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Azure Stack Edge Pro GPU 设备上的 Kubernetes 存储管理

项目
06/01/2023

适用于： Yes for Pro GPU SKU Azure Stack Edge Pro - GPU Yes for Pro 2 SKU Azure Stack Edge Pro 2 Yes for Pro R SKU Azure Stack Edge Pro R Yes for Mini R SKU Azure Stack Edge Mini R

在 Azure Stack Edge Pro 设备上，配置计算角色时，会创建 Kubernetes 群集。创建 Kubernetes 群集后，便可以在 Pod 中的 Kubernetes 群集上部署容器化应用程序。你可以通过不同的方式在 Kubernetes 群集中将存储提供给 Pod。

本文大致介绍在 Kubernetes 群集上预配存储的方法，特别是在 Azure Stack Edge Pro 设备中的情况下。

Kubernetes Pod 的存储要求

Kubernetes Pod 是无状态的，但它们运行的应用程序通常有状态。由于 Pod 存在时间很短，它们会重启、故障转移或在 Kubernetes 节点之间移动，因此必须满足以下要求才能存储与 Pod 相关的存储。

存储必须：

位于 Pod 外。
独立于 Pod 生命周期。
可从所有 Kubernetes 节点访问。

若要了解如何为 Kubernetes 管理存储，需要了解两项 API 资源：

PersistentVolume (PV)：这是 Kubernetes 群集中的一块存储。可以静态方式将 Kubernetes 存储预配为 PersistentVolume。也可将其动态预配为 StorageClass。
PersistentVolumeClaim (PVC)：是指用户的存储请求。 PVC 使用 PV 资源。 PVC 可以请求特定的大小和访问模式。

由于用户需要 PersistentVolumes 具有不同的属性来解决不同的问题，因此群集管理员需要能够提供各种不仅仅是大小和访问模式不同，还在许多其他方面有所不同的 PersistentVolumes。为了满足这些需求，需要 StorageClass 资源。

可以静态预配存储，也可以动态预配存储。以下各部分讨论了上述每种预配类型。

静态预配

Kubernetes 群集管理员可静态地配置存储。为此，他们可使用基于 SMB/NFS 文件系统的存储后端，或者使用在本地环境中通过网络本地附加的 iSCSI 磁盘，甚至可以在云中使用 Azure 文件存储或 Azure 磁盘。默认情况下不预配这种存储类型，群集管理员必须计划和管理此预配。

下图描述了如何在 Kubernetes 中使用静态预配的存储：

Static provisioning via PersistentVolumes

将执行以下步骤：

预配存储：群集管理员预配存储。在本例中，群集管理员创建一个或多个 SMB 共享，这些共享会在其对应的 Kubernetes 群集中自动创建永久性卷对象。
声明存储：提交请求存储的 PVC 部署。此存储声明是 PersistentVolumeClaim (PVC)。如果 PV 与 PVC 的大小和访问模式相匹配，则 PVC 将绑定到 PV。 PVC 和 PV 之间是一对一映射。
将 PVC 装载到容器：将 PVC 绑定到 PV 后，可以将该 PVC 装载到容器中的路径上。当容器中的应用程序逻辑从此路径读取数据或向其写入数据时，数据将写入 SMB 存储。

动态预配

下图描述了如何在 Kubernetes 中使用静态预配的存储：

Dynamic provisioning via StorageClasses

将执行以下步骤：

定义存储类：群集管理定义存储类，具体取决于 Kubernetes 群集的操作环境。群集管理员还部署了一个预配程序，它是部署在 Kubernetes 群集上的另一个 Pod 或应用程序。预配程序具有用于动态预配共享的所有详细信息。
声明存储：提交将声明存储的应用程序。使用此存储类引用创建 PVC 后，将调用预配程序。
动态预配存储：预配程序动态创建与本地磁盘存储关联的共享。创建共享后，它还会自动创建对应于此共享的 PV 对象。
将 PVC 装载到容器：将 PVC 绑定到 PV 后，可以使用与静态预配相同的方式将 PVC 装载到路径上，然后在共享中进行读取或写入。

Azure Stack Edge Pro 上的存储预配

在 Azure Stack Edge Pro 设备上，静态预配的 PersistentVolumes 是使用设备的存储功能创建的。当你在预配共享并且已启用“将共享用于 Edge 计算”选项时，此操作将在 Kubernetes 群集中自动创建 PV 资源。

Local share creation in Azure portal for static provisioning

若要使用云分层，可以通过启用“将该共享用于 Edge 计算”选项来创建 Edge 云共享。系统将再次为此共享自动创建 PV。写入 Edge 共享的任何应用程序数据都在云中分层。

Cloud share creation in Azure portal for static provisioning

你可创建 SMB 和 NFS 共享，以便在 Azure Stack Edge Pro 设备上静态预配 PV。预配 PV 后，将提交 PVC 来声明此存储。下面是一个示例 PVC 部署 yaml，它声明存储并使用预配的共享。

kind: PersistentVolumeClaim 
apiVersion: v1 
metadata: 
  name: pvc-smb-flexvol 
spec: 
  accessModes: 
  - ReadWriteMany 
  resources: 
    requests: 
      storage: 10Gi 
  volumeName: <nfs-or-smb-share-name-here> 
  storageClassName: ""

要获取 volumeName 字段的值，请在创建 SMB 或 NFS 共享后选择 Edge 计算模的本地装入点。这与共享名相同。

有关详细信息，请参阅通过 kubectl 在 Azure Stack Edge Pro 上通过静态预配部署有状态应用程序。

若要访问同一静态预配存储，用于将存储绑定到 IoT 的相应卷装载选项将如下所示。 /home/input 是容器中卷的访问路径。

{
"HostConfig": {
"Mounts": [
{
"Target": "/home/input",
"Source": "<nfs-or-smb-share-name-here>",
"Type": "volume"
},
{
"Target": "/home/output",
"Source": "<nfs-or-smb-share-name-here>",
"Type": "volume"
}]
}
}

Azure Stack Edge Pro 还有一个名为 ase-node-local 的内置 StorageClass，它使用附加到 Kubernetes 节点的数据磁盘存储。该 StorageClass 支持动态预配。你可以在 Pod 应用程序中创建 StorageClass 引用，系统将自动为你创建 PV。有关详细信息，请参阅 Kubernetes 仪表板以查询 ase-node-local StorageClass。

Built-in storage class in Kubernetes dashboard

有关详细信息，请参阅通过 kuebctl 在 Azure Stack Edge Pro 上通过动态预配部署有状态应用程序。

选择存储类型

建议你根据要部署的工作负载选择存储类型。

若要为 PersistentVolumes 使用 ReadWriteMany 访问模式（在这种模式下，许多部署节点都以读写方式装载卷），请对 SMB/NFS 共享使用静态预配。
如果要部署的应用程序具有 POSIX 合规性要求，例如 MongoDB、PostgreSQL、MySQL 或 Prometheus 等应用程序，请使用内置的 StorageClass。访问模式为 ReadWriteOnce，或者单个节点以读写方式装载卷。

有关访问模式的详细信息，请参阅 Kubernetes 卷访问模式。

后续步骤

若要了解如何静态预配 PersistentVolume，请参阅：

通过 kubectl 在 Azure Stack Edge Pro 上通过静态预配部署有状态应用程序。

若要了解如何动态预配 StorageClass，请参阅：

通过 kuebctl 在 Azure Stack Edge Pro 上通过动态预配部署有状态应用程序。