动态配置失败：检查 external-provisioner 和 StorageClass 配置
调试命令
以下命令有助于定位和排查 CSI 相关问题：
# 查看 CSI 驱动程序状态
kubectl get csidrivers
# 查看 CSI 节点信息
kubectl get csinodes
# 查看卷挂载状态
kubectl get volumeattachments
# 查看存储类
kubectl get storageclass
总结
CSI 作为 Kubernetes 存储扩展的标准接口，极大提升了存储生态的可扩展性和兼容性。通过合理设计和部署 CSI 驱动，结合社区 Sidecar 工具，可实现高效、稳定的云原生存储解决方案。
参考文献
- CSI 规范文档 - github.com
- Kubernetes CSI 文档 - kubernetes-csi.github.io
- CSI Sidecar 容器 - github.com
- CSI 驱动程序示例 - github.com