深入理解k8s中的容器存储接口（CSI）

server/2025/2/8 19:11:06/

CSI出现的原因

K8s原生支持一些存储类型的PV，像iSCSI、NFS等。但这种方式让K8s代码与三方存储厂商代码紧密相连，带来不少麻烦。比如更改存储代码就得更新K8s组件，成本高；存储代码的bug还会影响K8s稳定性；K8s社区维护和测试负担重，而且存储插件特权高，存在安全隐患。CSI的出现，就是为了解决这些问题，把三方存储代码和K8s代码分开，让存储厂商开发插件更轻松。

CSI核心流程分三步

  1. Provision/Delete（创盘/删盘）：用户创建PVC，K8s根据PVC和StorageClass，让External Provisioner调用CSI插件创盘，之后创建PV并绑定PVC。删盘时，External Provisioner根据PVC回收策略，调用CSI插件删盘并删除PV。
    在这里插入图片描述

  2. Attach/Detach（挂接/摘除）：Pod调度到节点后，AD控制器创建VolumeAttachment对象，External Attacher调用CSI插件挂接存储卷，完成后更新状态。Pod删除时，AD控制器删除VolumeAttachment对象，External Attacher调用插件摘除存储卷。
    在这里插入图片描述

  3. Mount/Unmount（挂载/卸载）：Kubelet发现使用CSI类型PV的Pod调度到本节点，等待VolumeAttachment状态就绪，调用CSI插件挂载。Pod删除时，Kubelet调用插件卸载。
    在这里插入图片描述

CSI Sidecar组件

为使 K8s 适配 CSI 标准，社区将与 K8s 相关的存储流程逻辑放在了 CSI Sidecar 组件中。

  1. Node Driver Registrar：负责把外部CSI插件注册到Kubelet，让Kubelet能调用插件函数。
  2. External Provisioner：创建或删除存储卷和PV资源。
  3. External Attacher：实现存储卷的挂接和摘除。
  4. External Resizer：监控PVC，满足条件时调用CSI插件扩容存储卷。
  5. livenessprobe：通过暴露端口检查CSI插件是否正常运行。

CSI接口

三方存储厂商需实现 CSI 插件的三大接口：IdentityServer、ControllerServer、NodeServer。

  1. IdentityServer：认证插件身份信息，提供插件名称、版本等。
// IdentityServer is the server API for Identity service.
type IdentityServer interface {// 获取CSI插件的信息，比如名称、版本号GetPluginInfo(context.Context, *GetPluginInfoRequest) (*GetPluginInfoResponse, error)// 获取CSI插件提供的能力，比如是否提供ControllerService能力GetPluginCapabilities(context.Context, *GetPluginCapabilitiesRequest) (*GetPluginCapabilitiesResponse, error)// 获取CSI插件健康状况Probe(context.Context, *ProbeRequest) (*ProbeResponse, error)
}
  1. ControllerServer：处理存储卷的创建、删除、挂接、摘除、扩容等操作。
// ControllerServer is the server API for Controller service.
type ControllerServer interface {// 创建存储卷CreateVolume(context.Context, *CreateVolumeRequest) (*CreateVolumeResponse, error)// 删除存储卷DeleteVolume(context.Context, *DeleteVolumeRequest) (*DeleteVolumeResponse, error)// 挂接存储卷到特定节点ControllerPublishVolume(context.Context, *ControllerPublishVolumeRequest) (*ControllerPublishVolumeResponse, error)// 从特定节点摘除存储卷ControllerUnpublishVolume(context.Context, *ControllerUnpublishVolumeRequest) (*ControllerUnpublishVolumeResponse, error)// 验证存储卷能力是否满足要求，比如是否支持跨节点多读多写ValidateVolumeCapabilities(context.Context, *ValidateVolumeCapabilitiesRequest) (*ValidateVolumeCapabilitiesResponse, error)// 列举全部存储卷信息ListVolumes(context.Context, *ListVolumesRequest) (*ListVolumesResponse, error)// 获取存储资源池可用空间大小GetCapacity(context.Context, *GetCapacityRequest) (*GetCapacityResponse, error)// 获取ControllerServer支持功能点，比如是否支持快照能力ControllerGetCapabilities(context.Context, *ControllerGetCapabilitiesRequest) (*ControllerGetCapabilitiesResponse, error)// 创建快照CreateSnapshot(context.Context, *CreateSnapshotRequest) (*CreateSnapshotResponse, error)// 删除快照DeleteSnapshot(context.Context, *DeleteSnapshotRequest) (*DeleteSnapshotResponse, error)// 获取所有快照信息ListSnapshots(context.Context, *ListSnapshotsRequest) (*ListSnapshotsResponse, error)// 扩容存储卷ControllerExpandVolume(context.Context, *ControllerExpandVolumeRequest) (*ControllerExpandVolumeResponse, error)
}
  1. NodeServer：负责存储卷在节点上的挂载、卸载、获取容量信息等。
// ControllerServer is the server API for Controller service.
type ControllerServer interface {// 创建存储卷CreateVolume(context.Context, *CreateVolumeRequest) (*CreateVolumeResponse, error)// 删除存储卷DeleteVolume(context.Context, *DeleteVolumeRequest) (*DeleteVolumeResponse, error)// 挂接存储卷到特定节点ControllerPublishVolume(context.Context, *ControllerPublishVolumeRequest) (*ControllerPublishVolumeResponse, error)// 从特定节点摘除存储卷ControllerUnpublishVolume(context.Context, *ControllerUnpublishVolumeRequest) (*ControllerUnpublishVolumeResponse, error)// 验证存储卷能力是否满足要求，比如是否支持跨节点多读多写ValidateVolumeCapabilities(context.Context, *ValidateVolumeCapabilitiesRequest) (*ValidateVolumeCapabilitiesResponse, error)// 列举全部存储卷信息ListVolumes(context.Context, *ListVolumesRequest) (*ListVolumesResponse, error)// 获取存储资源池可用空间大小GetCapacity(context.Context, *GetCapacityRequest) (*GetCapacityResponse, error)// 获取ControllerServer支持功能点，比如是否支持快照能力ControllerGetCapabilities(context.Context, *ControllerGetCapabilitiesRequest) (*ControllerGetCapabilitiesResponse, error)// 创建快照CreateSnapshot(context.Context, *CreateSnapshotRequest) (*CreateSnapshotResponse, error)// 删除快照DeleteSnapshot(context.Context, *DeleteSnapshotRequest) (*DeleteSnapshotResponse, error)// 获取所有快照信息ListSnapshots(context.Context, *ListSnapshotsRequest) (*ListSnapshotsResponse, error)// 扩容存储卷ControllerExpandVolume(context.Context, *ControllerExpandVolumeRequest) (*ControllerExpandVolumeResponse, error)
}

K8s CSI API对象

K8s 为支持 CSI 标准，包含如下 API 对象：

  1. CSINode：判断CSI插件是否注册成功，关联K8s节点和三方存储节点，显示卷拓扑信息。
apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: CSINode
metadata:name: node-10.212.101.210
spec:drivers:- name: yodaplugin.csi.alibabacloud.comnodeID: node-10.212.101.210topologyKeys:- kubernetes.io/hostname- name: pangu.csi.alibabacloud.comnodeID: a5441fd9013042ee8104a674e4a9666atopologyKeys:- topology.pangu.csi.alibabacloud.com/zone
  1. CSIDriver：方便发现外部CSI插件，自定义K8s行为。
apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: CSIDriver
metadata:name: pangu.csi.alibabacloud.com
spec:# 插件是否支持卷挂接（VolumeAttach）attachRequired: true# Mount阶段是否CSI插件需要Pod信息podInfoOnMount: true# 指定CSI支持的卷模式volumeLifecycleModes:- Persistent
  1. VolumeAttachment：记录存储卷挂接/摘除和节点信息。
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: VolumeAttachment
metadata:annotations:csi.alpha.kubernetes.io/node-id: 21481ae252a2457f9abcb86a3d02ba05finalizers:- external-attacher/pangu-csi-alibabacloud-comname: csi-0996e5e9459e1ccc1b3a7aba07df4ef7301c8e283d99eabc1b69626b119ce750
spec:attacher: pangu.csi.alibabacloud.comnodeName: node-10.212.101.241source:persistentVolumeName: pangu-39aa24e7-8877-11eb-b02f-021234350de1
status:attached: true

CSI支持特性

  1. 拓扑支持：依据节点拓扑挂载存储卷，提升数据访问效率。
  2. 存储卷扩容：用户修改PVC存储请求字段就能扩容，不过只能扩容不能缩容。
  3. 单节点卷数量限制：限制单个节点挂载存储卷的数量。
  4. 存储卷监控：存储商实现相关接口，Kubelet获取存储卷容量、使用量等指标。
  5. Secret：通过Secret处理存储过程中的私密数据。
  6. 块设备：三方存储厂商实现特定接口，K8s提供工具包支持块设备使用。
  7. 卷快照/卷克隆能力：可对存储卷进行快照和克隆，用于数据备份、恢复和快速创建新卷。

好了完结撒花!


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