ACK集群如何使用非易失性存储_容器服务 Kubernetes 版 ACK(ACK)-阿里云帮助中心

非易失性存储卷可以通过Intel的持久化内存PMEM等技术实现。本文介绍ACK中非易失性存储卷的使用方式和使用示例。

背景信息

PMEM（Persistent Memory）是一种高性能、持久性内存，位于内存总线，具备DRAM的速度和延迟，同时具有NAND闪存的非易失性。主要优势包括：

访问延迟低于闪存SSD的访问延迟。
吞吐量提高，超过闪存存储。
价格比DRAM便宜，节约成本。
PMEM可缓存，解决PCIe互连不能在CPU中缓存的问题。
可实时访问数据，支持对大型数据集进行超高速访问。
断电后，数据仍保留在内存中，例如闪存。

使用方式

ACK集群支持设备生命周期管理，通过Alibaba Cloud CSI Driver，您可以声明式分配、挂载和使用资源。

在ACK中，非易失性存储卷的使用方式有以下两种：

PMEM-LVM方式（无侵入的块存储使用方式）
非易失性存储作为块存储或文件系统访问，无需修改应用，直接声明即可使用。此方案的原则是把节点上PMEM资源统一成VolumeGroup，然后通过声明PVC类型和容量，使用PMEM-LVM。
适用于无服务器化应用、CICD短生命周期高速临时存储、低延迟高吞吐的数据类应用。IO性能可以提升2~10倍。更多示例请参考使用非易失性存储提升读写性能。
PMEM-直接内存（Direct Memory）访问方式
非易失性存储作为直接内存访问，需对应用内存分配部分函数做有限修改以适配PMEM SDK，实现对PMEM设备的直接访问，达到接近内存访问的吞吐和时延。
适用于内存数据库Redis、HANA等大内存低成本需求，可以降低内存成本30~50%。更多示例请参考使用非易失性存储卷的直接内存访问方式部署Redis数据库。

各方式的性能对比如下：

方式	碎片化	在线扩容	持久化	应用修改	时延 (4K/RW)	吞吐（4K/RW)	单盘最大容量（ecs.ebmre6p.26xlarge）
PMEM-LVM	无	支持	是	否	10 us	10W	1536 GB
PMEM-Direct	是	否	否	是	1.2 us	56W	768 GB
SSD	无	支持	是	否	100 us	1W	32 TB

插件部署

插件说明

ACK对非易失性内存支持方案的系统组件包含：

CSI-Plugin：实现PMEM设备初始化，卷的具体创建、删除操作，实现挂载、卸载操作。
CSI-Provisioner：感知并发起卷的创建、删除操作。
CSI-Scheduler：容量调度（ACK调度器内置）。

部署插件

在ACK集群中添加PMEM类型的ECS节点（如ecs.ebmre6p.26xlarge）。具体操作，请参见创建和管理节点池。
第一代PMEM支持持久内存型实例规格族re6p和持久内存型弹性裸金属服务器实例规格族ebmre6p。
第二代PMEM支持内存增强型实例规格族re7p。
为PMEM类型的ECS节点添加标签，启用PMEM CSI的挂载能力。
给节点添加以下Label：
- pmem.csi.alibabacloud.com：启用设备自运维。
- pmem.csi.alibabacloud.com/type: lvm：表示此节点使用LVM方式提供PV卷。
- pmem.csi.alibabacloud.com/type: direct：表示此节点使用内存访问方式提供PV卷。

部署CSI PMEM插件。

部署CSI-Plugin。

展开查看部署CSI-Plugin的YAML文件

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: CSIDriver
metadata:
  name: localplugin.csi.alibabacloud.com
spec:
  attachRequired: false
  podInfoOnMount: true
---
kind: DaemonSet
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: csi-local-plugin
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: csi-local-plugin
  template:
    metadata:
      labels:
        app: csi-local-plugin
    spec:
      tolerations:
        - operator: Exists
      serviceAccount: admin
      priorityClassName: system-node-critical
      hostNetwork: true
      hostPID: true
      containers:
        - name: driver-registrar
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs/csi-node-driver-registrar:v1.3.0-6e9fff3-aliyun
          imagePullPolicy: Always
          args:
            - "--v=5"
            - "--csi-address=/csi/csi.sock"
            - "--kubelet-registration-path=/var/lib/kubelet/csi-plugins/localplugin.csi.alibabacloud.com/csi.sock"
          env:
            - name: KUBE_NODE_NAME
              valueFrom:
                fieldRef:
                  apiVersion: v1
                  fieldPath: spec.nodeName
          volumeMounts:
            - name: plugin-dir
              mountPath: /csi
            - name: registration-dir
              mountPath: /registration

        - name: csi-localplugin
          securityContext:
            privileged: true
            capabilities:
              add: ["SYS_ADMIN"]
            allowPrivilegeEscalation: true
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs/csi-plugin:v1.20.6-2be29b1-aliyun 
          imagePullPolicy: "Always"
          args :
            - "--endpoint=$(CSI_ENDPOINT)"
            - "--v=5"
            - "--nodeid=$(KUBE_NODE_NAME)"
            - "--driver=localplugin.csi.alibabacloud.com"
          env:
            - name: KUBE_NODE_NAME
              valueFrom:
                fieldRef:
                  apiVersion: v1
                  fieldPath: spec.nodeName
            - name: CSI_ENDPOINT
              value: unix://var/lib/kubelet/csi-plugins/localplugin.csi.alibabacloud.com/csi.sock
          volumeMounts:
            - name: pods-mount-dir
              mountPath: /var/lib/kubelet
              mountPropagation: "Bidirectional"
            - mountPath: /dev
              mountPropagation: "HostToContainer"
              name: host-dev
            - mountPath: /var/log/
              name: host-log
      volumes:
        - name: plugin-dir
          hostPath:
            path: /var/lib/kubelet/csi-plugins/localplugin.csi.alibabacloud.com
            type: DirectoryOrCreate
        - name: registration-dir
          hostPath:
            path: /var/lib/kubelet/plugins_registry
            type: DirectoryOrCreate
        - name: pods-mount-dir
          hostPath:
            path: /var/lib/kubelet
            type: Directory
        - name: host-dev
          hostPath:
            path: /dev
        - name: host-log
          hostPath:
            path: /var/log/
  updateStrategy:
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 10%
    type: RollingUpdate

部署CSI-Provisioner。

展开查看部署CSI-Provisioner的YAML文件

kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: csi-local-provisioner
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: csi-local-provisioner
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: csi-local-provisioner
    spec:
      tolerations:
      - operator: "Exists"
      affinity:
        nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 1
            preference:
              matchExpressions:
              - key: node-role.kubernetes.io/master
                operator: Exists
      priorityClassName: system-node-critical
      serviceAccount: admin
      hostNetwork: true
      containers:
        - name: external-local-provisioner
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs/csi-provisioner:v1.6.0-b6f763a43-ack
          args:
            - "--csi-address=$(ADDRESS)"
            - "--feature-gates=Topology=True"
            - "--volume-name-prefix=disk"
            - "--strict-topology=true"
            - "--timeout=150s"
            - "--extra-create-metadata=true"
            - "--enable-leader-election=true"
            - "--leader-election-type=leases"
            - "--retry-interval-start=500ms"
            - "--v=5"
          env:
            - name: ADDRESS
              value: /socketDir/csi.sock
          imagePullPolicy: "Always"
          volumeMounts:
            - name: socket-dir
              mountPath: /socketDir
        - name: external-local-resizer
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs/csi-resizer:v0.3.0
          args:
            - "--v=5"
            - "--csi-address=$(ADDRESS)"
            - "--leader-election"
          env:
            - name: ADDRESS
              value: /socketDir/csi.sock
          imagePullPolicy: "Always"
          volumeMounts:
            - name: socket-dir
              mountPath: /socketDir/
      volumes:
        - name: socket-dir
          hostPath:
            path: /var/lib/kubelet/csi-plugins/localplugin.csi.alibabacloud.com
            type: DirectoryOrCreate

部署StorageClass。

展开查看部署StorageClass的YAML文件

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
    name: csi-pmem-direct
provisioner: localplugin.csi.alibabacloud.com
mountOptions:
- dax
parameters:
    volumeType: PMEM
    pmemType: "direct"
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowVolumeExpansion: true

---
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
    name: pmem-lvm
provisioner: localplugin.csi.alibabacloud.com
mountOptions:
- dax
parameters:
    volumeType: PMEM
    nodeAffinity: "true"
    pmemType: "lvm"
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowVolumeExpansion: true

使用示例

创建块存储类型数据卷

使用以下YAML，创建PVC。

添加annotations: volume.kubernetes.io/selected-node以定向调度PVC到某个非易失性存储卷节点。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  annotations:
    volume.kubernetes.io/selected-node: cn-zhangjiakou.192.168.XX.XX
  name: pmem-lvm
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: pmem-lvm

使用以下YAML，创建应用负载。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: sts-lvm
  labels:
    app: busybox-lvm
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: busybox-lvm
  serviceName: "busybox"
  template:
    metadata:
      labels:
        app: busybox-lvm
    spec:
      containers:
      - name: busybox
        image: busybox
        command: ["sh", "-c"]
        args: ["sleep 10000"]
        volumeMounts:
          - name: pmem-pvc
            mountPath: "/data"
      volumes:
        - name: pmem-pvc
          persistentVolumeClaim:
            claimName: pmem-lvm

查看结果。

查看创建的PVC。

kubectl get pvc

预期输出：

NAME               STATUS    VOLUME     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS              AGE
pmem-lvm           Bound    disk-****   10Gi       RWO            pmem-lvm                  10m

查看创建的Pod。

kubectl get pod

预期输出：

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
sts-lvm-0                           1/1     Running   0          10m

进入应用，查看挂载路径详情。

kubectl exec -ti sts-lvm-0 -- df /data

预期输出如下，可以看到已经动态创建了一个块存储数据卷，并挂载给Pod使用。

Filesystem                            1K-blocks  Used   Available Use% Mounted on
/dev/mapper/pmemvgregion0-disk--****  10255636   36888  10202364  1%   /data

创建直接内存类型数据卷

使用以下YAML，创建PVC。

添加annotations: volume.kubernetes.io/selected-node以定向调度PVC到某个非易失性存储卷节点。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  annotations:
    volume.kubernetes.io/selected-node: cn-zhangjiakou.192.168.XX.XX
  name: pmem-direct
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 9Gi
  storageClassName: pmem-direct

使用以下YAML，创建应用负载。

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: sts-direct
  labels:
    app: busybox-direct
spec:
  selector:
      matchLabels:
        app: busybox-direct
  serviceName: "busybox"
  template:
    metadata:
      labels:
        app: busybox-direct
    spec:
      containers:
      - name: busybox
        image: busybox
        command: ["sh", "-c"]
        args: ["sleep 1000"]
        volumeMounts:
          - name: pmem-pvc
            mountPath: "/data"
      volumes:
        - name: pmem-pvc
          persistentVolumeClaim:
            claimName: pmem-direct

查看结果。

查看PVC。

kubectl get pvc pmem-direct

预期输出：

NAME          STATUS   VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pmem-direct   Bound    disk-****   9Gi        RWO            pmem-direct    17m

查看Pod。

kubectl get pod

预期输出：

NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
sts-direct-0                        1/1     Running   0          17m

进入应用，查看挂载路径详情。

kubectl exec -ti sts-direct-0 -- df /data

预期输出如下，可以看到已经动态创建了一个PMEM数据卷，并挂载给Pod使用。

Filesystem     1K-blocks  Used    Available  Use%  Mounted on
/dev/pmem0     9076344    36888   9023072    1%    /data

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