容器存储接口(CSI)
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,而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
- Kubernetes v1.9:CSI 作为 Alpha 特性引入
- Kubernetes v1.10:升级为 Beta 特性
- Kubernetes v1.13:CSI 正式 GA(General Availability)
- 当前版本:CSI 已成为 Kubernetes 存储插件的标准方式
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
CSI 持久化卷字段
CSI 持久化卷支持以下关键字段:
driver
:指定 CSI 驱动程序名称(必填,最多 63 个字符)volumeHandle
:唯一标识卷的句柄,由CreateVolume
调用返回readOnly
:指示卷是否为只读模式(可选,默认为 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
动态配置
通过 StorageClass 实现卷的动态创建:
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:
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
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 驱动程序需要实现三个主要接口:
- 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 社区提供了以下 sidecar 容器来简化 CSI 驱动程序的开发:
Sidecar 容器 | 功能描述 |
---|---|
external-provisioner | 监听 PVC 事件,调用 CreateVolume /DeleteVolume |
external-attacher | 监听 VolumeAttachment 事件,调用 ControllerPublishVolume /ControllerUnpublishVolume |
external-resizer | 处理 PVC 扩容请求,调用 ControllerExpandVolume |
external-snapshotter | 管理卷快照功能 |
node-driver-registrar | 向 kubelet 注册 CSI 驱动程序 |
livenessprobe | 监控 CSI 驱动程序健康状态 |
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:通常只需要一个或少数几个副本
- 配置适当的 RBAC 权限:确保 sidecar 容器有足够的权限操作 Kubernetes 资源
- 实现健康检查:使用 liveness 和 readiness 探针确保服务可用性
CSI 功能特性
卷快照
CSI 支持卷快照功能,允许用户创建卷的时间点副本:
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
name: my-snapshot
spec:
volumeSnapshotClassName: csi-snapclass
source:
persistentVolumeClaimName: app-storage-claim
卷克隆
从现有 PVC 克隆新的卷:
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
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
# 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