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作者：运维有术星主
在 Kubernetes 生态系统中，持久化存储扮演着至关重要的角色，它是支撑业务应用稳定运行的基石。对于那些选择自建 Kubernetes 集群的运维架构师而言，选择合适的后端持久化存储解决方案是一项至关重要的选型决策。目前 Ceph、GlusterFS、NFS、openEBS 等解决方案已被广泛采用。
往期文章，我分享过最简单、实用的 探索 Kubernetes 持久化存储之 NFS 终极实战指南。
为了丰富我们的技术栈，并为未来的容器云平台设计持久化存储提供更多灵活性和选择性。今天，我将跟大家一起探索，如何将 Longhorn 集成至 KubeSphere 管理的 Kubernetes 集群。
本文核心内容概览：
- Longhorn 持久化存储选型说明： 聊一聊 Longhorn 初体验的感想
- Longhorn 存储服务如何部署： 如果利用 Helm 安装 Longhorn
- 实战演示：创建测试资源，体验 Longhorn 的效果。
实战服务器配置(架构 1:1 复刻小规模生产环境，配置略有不同)
| 主机名 | IP | CPU | 内存 | 系统盘 | 数据盘 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ksp-registry | 192.168.9.90 | 4 | 8 | 40 | 200 | Harbor 镜像仓库 |
| ksp-control-1 | 192.168.9.91 | 4 | 8 | 40 | 100 | KubeSphere/k8s-control-plane |
| ksp-control-2 | 192.168.9.92 | 4 | 8 | 40 | 100 | KubeSphere/k8s-control-plane |
| ksp-control-3 | 192.168.9.93 | 4 | 8 | 40 | 100 | KubeSphere/k8s-control-plane |
| ksp-worker-1 | 192.168.9.94 | 4 | 16 | 40 | 100 | k8s-worker/CI |
| ksp-worker-2 | 192.168.9.95 | 4 | 16 | 40 | 100 | k8s-worker |
| ksp-worker-3 | 192.168.9.96 | 4 | 16 | 40 | 100 | k8s-worker |
| ksp-storage-1 | 192.168.9.97 | 4 | 8 | 40 | 400+ | Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph/NFS |
| ksp-storage-2 | 192.168.9.98 | 4 | 8 | 40 | 300+ | Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph |
| ksp-storage-3 | 192.168.9.99 | 4 | 8 | 40 | 300+ | Containerd、OpenEBS、ElasticSearch/Longhorn/Ceph |
| ksp-gpu-worker-1 | 192.168.9.101 | 4 | 16 | 40 | 100 | k8s-worker(GPU NVIDIA Tesla M40 24G) |
| ksp-gpu-worker-2 | 192.168.9.102 | 4 | 16 | 40 | 100 | k8s-worker(GPU NVIDIA Tesla P100 16G) |
| ksp-gateway-1 | 192.168.9.103 | 2 | 4 | 40 | 自建应用服务代理网关/VIP：192.168.9.100 | |
| ksp-gateway-2 | 192.168.9.104 | 2 | 4 | 40 | 自建应用服务代理网关/VIP：192.168.9.100 | |
| ksp-mid | 192.168.9.105 | 4 | 8 | 40 | 100 | 部署在 k8s 集群之外的服务节点（Gitlab 等） |
| 合计 | 15 | 56 | 152 | 600 | 2100+ |
实战环境涉及软件版本信息
- 操作系统：openEuler 22.03 LTS SP3 x86_64
- KubeSphere：v3.4.1
- Kubernetes：v1.28.8
- KubeKey: v3.1.1
- Containerd：1.7.13
- NVIDIA GPU Operator：v24.3.0
- NVIDIA 显卡驱动：550.54.15
- Longhorn：v1.6.2
1. Longhorn 初体验
为了贴近生产需求，我在规划部署时增加了一些想法：
想法 1: 存储节点规划：
- 向 Kubernetes 集群增加三个节点，专门用于 Longhorn 存储服务
- Longhorn 存储服务所有组件和数据盘都部署在专属节点
- 每个存储节点打上专属标签
kubernetes.io/storage=longhorn，部署 Longhorn 服务时使用 nodeSelector 指定节点标签 （不指定会默认使用所有 Worker 节点） - 业务负载部署在集群中其他 Worker 节点，使用 Longhorn 提供的持久化存储
想法 2: 存储空间使用规划：
- 每个存储节点添加一块 Longhorn 专用的 100G 数据盘
/dev/sdc，使用 LVM 类型将其格式化，挂载到/longhorn目录 - 更改 Longhorn 默认存储路径
/var/lib/longhorn为/longhorn
很遗憾，在实际部署 Longhorn 时，想法 1 没有完全实现，Longhorn 存储服务所有组件可以部署在指定节点，后期创建 Pod 测试时发现，当 Pod 分配的 Worker 节点不安装 Longhorn CSI 插件，Pod 创建异常。但是，Longhorn CSI 插件又无法独立安装（也可能我技术太菜，没找到）。
最终，为了按规划完成部署，我执行了以下操作：
- 部署测试时分别体验了 Kubectl 和 Helm 两种方式，最终成文时选择了 Helm
- Helm 部署时使用 set 参数指定自定义默认存储路径、指定 nodeSelector 部署所有 Longhorn 组件
- 创建测试 Pod 时，也带上 nodeSelector 标签（运行在其他 Worker 节点的 Pod，无法使用 Longhorn 存储）
整个部署过程比较艰辛，使用 Helm 部署失败或是部署过程异常终止后，想要卸载很难、很麻烦。
简单的说几句 Longhorn 初体验后的想法（仅代表个人观点）：
因为加了自定义规划的想法，所以，初次体验感较差。
对于新手而言，按照官方文档使用默认配置部署，能获得较好的 Longhorn 初体验（实测）
Longhorn 有自身的特性优点，发展至今已经存在一定的生产用户。但是，没有一定的技术实力，不建议碰 Longhorn
可以部署体验，了解 Longhorn 是什么样子，能提供什么，有什么优秀特性
官方文档资料看着很多，但是实际使用中出现问题的话，能搜到的可参考文档太少，没一定的技术底蕴，还是不要碰了
目前来看，替代 GlusterFS、NFS 的持久化存储方案，我宁可选择去征服 Ceph 也不会选择 Longhorn（Ceph 更成熟，文档资料更多，获得技术支持的途径多）
重要说明：
- 由于部署过程中，定制化配置的结果不尽人意。所以，本文最终变成了浅尝辄止、抛砖引玉之作。欢迎各位 Longhorn 专家，留言、赐教。
- 本文的内容对于安装部署 Longhorn 有一定的借鉴意义，但是 切勿将本文的实战过程用于任何类型的正式环境。
2. 前置条件
2.1 扩容存储专用 Worker 节点
将新增的三台存储专用节点加入已有的 Kubernetes 集群，详细的扩容操作请参考 KubeKey 扩容 Kubernetes Worker 节点实战指南。
2.2 初始化数据盘
按规划将 /dev/sdc 初始化，编辑文件 /etc/fstab，将 /longhorn 目录对应的磁盘配置为开机自动挂载。
LVM 配置比较简单，操作细节不做解释，直接上命令。
pvcreate /dev/sdc vgcreate longhorn /dev/sdc lvcreate -l 100%VG longhorn -n data mkfs.xfs /dev/mapper/longhorn-data mkdir /longhorn mount /dev/mapper/longhorn-data /longhorn tail -1 /etc/mtab >> /etc/fstab2.3 安装 NFSv4 客户端
在 Longhorn 系统中, 备份功能需要 NFSv4, v4.1 或是 v4.2, 同时， ReadWriteMany (RWX) 卷功能需要 NFSv4.1。因此，需要提前安装 NFSv4 客户端。
yum install nfs-utils2.4 安装 open-iscsi
必要组件，Longhorn 依赖主机上的 iscsiadm 向 Kubernetes 提供持久卷。
yum --setopt=tsflags=noscripts install iscsi-initiator-utils echo "InitiatorName=$(/sbin/iscsi-iname)" > /etc/iscsi/initiatorname.iscsi systemctl enable iscsid systemctl start iscsid2.5 检查 Kubernetes 版本
执行以下命令检查 Kubernetes 版本，确保输出结果中 Server Version 大于等于 v1.21。
$ kubectl version Client Version: v1.28.8 Kustomize Version: v5.0.4-0.20230601165947-6ce0bf390ce3 Server Version: v1.28.82.6 使用环境检查脚本
Longhorn 官方编写了一个 shell 脚本，帮助我们搜集评估集群环境是否满足部署要求。
- 在 Control-1 节点下载脚本
curl -sSfL https://raw.githubusercontent.com/longhorn/longhorn/v1.6.2/scripts/environment_check.sh -o environment_check.sh- 执行脚本
sh environment_check.sh正确执行后，输出结果如下 :
$ sh environment_check.sh [INFO] Required dependencies 'kubectl jq mktemp sort printf' are installed. [INFO] All nodes have unique hostnames. [INFO] Waiting for longhorn-environment-check pods to become ready (0/0)... [INFO] All longhorn-environment-check pods are ready (8/8). [INFO] MountPropagation is enabled [INFO] Checking kernel release... [INFO] Checking iscsid... [INFO] Checking multipathd... [INFO] Checking packages... [INFO] Checking nfs client... [INFO] Cleaning up longhorn-environment-check pods... [INFO] Cleanup completed.环境检查过程及结果简要说明：
- 该脚本执行过程中会从 DockerHub 下载
alpine:3.12镜像，用于测试。如果下载失败，请自行修改为能正常下载的镜像地址。 - 该脚本会在所有 Worker 节点下载
longhorn-environment-check pods，并执行相应的检查命令 - 建议所有 Worker 节点系统内核大于等于 5.8，提前安装 NFSv4 客户端、安装 open-iscsi
确保所有配置满足前置条件要求，环境检查脚本检测成功后。接下来，我们正式开始安装 Longhorn 组件。
3. 安装配置 Longhorn
Longhorn 官方文档中提供多种安装方式的帮助文档：
- Install as a Rancher Apps & Marketplace
- Install with Kubectl
- Install with Helm
- Install with Fleet
- Install with Flux
- Install with ArgoCD
- Air Gap Installation
我最初的计划是，实战演示使用原生的 Kubectl 客户端安装 Longhorn。无奈在部署过程中遇到了自定义配置困难的问题，虽然能搞，但是有点麻烦，最终没有找到灵活、简单的方案。所以，最终成文时改成了 Helm 方式。
3.1 设置存储标签
- 按规划给三个存储节点打上专属标签
kubectl label nodes ksp-storage-1 kubernetes.io/storage=longhorn kubectl label nodes ksp-storage-2 kubernetes.io/storage=longhorn kubectl label nodes ksp-storage-3 kubernetes.io/storage=longhorn3.2 使用 Helm 安装部署 Longhorn
- 添加 Longhorn Helm repository
helm repo add longhorn https://charts.longhorn.io- 从 Repository 拉取最新的 Charts
helm repo update- 官方默认的部署命令（本文未用，建议新手使用）
helm install longhorn longhorn/longhorn --namespace longhorn-system --create-namespace --version 1.6.2- 根据部署规划，执行自定义部署命令
helm install longhorn2 longhorn/longhorn \ --namespace longhorn-system \ --create-namespace \ --version 1.6.2 \ --set defaultSettings.defaultDataPath="/longhorn" \ --set defaultSettings.systemManagedComponentsNodeSelector="kubernetes.io/storage:longhorn" \ --set longhornManager.nodeSelector."kubernetes\.io/storage"=longhorn \ --set longhornUI.nodeSelector."kubernetes\.io/storage"=longhorn \ --set longhornDriver.nodeSelector."kubernetes\.io/storage"=longhorn- 检查 Longhorn 部署结果
$ kubectl -n longhorn-system get pod正确部署，输出结果如下 :
$ kubectl -n longhorn-system get pod -o wide NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES csi-attacher-fffb968d8-gnj58 1/1 Running 0 4m58s 10.233.77.66 ksp-storage-3 <none> <none> csi-attacher-fffb968d8-pk2vq 1/1 Running 0 4m58s 10.233.73.59 ksp-storage-2 <none> <none> csi-attacher-fffb968d8-w6rfh 1/1 Running 0 4m58s 10.233.64.62 ksp-storage-1 <none> <none> csi-provisioner-745d97cc98-2r96q 1/1 Running 0 4m58s 10.233.64.63 ksp-storage-1 <none> <none> csi-provisioner-745d97cc98-n9drv 1/1 Running 0 4m57s 10.233.77.67 ksp-storage-3 <none> <none> csi-provisioner-745d97cc98-zvn7b 1/1 Running 0 4m57s 10.233.73.60 ksp-storage-2 <none> <none> csi-resizer-58c5999fd6-5982f 1/1 Running 0 4m57s 10.233.73.61 ksp-storage-2 <none> <none> csi-resizer-58c5999fd6-7z4m9 1/1 Running 0 4m57s 10.233.64.64 ksp-storage-1 <none> <none> csi-resizer-58c5999fd6-zxszp 1/1 Running 0 4m57s 10.233.77.68 ksp-storage-3 <none> <none> csi-snapshotter-5d995448d9-7tcrn 1/1 Running 0 4m57s 10.233.77.69 ksp-storage-3 <none> <none> csi-snapshotter-5d995448d9-l84vr 1/1 Running 0 4m57s 10.233.64.65 ksp-storage-1 <none> <none> csi-snapshotter-5d995448d9-v9c54 1/1 Running 0 4m57s 10.233.73.62 ksp-storage-2 <none> <none> engine-image-ei-ffd6ed9b-8f6k7 1/1 Running 0 5m7s 10.233.77.63 ksp-storage-3 <none> <none> engine-image-ei-ffd6ed9b-x2ld9 1/1 Running 0 5m7s 10.233.73.57 ksp-storage-2 <none> <none> engine-image-ei-ffd6ed9b-zdpsb 1/1 Running 0 5m7s 10.233.64.60 ksp-storage-1 <none> <none> instance-manager-561847cbad61a658e57dbb9aa2ea827d 1/1 Running 0 5m7s 10.233.77.64 ksp-storage-3 <none> <none> instance-manager-74249bf3bf13f051b14d39af24d9e46c 1/1 Running 0 5m7s 10.233.64.61 ksp-storage-1 <none> <none> instance-manager-f7b59324b33e30e62b1aacf332a7c3c1 1/1 Running 0 5m7s 10.233.73.58 ksp-storage-2 <none> <none> longhorn-csi-plugin-jknqd 3/3 Running 0 4m57s 10.233.73.63 ksp-storage-2 <none> <none> longhorn-csi-plugin-l7px4 3/3 Running 0 4m57s 10.233.77.70 ksp-storage-3 <none> <none> longhorn-csi-plugin-m5bcp 3/3 Running 0 4m57s 10.233.64.66 ksp-storage-1 <none> <none> longhorn-driver-deployer-55c5f59d77-xz5vd 1/1 Running 0 5m14s 10.233.77.61 ksp-storage-3 <none> <none> longhorn-manager-nxks5 1/1 Running 0 5m14s 10.233.77.62 ksp-storage-3 <none> <none> longhorn-manager-r7qf6 1/1 Running 0 5m14s 10.233.64.58 ksp-storage-1 <none> <none> longhorn-manager-xbgtd 1/1 Running 0 5m14s 10.233.73.55 ksp-storage-2 <none> <none> longhorn-ui-6fd7f57659-ff7wl 1/1 Running 0 5m14s 10.233.64.59 ksp-storage-1 <none> <none> longhorn-ui-6fd7f57659-v6kpb 1/1 Running 0 5m14s 10.233.73.56 ksp-storage-2 <none> <none>注意：上述配置虽然实现了所有组件都部署在专属存储节点上。但是，实际无法正常使用，调度在集群其他节点的 Pod 根本无法使用 Longhorn 提供的存储。
3.3 开启 UI
官方默认的 Longhorn UI，没有开启认证功能，开启即暴露所有能力。官方目前给出的加密认证方案，需要配合 Ingress controller 使用。
本文只是属于体验测试环境，也没打算在测试、生产环境使用。因此直接使用 nodePort 放开 Longhorn UI 服务。
更多信息请参考官方文档， 创建一个具有基本认证功能的 NGINX Ingress 控制器。
- 编辑使用 NodePort 类型的 svc 资源清单，
vi longhorn-ui-svc.yaml
kind: Service apiVersion: v1 metadata: name: longhorn-ui-nodeport namespace: longhorn-system labels: app: longhorn-ui spec: ports: - name: http protocol: TCP port: 80 targetPort: http nodePort: 32222 selector: app: longhorn-ui clusterIP: type: NodePort- 创建 svc
kubectl apply -f longhorn-ui-svc.yaml- 访问 Longhorn UI
打开浏览器访问，http://集群任意节点IP:32222
4. 验证测试
4.1 创建测试 PVC
- 编写测试 PVC 资源清单，
vi test-pvc-longhorn.yaml
kind: PersistentVolumeClaim apiVersion: v1 metadata: name: test-pvc-longhorn spec: storageClassName: longhorn accessModes: - ReadWriteMany resources: requests: storage: 2Gi- 创建 PVC
kubectl apply -f test-pvc-longhorn.yaml- 查看 PVC
$ kubectl get pvc -o wide NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE VOLUMEMODE test-pvc-longhorn Bound pvc-d5a7fc28-2e4c-4f9d-b4d7-7cb7ca5a7ea7 2Gi RWX longhorn 7s Filesystem4.2 创建测试 Pod
为了正常完成测试，创建 Pod 时指定 nodeSelector 标签，将 Pod 创建在 Longhorn 专用节点。
- 编写测试 Pod 资源清单，
vi test-pod-longhorn.yaml
kind: Pod apiVersion: v1 metadata: name: test-pod-longhorn spec: containers: - name: test-pod-longhorn image: busybox:stable command: - "/bin/sh" args: - "-c" - "touch /mnt/SUCCESS && sleep 3600" volumeMounts: - name: longhorn-pvc mountPath: "/mnt" restartPolicy: "Never" nodeSelector: kubernetes.io/storage: longhorn volumes: - name: longhorn-pvc persistentVolumeClaim: claimName: test-pvc-longhorn- 创建 Pod
kubectl apply -f test-pod-longhorn.yaml- 查看 Pod
$ kubectl get pods -o wide NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES test-pod-longhorn 1/1 Running 0 51s 10.233.73.80 ksp-storage-2 <none> <none>- 查看 Pod 挂载的存储
$ kubectl exec test-pod-longhorn -- df -h Filesystem Size Used Available Use% Mounted on overlay 99.9G 4.7G 95.2G 5% / tmpfs 64.0M 0 64.0M 0% /dev tmpfs 3.6G 0 3.6G 0% /sys/fs/cgroup 10.233.57.220:/pvc-d5a7fc28-2e4c-4f9d-b4d7-7cb7ca5a7ea7 1.9G 0 1.9G 0% /mnt /dev/mapper/openeuler-root 34.2G 2.3G 30.2G 7% /etc/hosts /dev/mapper/openeuler-root 34.2G 2.3G 30.2G 7% /dev/termination-log /dev/mapper/data-lvdata 99.9G 4.7G 95.2G 5% /etc/hostname /dev/mapper/data-lvdata 99.9G 4.7G 95.2G 5% /etc/resolv.conf shm 64.0M 0 64.0M 0% /dev/shm tmpfs 6.4G 12.0K 6.4G 0% /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount tmpfs 3.6G 0 3.6G 0% /proc/acpi tmpfs 64.0M 0 64.0M 0% /proc/kcore tmpfs 64.0M 0 64.0M 0% /proc/keys tmpfs 64.0M 0 64.0M 0% /proc/timer_list tmpfs 64.0M 0 64.0M 0% /proc/sched_debug tmpfs 3.6G 0 3.6G 0% /proc/scsi tmpfs 3.6G 0 3.6G 0% /sys/firmware- 测试存储空间读写
# 写入 1GB 的数据 $ kubectl exec test-pod-longhorn -- dd if=/dev/zero of=/mnt/test-disk.img bs=1M count=1000 1000+0 records in 1000+0 records out 1048576000 bytes (1000.0MB) copied, 5.670424 seconds, 176.4MB/s # 查看结果 $ kubectl exec test-pod-longhorn -- ls -lh /mnt/ [root@ksp-control-1 srv]# kubectl exec test-pod-longhorn -- ls -lh /mnt/ total 1000M -rw-r--r-- 1 root root 0 Jul 17 01:03 SUCCESS drwx------ 2 root root 16.0K Jul 17 01:03 lost+found -rw-r--r-- 1 root root 1000.0M Jul 17 01:04 test-disk.img # 测试超限（再写入 1GB 数据） $ kubectl exec test-pod-longhorn -- dd if=/dev/zero of=/mnt/test-disk2.img bs=1M count=1000 dd: /mnt/test-disk2.img: No space left on device command terminated with exit code 1注意：测试时，我们写入了 2G 的数据量，当达过我们创建的 PVC 2G 容量上限时会报错（实际使用写不满 2G）。说明，Longhorn 存储可以做到容量配额限制。
4.3 查看底层存储信息
测试并不充分，只是简单看看。在存储服务器（ ksp-storage-1 节点），执行以下命令。
$ ls -lR /longhorn/ /longhorn/: total 4 -rw-r--r-- 1 root root 51 Jul 16 11:18 longhorn-disk.cfg drwxr-xr-x 3 root root 63 Jul 17 01:02 replicas /longhorn/replicas: total 0 drwx------ 2 root root 108 Jul 17 01:03 pvc-d5a7fc28-2e4c-4f9d-b4d7-7cb7ca5a7ea7-3a7acff9 /longhorn/replicas/pvc-d5a7fc28-2e4c-4f9d-b4d7-7cb7ca5a7ea7-3a7acff9: total 2075652 -rw------- 1 root root 4096 Jul 17 01:06 revision.counter -rw-r--r-- 1 root root 2147483648 Jul 17 01:06 volume-head-000.img -rw-r--r-- 1 root root 126 Jul 17 01:02 volume-head-000.img.meta -rw-r--r-- 1 root root 142 Jul 17 01:03 volume.meta注意：Longhorn 的存储目录，跟 NFS 存储不一样，无法直接查看原始文件，使用上更安全，但是如果 Longhorn 异常，想要找回数据也更麻烦。
4.4 清理测试资源
- 清理测试 Pod、PVC
kubectl delete -f test-pod-longhorn.yaml -f test-pvc-longhorn.yaml- 在存储服务器（ ksp-storage-1 节点）查看数据目录
$ ls -lR /longhorn/replicas/ /longhorn/replicas/: total 0从结果中可以看到，Kubernetes 删除 PVC 后，Longhorn 存储层立即删除 PVC 对应的数据目录及数据（是否能配置默认保留，暂未研究，理论上应该会有）。
4.5 测试异常说明
创建 Pod，不指定 nodeSelector 标签，Pod 会随机分配，当分配在没有安装 Longhorn CSI 插件的节点时，创建失败，异常如下。
为避免出现上述问题，建议在部署 Longhorn 时遵循默认配置，以实现在所有 Worker 节点上自动部署所需的服务组件。
5. KubeSphere 控制台管理存储资源
5.1 管理存储类
在控制台左侧功能菜单，依次选择「集群」->「存储」->「存储类」。
5.2 查看持久卷声明
Step 1: 在控制台左侧功能菜单，依次选择「集群」->「存储」->「持久卷声明」。
Step 2: 查看创建的 PVC、PV 及详情。
结果中可以显示 PVC 的存储总容量、剩余容量、已使用百分比、Inode 用量百分比。
6. Longhorn UI 概览
Longhorn UI 虽然界面简单，但是能满足日常管理的需要，能在界面实现分配存储资源、管理，实现 Longhorn 服务的基本配置管理，下面展示几张截图，作为本文的结尾。
- Dashboard
- Node 信息
- Volume 信息
- Setting 配置页
免责声明：
- 笔者水平有限，尽管经过多次验证和检查，尽力确保内容的准确性，但仍可能存在疏漏之处。敬请业界专家大佬不吝指教。
- 本文所述内容仅通过实战环境验证测试，读者可学习、借鉴，但严禁直接用于生产环境。由此引发的任何问题，作者概不负责！
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