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卷健康监控的 Alpha 更新

作者： Xing Yang (VMware)

最初在 1.19 中引入的 CSI 卷健康监控功能在 1.21 版本中进行了大规模更新。

为什么要向 Kubernetes 添加卷健康监控？

如果没有卷健康监控，在 PVC 被 Pod 配置和使用后，Kubernetes 将不知道存储系统的底层卷的状态。 在 Kubernetes 中配置卷后，底层存储系统可能会发生很多事情。 例如，卷可能在 Kubernetes 之外被意外删除、卷所在的磁盘可能发生故障、容量不足、磁盘可能被降级而影响其性能等等。 即使卷被挂载到 Pod 上并被应用程序使用，以后也可能会出现诸如读/写 I/O 错误、文件系统损坏、在 Kubernetes 之外被意外卸载卷等问题。 当发生这样的事情时，调试和检测根本原因是非常困难的。

卷健康监控对 Kubernetes 用户非常有益。 它可以与 CSI 驱动程序通信以检索到底层存储系统检测到的错误。 用户可以收到报告上来的 PVC 事件继而采取行动。 例如，如果卷容量不足，他们可以请求卷扩展以获得更多空间。

什么是卷健康监控？

CSI 卷健康监控允许 CSI 驱动程序检测来自底层存储系统的异常卷状况，并将其作为 PVC 或 Pod 上的事件报送。

监控卷和使用卷健康信息报送事件的 Kubernetes 组件包括：

  • Kubelet 除了收集现有的卷统计信息外，还将观察该节点上 PVC 的卷健康状况。 如果 PVC 的健康状况异常，则会在使用 PVC 的 Pod 对象上报送事件。 如果多个 Pod 使用相同的 PVC，则将在使用该 PVC 的所有 Pod 上报送事件。

请注意，在 Kubernetes 1.19 版本中首次引入此功能时，节点侧卷健康监控逻辑是一个外部代理。 在 Kubernetes 1.21 中，节点侧卷健康监控逻辑从外部代理移至 Kubelet，以避免 CSI 函数重复调用。 随着 1.21 中的这一变化，为 Kubelet 中的卷健康监控逻辑引入了一个新的 alpha 特性门 CSIVolumeHealth。

目前，卷健康监控功能仅供参考，因为它只报送 PVC 或 Pod 上的异常卷健康事件。 用户将需要检查这些事件并手动修复问题。 此功能可作为 Kubernetes 未来以编程方式检测和解决卷健康问题的基石。

如何在 Kubernetes 集群上使用卷健康？

要使用卷健康功能，首先确保你使用的 CSI 驱动程序支持此功能。 请参阅此 CSI 驱动程序文档以了解哪些 CSI 驱动程序支持此功能。

要从节点侧启用卷健康监控，需要启用 alpha 特性门 CSIVolumeHealth。

如果 CSI 驱动程序支持控制器端的卷健康监控功能，则有关异常卷条件的事件将记录在 PVC 上。

如果 CSI 驱动程序支持控制器端的卷健康监控功能， 当部署外部健康监控控制器时 enable-node-watcher 标志设置为 true，用户还可以获得有关节点故障的事件。 当检测到节点故障事件时，会在 PVC 上报送一个事件，指示使用该 PVC 的 Pod 在故障节点上。

如果 CSI 驱动程序支持节点端的卷健康监控功能，则有关异常卷条件的事件将使用 PVC 记录在 Pod 上。

作为存储供应商，如何向 CSI 驱动程序添加对卷健康的支持？

卷健康监控包括两个部分：

  • 外部卷健康监控控制器从控制器端监控卷健康。
  • Kubelet 从节点端监控卷的健康状况。

有关详细信息，请参阅 CSI 规约 和 Kubernetes-CSI 驱动开发者指南。

CSI 主机路径驱动程序中有一个卷健康的示例实现。

控制器端卷健康监控

要了解如何部署外部卷健康监控控制器， 请参阅 CSI 文档中的 CSI external-health-monitor-controller。

如果检测到异常卷条件， 外部健康监视器控制器调用 ListVolumes 或者 ControllerGetVolume CSI RPC 并报送 VolumeConditionAbnormal 事件以及 PVC 上的消息。 只有具有 LIST_VOLUMES 和 VOLUME_CONDITION 控制器能力、 或者具有 GET_VOLUME 和 VOLUME_CONDITION 能力的 CSI 驱动程序才支持外部控制器中的卷健康监控。

要从控制器端实现卷健康功能，CSI 驱动程序必须添加对新控制器功能的支持。

如果 CSI 驱动程序支持 LIST_VOLUMES 和 VOLUME_CONDITION 控制器功能，它必须实现控制器 RPC ListVolumes 并在响应中报送卷状况。

如果 CSI 驱动程序支持 GET_VOLUME 和 VOLUME_CONDITION 控制器功能，它必须实现控制器 PRC ControllerGetVolume 并在响应中报送卷状况。

如果 CSI 驱动程序支持 LIST_VOLUMES、GET_VOLUME 和 VOLUME_CONDITION 控制器功能，则外部健康监视控制器将仅调用 ListVolumes CSI RPC。

节点侧卷健康监控

如果检测到异常的卷条件， Kubelet 会调用 NodeGetVolumeStats CSI RPC 并报送 VolumeConditionAbnormal 事件以及 Pod 上的信息。 只有具有 VOLUME_CONDITION 节点功能的 CSI 驱动程序才支持 Kubelet 中的卷健康监控。

要从节点端实现卷健康功能，CSI 驱动程序必须添加对新节点功能的支持。

如果 CSI 驱动程序支持 VOLUME_CONDITION 节点能力，它必须在节点 RPC NodeGetVoumeStats 中报送卷状况。

下一步是什么？

根据反馈和采纳情况，Kubernetes 团队计划在 1.22 或 1.23 中将 CSI 卷健康实施推向 beta。

我们还在探索如何在 Kubernetes 中使用卷健康信息进行编程检测和自动协调。

如何了解更多？

要了解卷健康监控的设计细节，请阅读卷健康监控增强提案。

卷健康检测控制器源代码位于： https://github.com/kubernetes-csi/external-health-monitor。

容器存储接口文档中还有关于卷健康检查的更多详细信息。

如何参与？

Kubernetes Slack 频道 #csi 和任何标准 SIG Storage 通信频道都是联系 SIG Storage 和 CSI 团队的绝佳媒介。

我们非常感谢在 1.21 中帮助发布此功能的贡献者。 我们要感谢 Yuquan Ren (NickrenREN) 在外部健康监控仓库中实现了初始卷健康监控控制器和代理， 感谢 Ran Xu (fengzixu) 在 1.21 中将卷健康监控逻辑从外部代理转移到 Kubelet， 我们特别感谢以下人员的深刻评论： David Ashpole (dashpole)、 Michelle Au (msau42)、 David Eads (deads2k)、 Elana Hashman (ehashman)、 Seth Jennings (sjenning) 和 Jiawei Wang (Jiawei0227)

那些有兴趣参与 CSI 或 Kubernetes 存储系统任何部分的设计和开发的人， 请加入 Kubernetes Storage 特殊兴趣小组（SIG）。 我们正在迅速发展，并且欢迎新的贡献者。