在 VMware vSphere 中构建 Kubernetes 存储环境

作者：马伟，青云科技容器顾问，云原生爱好者，目前专注于云原生技术，云原生领域技术栈涉及 Kubernetes、KubeSphere、kubekey等。

相信很多小伙伴和企业在构建容器集群时都会考虑存储选型问题，不论是块存储 / 文件存储 / 对象存储的选择，亦或是一体机 / 裸机+外置存储 / 虚拟化+存储的纠结，都是在规划容器集群时的顾虑。对于原先就有虚拟化环境的用户来说，我能否直接搭建容器集群在虚拟化环境中，并直接使用现有的存储用于容器呢？本文将以 VMware vSphere CNS+KubeSphere 为工具在虚拟化环境搭建容器及存储环境。

vSphere CNS

VMware vSphere Cloud Native Storage（CNS）是 VMware 结合 vSphere 和 K8s 提供容器卷管理的组件。K8s 存储有 in tree 和 out of tree 两种存储类型，in tree 存储如 AWS EBS，Ceph RBD 等。是 VMware in tree 存储 VCP 演进到 out of tree 存储提供的符合 CSI 插件规范的容器存储。它由两部分构成：

• vCenter 的 CNS 控制平台。vCenter 调度底层虚拟化结合的存储平台创建容器存储卷。
• K8s 的 CSI 存储插件。对 vCenter 创建的卷进行附加 / 分离 / 挂载等操作。

结合上面这张官方提供的图，可以理解为，现在我的 vSphere 虚拟化环境已经准备好了不同的存储（本地存储 /NAS/FC SAN/vSAN），我不用在乎存储是什么品牌，不需要考虑这款存储是否有厂商支持的 CSI 插件，我可以基于业务类型，将不同的存储直接挂载给我不同业务的容器使用。

这种设计模式也带来众多好处 :

• 简便运维。想在 vSphere 虚拟化平台上运行容器的用户，不再担心怎么结合存储，不用再去纠结 Ceph 还是 GlusterFS 好用，也不用想去哪倒腾个闲置的 NFS 挂在容器集群上了。相反可以在 vSphere 上监控容器虚拟机节点和存储状态，运维方式不变，运维效率得到提升。
• 屏蔽存储差异。不论是 NAS 存储还是集中存储，只要对接于 vSphere 存储，使用 VMFS/NFS/vSAN 协议或格式的存储，皆可提供给容器使用。
• 基于策略的放置。基于存储策略（SPBM）的 StorageClass Provisioner 定义，管理员可在虚拟化平台定义相应的存储策略， 直接应用于 SC 中给容器使用。

容器环境搭建

在了解了基本概念后，本章开始实操演练。首先搭建一个 vSphere 虚拟化上的容器集群。为了快速搭建一个从 0 到 1 的容器集群，此处使用一款开源工具——“Kubekey”。Kubekey 是青云开源的一款快速搭建 K8s 和 KubeSphere 容器集群的工具，KubeSphere 是青云开源的 K8s PaaS 管理平台，可以帮助用户可视化统一管理所有 K8s 环境，包括 AWS EKS，华为 CCE，VMware Tanzu 等 K8s 环境纳管。Kubekey 和 KubeSphere 皆通过 CNCF 一致性认证，感兴趣的小伙伴可以在 github/gitee 查看详情。

获取 Kubekey 很简单，使用以下命令：

接下来使用一条命令快速安装一个 kubernetes 平台和 KubeSphere 平台。

🐳  → export KKZONE=cn #国内网络环境友好
🐳  → curl -sfL https://get-kk.kubesphere.io | VERSION=v2.2.1 sh -

Docker 的出现让我们可以一条命令运行一个 MySQL 应用，Kubekey 让我们一条命令运行一个完整的 K8s 集群和 KubeSphere 平台。

🐳  → kk create cluster --with-kubernetes v1.23.8 --with-kubesphere v3.3.0

若是多台节点，使用配置文件定义节点信息即可。

  hosts:
  - {name: master, address: 192.168.0.2, internalAddress: 192.168.0.2, user: ubuntu, password: Testing123}
  - {name: node1, address: 192.168.0.3, internalAddress: 192.168.0.3, user: ubuntu, password: Testing123}
  roleGroups:
    etcd:
    - master
    control-plane:
    - master
    worker:
    - node1

在 kk create 后等待 20 分钟，K8s 和 KubeSphere 即可搭建完毕。

Kubekey 不仅是一个 K8s 集群创建工具，还可以轻松创建 Harbor，Addon 网络存储插件，并可基于 Manifest 的形式定义节点依赖包，镜像，工具后标准化交付，过段时间我会更新一篇 Kubekey 使用手册，可以三连关注一波。

vSphere 容器存储插件安装

第一章节提过，vSphere CNS 整体由 vCenter 的 CNS 控制面和面向 k8s 的存储插件构成。CNS 控制面已存在于 vCenter 6.7U3 及更高版本中，接下来只需要在 vSphere 虚拟机部署的 k8s 中安装 CSI 插件即可。

这里有一个准备条件，在准备 K8s 节点虚拟机时，要先设置以下参数：

• 安装 VMTools；
• 配置虚拟机高级参数 disk.EnableUUID=TRUE；
• 调整虚拟机硬件版本至 15 以上；
• 添加 VMware 准 SCSI 存储控制器到 VM，使用 VMware 准虚拟类型。

安装 vSphere CSI 插件时，提前查阅官网检查对应版本的 vCenter，K8s 的兼容性。

安装 vsphere-cloud-controller-manager

对所有节点打标签

🐳  → kubectl taint node k8s node.cloudprovider.kubernetes.io/uninitialized=true:NoSchedule

下载 vsphere-cloud-controller-manager yaml 文件，

🐳  → wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/cloud-provider-vsphere/release-1.23/releases/v1.23/vsphere-cloud-controller-manager.yaml

修改其中 Secret 和 Configmap 部分的 vCenter 配置：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: vsphere-cloud-secret
  namespace: kube-system
stringData:
  10.0.0.1.username: "<ENTER_YOUR_VCENTER_USERNAME>"
  10.0.0.1.password: "<ENTER_YOUR_VCENTER_PASSWORD>"

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: vsphere-cloud-config
  namespace: kube-system
data:
    vcenter:
      <your-vcenter-name-here>:
        server: 10.0.0.1
        user: <use-your-vcenter-user-here>
        password: <use-your-vcenter-password-here>
        datacenters:
          - Datacenter01

作为一个合格的 yaml 工程师，一定注意缩进。在调整完后，kubectl apply 一下：

🐳  → kubectl apply -f vsphere-con-ma.yaml
serviceaccount/cloud-controller-manager created
secret/vsphere-cloud-secret created
configmap/vsphere-cloud-config created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/servicecatalog.k8s.io:apiserver-authentication-reader created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:cloud-controller-manager created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:cloud-controller-manager created
daemonset.apps/vsphere-cloud-controller-manager created

🐳  → kubectl get pods -A | grep vsphere
kube-system                    vsphere-cloud-controller-manager-km68c           1/1     Running   0          3m4s

创建 vmware-system-csi 命名空间：

🐳  → kubectl create ns vmware-system-csi
namespace/vmware-system-csi created

创建 CSI 驱动配置文件：

🐳  → cat /etc/kubernetes/csi-vsphere.conf
[Global]
cluster-id = "<cluster-id>"#t填写集群名称

[VirtualCenter "<IP or FQDN>"] #填写vcenter信息
insecure-flag = "<true or false>"#选择false后要注明ca文件和指纹，可选择true
user = "<username>"
password = "<password>"
port = "<port>"
datacenters = "<datacenter1-path>"#选择集群节点所在的datacenter

生成 Secret：

🐳  → kubectl create secret generic vsphere-config-secret --from-file=csi-vsphere.conf --namespace=vmware-system-csi

安装 vsphere-csi-driver：

🐳  → kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/vsphere-csi-driver/v2.6.0/manifests/vanilla/vsphere-csi-driver.yaml

等待 Pod 成功运行：

查看 csidriver 和 csinode 状态：

🐳  → kubectl get csidriver
NAME                     ATTACHREQUIRED   PODINFOONMOUNT   STORAGECAPACITY   TOKENREQUESTS   REQUIRESREPUBLISH   MODES        AGE
csi.vsphere.vmware.com   true             false            false             <unset>         false               Persistent   85m
&#128051;  → kubectl get CSINODE
NAME   DRIVERS   AGE
k8s    1         16h

到这里 vsphere csi driver 安装完成，可以准备底层存储和 StorageClass 置备了。

StorageClass 创建

CNS 使 vSphere 存储成为运行有状态 K8s 工作负载的平台，因此 CNS 可基于存储策略或指定挂载的 vSphere 存储（VMFS/NFS/vSAN）创建 StorageClass 进行动态持久卷置备。

创建 StorageClass：

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-block-sc
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"
provisioner: csi.vsphere.vmware.com
parameters:
  storagepolicyname: "vSAN Default Storage Policy"  #使用存储策略定义
# datastoreurl: "ds:///vmfs/volumes/vsan:52cdfa80721ff516-ea1e993113acfc77/" #使用指定的数据存储定义，可以是挂载给ESXi的NFS，FC/IP SAN，本地存储等
# csi.storage.k8s.io/fstype: "ext4" #设定格式化文件类型

进入 KubeSphere，查看已经同步的存储类和快照类：

运行有状态应用

打开 KubeSphere 容器平台的应用商店，部署一个 MySQL 应用示例，以验证 vSphere 持久卷的可行性。

设置对应的 StorageClass 为刚才基于 vSphere CSI 创建的 example-block-sc：

应用创建成功，已创建并附加声明的存储卷：

进入 vCenter，可以看到这台节点虚拟机已挂载一个 8G 的硬盘，容量和 PVC 一致，后端存储和 StorageClass 定义的一致。

进入 MySQL 终端，写入一些测试数据：

这里创建一个表，插入示例值：

对现有 PVC 创建一个快照：

再次进入 MySQL 添加数据：

删除现有绑定的 PVC，进入 MySQL 查看表已检索不到。

使用卷快照的 PVC，进入 MySQL 查看数据，为创建快照时的状态。

监控

vsphere-csi 提供了基于 Prometheus 的监控指标，提供 CNS 组件和容器存储的指标暴露。
在 KubeSphere 上可以通过监控导出器创建对应服务的 ServiceMontior：

vSphere 官方提供了 Grafana 的监控模板，可直接使用：

用户也可根据监控指标在 KubeSphere 设置基于偏好的自定义监控面板，如观察容器块存储创建成功的次数统计：

除此之外，虚拟化管理员亦可在 vCenter 查看 CNS 监控信息：

首次分享就到这里了，作为一名之前从事虚拟化，现在从事云原生的工程师，不论是采用哪种基础设施环境，最终目的都是为了上层应用站在巨人的肩膀上大施拳脚，因此在不同的基础环境提供不同的解决方案，也是一名售前工程师的乐趣，感谢观看。
PS: 感谢老东家的 VMware 环境借用哈哈。