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  • 云原生时代 存储长什么样?

    2021年07月14日 14:15:42   来源:科技云

      科技云报道原创(chuang)。

      据IDC称,到2023年,将有超5亿的应用和(he)服务以(yi)云原(yuan)生的方式进行开(kai)发和(he)部署,这一数(shu)字与过去40年以(yi)来人们(men)开(kai)发的应用总数(shu)相当。

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      云(yun)原生的加速发展为每个行业带来(lai)新的竞争(zheng)需求,云(yun)原生和(he)容器正(zheng)在迅速转(zhuan)变为应用(yong)程序开发和(he)底(di)层云(yun)基础设施服(fu)务的新蓝(lan)图(tu)。

      但值得注意(yi)的是,据CNCF调查显(xian)示(shi),目(mu)前存(cun)储(chu)系统(tong)依然(ran)是云原生(sheng)场景使用和(he)部署中面(mian)临(lin)的最主要障碍之(zhi)一。

      云原生环(huan)境对(dui)存储(chu)带来新挑战

      存储系(xi)(xi)统(tong)一(yi)直以(yi)来都是基础(chu)设施(shi)软(ruan)件中的(de)核心(xin)之一(yi)。无论业(ye)务采用什么样的(de)运(yun)行环(huan)境和架构,都离不开(kai)存储系(xi)(xi)统(tong)的(de)支撑。

      在过去(qu)的(de)30年中,业务系(xi)统(tong)的(de)运行环(huan)(huan)境经(jing)历了巨大的(de)变化(hua),从单(dan)独部署(shu)的(de)物(wu)理机,小规(gui)模部署(shu)的(de)虚拟化(hua)环(huan)(huan)境,大规(gui)模部署(shu)的(de)云环(huan)(huan)境,以及目(mu)前的(de)云原生(sheng)平台(tai)。在这个(ge)变革的(de)过程中,业务系(xi)统(tong)对平台(tai)敏捷性的(de)要(yao)求越(yue)来越(yue)高。

      在物(wu)理机时代,运维人员需要(yao)手动(dong)配置存储系(xi)统和(he)部署(shu)业务(wu)(wu)系(xi)统,业务(wu)(wu)上(shang)线以周为单位。而在云原生时代,每(mei)分(fen)钟都可能发布新的应用版本,每(mei)天都可能有大量的业务(wu)(wu)要(yao)上(shang)线。

      这意味着,云原生(sheng)时代的(de)存储系(xi)统(tong),除了要(yao)(yao)满足性(xing)能、稳定性(xing)、可(ke)靠性(xing)的(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)以外,还要(yao)(yao)满足业务系(xi)统(tong)对敏(min)捷性(xing)的(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu),能够(gou)通过统(tong)一的(de)编排(pai)系(xi)统(tong)配合(he)业务上线,并且可(ke)以实现快速扩容。

      同时,为了(le)减轻运维管理员的工作负担,存储系统(tong)自身(shen)的自动化运维能力,也成为运维团队(dui)关注(zhu)的核心焦点。

      尽管在(zai)云原生技术(shu)日益普(pu)及的(de)今天,在(zai)Kubernetes上(shang)运行无状(zhuang)态(tai)(tai)应用已(yi)经非(fei)常(chang)成熟,平滑扩展能力也(ye)很(hen)强,但对于(yu)有状(zhuang)态(tai)(tai)的(de)应用,数据需要持久化存储,还有很(hen)大(da)提升的(de)空间,面(mian)临着很(hen)多(duo)挑(tiao)战。

      据CNCF对于(yu)“在使用/部(bu)署(shu)容器过程中遇到的(de)挑战”的(de)调查报告中显示(shi),云原生(sheng)存储遇到的(de)挑战表现在以下几(ji)个方面:

      易(yi)用性:存储服务部(bu)署、运维复杂,云原生化程度低,缺少(shao)与(yu)主流(liu)编排(pai)平台整合

      高(gao)性(xing)能:大量(liang)应用(yong)IO访问,IOPS需求高(gao),低时延(yan),性(xing)能成为应用(yong)运(yun)行效率(lv)瓶颈

      高(gao)(gao)可(ke)用(yong):云原生(sheng)存储已经(jing)应用(yong)到(dao)生(sheng)产环境,需要高(gao)(gao)可(ke)靠(kao)/高(gao)(gao)可(ke)用(yong),不能(neng)出现(xian)单点故障

      敏捷性:PV快速(su)创(chuang)建、销毁、平滑的(de)扩展/收缩,PV随(sui)Pod迁(qian)移(yi)(yi)而快速(su)迁(qian)移(yi)(yi)

      云原生存储应具备哪(na)些特点?

      云(yun)原生存储作为一种存储系统,可靠(kao)性、性能、高(gao)可用(yong)等特点都是必不(bu)可少(shao)的。除此之外,云(yun)原生环境对存储系统提出了更高(gao)的要求。

      面对诸多挑战云原生存储应具(ju)备哪些特点呢?

      尽量减少环(huan)境(jing)依赖

      云原生存(cun)储系统应尽(jin)量不对(dui)软硬件环境存(cun)在(zai)任何依(yi)赖,例如对(dui)内核的(de)依(yi)赖,对(dui)特定的(de)网络设备和磁盘型(xing)号的(de)依(yi)赖等(deng)(deng)等(deng)(deng)。只(zhi)有尽(jin)量少的(de)依(yi)赖,才能够做(zuo)到最大(da)的(de)适配(pei)性。

      避(bi)免资源(yuan)消耗过(guo)高(gao)

      云(yun)原(yuan)生存储系(xi)统以容器的形式和业(ye)务系(xi)统混合部署(shu)在容器平台(tai)上。如果存储系(xi)统占用过多的计算资(zi)源(CPU、内存),则会导致整(zheng)体(ti)投入成本太(tai)高。

      声明式运维方式

      存储系(xi)统应支持通过声明式的接口(kou)进行运维管理,同时支持一定程度的自动化运维,包括(kuo)在线扩容、升级(ji)等等。当发生硬件(jian)故(gu)障时,存储服务可以自动恢复,以保(bao)证(zheng)业务系(xi)统不受影(ying)响(xiang)。

      云原(yuan)生生态

      云原(yuan)生(sheng)(sheng)存(cun)储还(hai)需要(yao)能(neng)够(gou)很(hen)好地和(he)其他云原(yuan)生(sheng)(sheng)基(ji)础设施配合(he),例(li)如(ru)云原(yuan)生(sheng)(sheng)数(shu)据库(ku),使(shi)得云原(yuan)生(sheng)(sheng)数(shu)据库(ku)可以真正(zheng)的(de)在公有云和(he)私有云都能(neng)够(gou)得到一(yi)致(zhi)的(de)用户体验(yan)。同时,云原(yuan)生(sheng)(sheng)存(cun)储应该(gai)很(hen)好地和(he)云原(yuan)生(sheng)(sheng)的(de)运维生(sheng)(sheng)态系(xi)统结合(he),包(bao)括监(jian)控、报警、日志处(chu)理等待。

      总体而言,云(yun)原生存储系统可以运(yun)行在(zai)各种不同服(fu)务商(shang)提供的公(gong)有云(yun)环(huan)境或私有云(yun)环(huan)境中,并且为运(yun)维(wei)人员提供相同接口和运(yun)维(wei)方式,极大降低运(yun)维(wei)团(tuan)队的负担(dan)。

      市场上(shang)的云(yun)原生存储方(fang)案

      为了(le)更好(hao)的理解在云环境中如何构建云原(yuan)生存储(chu)(chu),先(xian)看几(ji)个在Kubernetes企(qi)业环境中部署主(zhu)流的云原(yuan)生存储(chu)(chu)方案(an)。

      Ceph on Kubernetes with Rook

      Ceph是(shi)圣克鲁兹加利福(fu)尼亚大学的Sage Weil在(zai)2003年开发(fa)的,也是(shi)他博士学位项目中(zhong)的一部(bu)分。Ceph LTS成熟(shu)稳(wen)定、高可用、生态强大,在(zai)云原生时代(dai)和Kubernets紧密集(ji)成。

      Ceph基于RADOS(Reliable Autonomic Distributed Object Store)的(de)高(gao)可用(yong)存(cun)储(chu)(chu),在云(yun)原生时代之前已经(jing)广(guang)泛生产部署的(de)高(gao)可用(yong)存(cun)储(chu)(chu),支持(chi)最广(guang)泛的(de)块存(cun)储(chu)(chu)RBD、文件POSIX Cephfs,以及对象(xiang)存(cun)储(chu)(chu)访问(wen)协(xie)议。

      RedHat/SUSE目前是Ceph最主要(yao)的商(shang)业化支持者,在多个容(rong)器(qi)(qi)平台落地(di)案例中,RBD、CephFS 都被采用(yong)作为容(rong)器(qi)(qi)平台实(shi)施的主要(yao)存储(chu),用(yong)来弥补基础云(yun)存储(chu)的缺失(shi)。

      Rook目前是在Kubernetes产(chan)品级(ji)可用的部(bu)署和(he)运维Ceph编排工具(ju)。

      Portworx

      Portworx以(yi)容器服务的方式部署,每个节(jie)点称为PX,向下对接各种公有云的块存储或者裸(luo)金属服务器,向上提(ti)供(gong)块或文件服务。

      不绑定硬件(jian)形态(tai)和厂商,可(ke)(ke)接(jie)入任何一家公有云(yun)(yun)或者自(zi)建服务器集群(只需支持(chi)iSCSI或FC 协议),目前Portworx主打(da)能力云(yun)(yun)灾备(bei)DR、多云(yun)(yun)复制(zhi),具备(bei)完备(bei)的快(kuai)照(ROW)、多云(yun)(yun)管理(li)、同步(bu)复制(zhi)(RTO,秒级)异(yi)步(bu)复制(zhi)(RPO<=15min),可(ke)(ke)以通过Kubernetes CRD申明方(fang)式,优雅实现持(chi)久化云(yun)(yun)下应用带数(shu)据自(zi)动迁(qian)移云(yun)(yun)上能力。PX可(ke)(ke)以独(du)立部署(shu),并不强依赖Kubernetes的容器网络。

      OpenEBS

      OpenEBS基于(yu)Kubernetes构建(jian)的开源版EBS,软(ruan)件定义(yi)PV:将(jiang)各种介质,包(bao)括(kuo)本地磁盘、云等各种存(cun)(cun)储(chu)(chu)统(tong)一池(chi)化(hua)和管理。使用iSCSI作为存(cun)(cun)储(chu)(chu)协议。没有(you)绑定某(mou)一个厂商的存(cun)(cun)储(chu)(chu),可以(yi)灵活的接(jie)入(ru)各种存(cun)(cun)储(chu)(chu)的一个原因。

      从某种意义上,OpenEBS也是更加(jia)灵(ling)活、轻量。但是强依赖(lai)容器网(wang)络,增(zeng)加(jia)了抽象层(ceng)OpenEBS layer, 写入(ru)操(cao)作要通(tong)过抽象层(ceng),并且每个卷(juan)PV都有独立(li)的(de)controller,增(zeng)加(jia)了额外的(de)开销,虽然可以做到更灵(ling)活,但相比于(yu)Portworx、Ceph来(lai)说,其在性能上有比较大(da)的(de)劣势。

      目前,已(yi)经(jing)有大量的(de)(de)企业在将自身的(de)(de)存储能力引(yin)入(ru)到Kubernetes中。

      在CNCF公布的《2019 Cloud Native Computing Foundation》市场调研(yan)中,分析了(le)当前和未来K8s采用(yong)情况(kuang),其中许多用(yong)户(hu)将他们当前的存储和云的供应商列为云原生候选名单(dan)中。

      调查(cha)显示,在云原(yuan)生存储的选择上(shang),用户最常使用Amazon EBS、Google Persistent Disk和(he)Azure Disk Storage。

      第二梯队的(de)是Ceph、CSI和Gluster,其(qi)中(zhong)37%的(de)Gluster用户也(ye)使用Ceph。Ceph和Gluster是分布式文件系统(tong),在多(duo)个(ge)节(jie)点之间添加(jia)了持(chi)久(jiu)层。但是,它们(men)没有(you)很(hen)好地集成到K8s工具(ju)和工作(zuo)流中(zhong),因而可能更难以维护和配(pei)置。

      剩下的(de)(de)(de)第三梯队产(chan)品,基本是(shi)由以存储为中(zhong)心的(de)(de)(de)服务(wu)商提供(gong)的(de)(de)(de)服务(wu),如(ru)Dell EMC、NetApp和(he)Pure Storage。最初,Kubernetes集成了卷插件以连(lian)接到这些(xie)产(chan)品的(de)(de)(de)存储后(hou)端。不(bu)幸的(de)(de)(de)是(shi),上游Kubernetes发行版变得十分(fen)臃肿。这意味着(zhe)对插件的(de)(de)(de)任何(he)微小更新或更改都要重建和(he)编译整个代码。

      而对于(yu)传统存储,客户(hu)可能(neng)会(hui)有(you)(you)更多抱怨声(sheng)。例(li)如,选(xuan)择Pure Storage的(de)客户(hu)中(zhong)有(you)(you)46%的(de)在处理(li)与(yu)容器相关的(de)存储方面遇到了(le)挑战,而Kubernetes的(de)普通(tong)用(yong)户(hu)这一(yi)比例(li)仅为27%。尽(jin)管有(you)(you)13%的(de)用(yong)户(hu)使用(yong)了(le)容器存储接(jie)口(CSI),但问题难免还(hai)是会(hui)出现。

      事实情况是,传(chuan)统(tong)存储供应商(shang)包括纯容器存储服(fu)务商(shang)在内,正有转向CSI的趋势。虽然总体上只有13%的用户(hu)在考(kao)虑使用CSI,但在存在存储挑战的用户(hu)群(qun)中,对CSI的需(xu)求一跃升至22%。

      结(jie)语

      随着云(yun)原生时(shi)代的到来,越(yue)来越(yue)多(duo)的业(ye)务系统(tong)会(hui)采(cai)用云(yun)原生架构。存储系统(tong)作为承载(zai)业(ye)务稳定(ding)运行的核心组件,在云(yun)原生的架构下(xia),其重要(yao)性也相(xiang)应地逐渐提高。

      事实上,云原生(sheng)(sheng)存储遇到的(de)(de)(de)性(xing)能、弹性(xing)、高可用、加密、隔离、可观测性(xing)、生(sheng)(sheng)命(ming)周(zhou)期等方(fang)面的(de)(de)(de)问题,不(bu)但(dan)需要(yao)(yao)存储产品层次的(de)(de)(de)改进(jin)(jin),更需要(yao)(yao)在云原生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)控制/数据(ju)平面的(de)(de)(de)改进(jin)(jin),以推进(jin)(jin)云原生(sheng)(sheng)存储的(de)(de)(de)演进(jin)(jin),而(er)这正是新老(lao)存储厂商有待优(you)化和提供的(de)(de)(de)服(fu)务空间。

      文章内容(rong)仅供(gong)阅读,不构成投资(zi)建(jian)议(yi),请谨慎对待(dai)。投资(zi)者据此操(cao)作,风险(xian)自担。

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