Container Service for Kubernetes:動的にプロビジョニングされたディスクボリュームを使用して永続ストレージを実現する

1. テンプレートの定義
   新しい StorageClass を作成するか、デフォルトの StorageClass を動的ディスク作成のテンプレートとして使用できます。このテンプレートは、ディスクタイプ、パフォーマンスレベル、リクラメーションポリシーなどの主要なパラメーターを定義します。
   

2. アプリケーションでのストレージ要件の宣言

   StatefulSet で volumeClaimTemplates を定義し、StorageClass を参照します。これにより、Pod が使用する永続ボリューム要求 (PVC) の仕様 (ストレージ容量やアクセスモードなど) を宣言します。

3. ボリュームの作成とマウントの自動化
   StatefulSet が Pod を作成すると、システムはテンプレートに基づいて Pod ごとに一意の PVC を自動的に生成します。Container Storage Interface (CSI) コンポーネントは、StorageClass のルールに基づいて永続ボリューム (PV) を作成し、PV を PVC にバインドします。最後に、ディスクが Pod にマウントされます。
   

ステップ 1：StorageClass の選択

Container Service for Kubernetes (ACK) は、複数のデフォルト StorageClass を提供します。StorageClass は作成後に変更できません。デフォルトの構成が要件を満たさない場合は、新しいものを作成できます。詳細については、「手動での StorageClass の作成」をご参照ください。

ステップ 2：アプリケーションの作成とディスクのマウント

このセクションでは、StatefulSet を例に、ディスクボリュームをマウントする方法を説明します。

1. statefulset.yaml という名前のファイルを作成します。

   次の例では、2 つの Pod を持つ StatefulSet を作成します。volumeClaimTemplates を使用して、各 Pod に独立した永続ストレージを自動的に作成し、バインドします。

   apiVersion: apps/v1
   kind: StatefulSet
   metadata:
     name: web
   spec:
     serviceName: "nginx"
     replicas: 2
     selector:
       matchLabels:
         app: nginx
     template:
       metadata:
         labels:
           app: nginx
       spec:
         # マウントパフォーマンスを最適化するために、以下の securityContext を設定することを推奨します
         securityContext:
           fsGroup: 1000
           fsGroupChangePolicy: "OnRootMismatch"
         containers:
         - name: nginx
           image: anolis-registry.cn-zhangjiakou.cr.aliyuncs.com/openanolis/nginx:1.14.1-8.6
           ports:
           - containerPort: 80
           volumeMounts:
           # データボリュームをコンテナーの /data ディレクトリにマウントします
           # 名前は volumeClaimTemplates で定義された metadata.name と同じである必要があります
           - name: pvc-disk
             mountPath: /data
     # PVC テンプレートを定義します
     volumeClaimTemplates:
     - metadata:
         name: pvc-disk
       spec:
         # アクセスモード
         accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
         # 事前に作成した StorageClass を関連付けます
         storageClassName: "alicloud-disk-wait-for-first-consumer"
         resources:
           requests:
             # 要求されたストレージ容量、つまりディスクサイズ
             storage: 20Gi

   重要

   Pod で securityContext.fsgroup を設定すると、ボリュームがマウントされるときに kubelet が再帰的にファイルの権限を変更 (chmod/chown) します。ボリュームに多数のファイルが含まれている場合、このプロセスはマウント時間を大幅に増加させます。

   Kubernetes 1.20 以降を実行しているクラスターでは、fsGroupChangePolicy を OnRootMismatch に設定することを推奨します。この設定は、ボリュームのルートディレクトリの権限が必要な権限と一致しない場合にのみ、最初のマウント時に再帰的な権限変更を実行します。これにより、マウントパフォーマンスが最適化されます。パフォーマンスがまだ要件を満たさない場合や、より詳細な権限制御が必要な場合は、メインのアプリケーションコンテナーが開始する前に initContainer を使用して権限調整コマンドを実行することを推奨します。

2. 次のコマンドを実行して StatefulSet を作成します。

   kubectl create -f statefulset.yaml

3. 次のコマンドを実行して、Pod が Running 状態であることを確認します。

   kubectl get pod -l app=nginx

4. 次のコマンドを実行してマウントパスを確認し、ディスクがマウントされていることを確認します。

   この例では、Pod 名は web-1 です。実際の Pod 名に置き換えてください。

   kubectl exec web-1 -- df -h /data

   次の出力が期待されます：

   Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
   /dev/vdb         20G   24K   20G   1% /data

マウントされたディスクを持つ Pod が仮想ノードにスケジュールされたときに、PVC が Pending 状態のままになる場合の対処法

この問題は、仮想ノードへのスケジューリングをサポートしていない StorageClass を使用した場合に発生する可能性があります。特定のラベルやアノテーションを使用して Pod を仮想ノードにスケジュールする場合、volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer モードの StorageClass はサポートされません。

• 理由：
  WaitForFirstConsumer モードは、kube-scheduler が Pod の物理ノードを選択することに依存しています。これにより Pod のゾーンが決定され、そのゾーンを使用してディスクが作成されます。しかし、仮想ノードの一部のスケジューリングメカニズムはこのプロセスに従いません。これにより、Container Storage Interface (CSI) はゾーン情報を取得できません。その結果、PV を作成できず、PVC は Pending 状態のままになります。
  

• この問題が発生した場合は、Pod またはその名前空間に次のいずれかの構成が含まれているかどうかを確認してください：

  • ラベル：

    • alibabacloud.com/eci: "true"：Pod を ECI Pod にスケジュールします。

    • alibabacloud.com/acs: "true"：Pod を ACS Pod にスケジュールします。

  • ノード指定：

    • Pod が spec.nodeName を使用して直接ノードを指定している。ノード名のプレフィックスが virtual-kubelet である。

  • アノテーション：

    • k8s.aliyun.com/eci-vswitch：ECI Pod の vSwitch を指定します。

    • k8s.aliyun.com/eci-fail-strategy: "fail-fast"：ECI Pod の障害処理ポリシーを fail-fast に設定します。

単一の Pod または単一レプリカの Deployment にディスクボリュームをマウントする方法

複数レプリカのスケーリングや安定したネットワーク ID を必要としない単純なアプリケーションの場合、手動で PVC を作成し、それを Pod または Deployment にマウントして永続ストレージを有効にします。

プロセスは次のとおりです：StorageClass を選択し、PVC を作成し、アプリケーションで PVC をマウントします。

1. StorageClass を準備します。

2. PVC を作成してストレージリソースを要求します。

   kubectl

   1. disk-pvc.yaml という名前のファイルを作成します。

      apiVersion: v1
      kind: PersistentVolumeClaim
      metadata:
        name: disk-pvc
      spec:
        # アクセスモード
        accessModes:
        - ReadWriteOnce
        volumeMode: Filesystem
        resources:
          requests:
            # 要求されたストレージ容量、つまりディスクサイズ
            storage: 20Gi
        # 事前に作成した StorageClass に関連付けます
        storageClassName: alicloud-disk-topology-alltype 

      次の表にパラメーターを説明します。

      パラメーター	説明
      accessModes	ボリュームのアクセスモード。有効な値：ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、または ReadWriteMany。サポートされる値は、StorageClass の multiAttach 設定と PVC の volumeMode 設定によって異なります。 multiAttach は、ディスクのマルチアタッチを有効にするかどうかを指定します。デフォルト値は false です。 multiAttach が false で、volumeMode が任意の値に設定されている場合、ReadWriteOnce のみがサポートされます。 multiAttach が true で、volumeMode が Filesystem の場合、ReadWriteOnce と ReadOnlyMany のみがサポートされます。 multiAttach が true で、volumeMode が Block の場合、3 つすべてのアクセスモードがサポートされます。 重要 このシナリオでは、アクセスモードは通常 ReadWriteOnce (RWO) であり、ボリュームは一度に 1 つの Pod によってのみマウントできることを意味します。したがって、デプロイメントのレプリカ数は 1 を超えることはできません。デプロイメントをスケールアウトしようとすると、新しい Pod はすでに使用中のディスクをマウントできないため、Pending 状態のままになります。
      volumeMode	永続ボリュームのモード。有効な値： Filesystem (デフォルト)：ボリュームはフォーマットされ、ディレクトリとしてマウントされます。 Block：ボリュームはフォーマットされていないブロックデバイスとして Pod に提供されます。
      storage	要求されたストレージ容量。異なるディスクタイプで容量範囲は異なります。storage の値が、参照される StorageClass に対応するディスクタイプの容量制限に準拠していることを確認して、ディスク作成の失敗を防ぎます。
      storageClassName	バインドする StorageClass。

   2. PVC を作成します。

      kubectl create -f disk-pvc.yaml

   3. PVC を表示します。

      kubectl get pvc

      出力では、StorageClass が WaitForFirstConsumer モードを使用しているため、PVC はそれを使用する最初の Pod が正常にスケジュールされるまで Pending 状態になります。

      NAME       STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS                            VOLUMEATTRIBUTESCLASS   AGE
      disk-pvc   Pending                                      alicloud-disk-wait-for-first-consumer   <unset>                 14s

   コンソール

   1. クラスター管理ページの左側のナビゲーションウィンドウで、[ボリューム] > [永続ボリューム要求] を選択します。

   2. [永続ボリューム要求] ページで、[作成] をクリックします。[PVC タイプ] を [クラウドディスク] に設定し、プロンプトに従ってパラメーターを設定します。

      パラメーター	説明
      割り当てモード	[StorageClass を使用] を選択します。
      既存のストレージクラス	デフォルトまたは手動で作成された StorageClass。
      容量	要求されたストレージ容量。異なるディスクタイプで容量範囲は異なります。storage の値が、参照される StorageClass に対応するディスクタイプの容量制限に準拠していることを確認して、ディスク作成の失敗を防ぎます。
      アクセスモード	[ReadWriteOnce] のみがサポートされています。これは、ボリュームが単一の Pod によって読み書き可能としてマウントできることを意味します。

      PVC が作成された後、[永続ボリューム要求] ページで表示できます。

3. アプリケーションで PVC をマウントします。

   1. disk-deployment.yaml という名前のファイルを作成します。

      クリックしてサンプル YAML ファイルを表示

      apiVersion: apps/v1
      kind: Deployment
      metadata:
        name: single-pod-app
      spec:
        # レプリカ数が 1 であることを確認します
        replicas: 1
        selector:
          matchLabels:
            app: nginx-single
        template:
          metadata:
            labels:
              app: nginx-single
          spec:
            containers:
            - name: nginx
              image: anolis-registry.cn-zhangjiakou.cr.aliyuncs.com/openanolis/nginx:1.14.1-8.6
              ports:
              - containerPort: 80
              # コンテナー内のマウントポイントを定義します
              volumeMounts:
              - name: my-persistent-storage  # 以下の volumes で定義された名前と一致する必要があります
                mountPath: /data  # コンテナーの /data ディレクトリにマウントします
            # Pod レベルで PVC を宣言し、参照します
            volumes:
            - name: my-persistent-storage # コンテナーによって参照されるボリューム
              persistentVolumeClaim:
                claimName: disk-pvc # 事前に作成した PVC を参照します

   2. 次のコマンドを実行してデプロイメントをデプロイします。

      kubectl create -f disk-deployment.yaml

4. マウント結果を確認します。

   1. Pod が正しく実行されていることを確認します。

      kubectl get pods -l app=nginx-single

   2. Pod にログインし、ディスクが /data ディレクトリにマウントされているかどうかを確認します。

      # Pod 名を取得します
      POD_NAME=$(kubectl get pods -l app=nginx-single -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')
      
      # df -h コマンドを実行します
      kubectl exec $POD_NAME -- df -h /data

      次の出力は、20 GiB のディスクが正常にマウントされたことを示しています。

      Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
      /dev/vdb         20G   24K   20G   1% /data