三種云原生存儲(chǔ)方案優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景分析

作者：twt社區(qū) 2022-09-20 07:36:43

隨著云原生時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)會(huì)采用云原生架構(gòu)。存儲(chǔ)系統(tǒng)作為承載業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行的核心組件，在云原生的架構(gòu)下，也面臨著新的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)以及存儲(chǔ)系統(tǒng)自身也受到了云原生架構(gòu)的影響，逐漸發(fā)展出云原生數(shù)據(jù)庫(kù)和云原生存儲(chǔ)系統(tǒng)。

一、引言

IT業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)急劇增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)需求變化快，流量的波峰波谷的不可預(yù)測(cè)性，因此現(xiàn)有傳統(tǒng)體應(yīng)用架構(gòu)無(wú)法滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。容器技術(shù)在此背景下，應(yīng)運(yùn)而生。基于容器云的數(shù)字化技術(shù)，帶來(lái)對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量的提升；提升運(yùn)維效率；降低IT建設(shè)成本，提升資源利用率；能協(xié)助用戶采用新的技術(shù)，快速上線新業(yè)務(wù)。隨著企業(yè)應(yīng)用上云越來(lái)越多地選擇使用容器化方式，容器服務(wù)在不同的云廠商中都有大幅度的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，容器服務(wù)已經(jīng)逐步成為云原生時(shí)代新的基礎(chǔ)設(shè)施和最佳使用云資源的入口。容器是隨時(shí)可以銷毀，當(dāng)容器消失時(shí)，數(shù)據(jù)也會(huì)隨之消失，因此容器數(shù)據(jù)的持久化，是必不可少的。同時(shí)，尤其是視頻、5G、直播、大型金融服務(wù)商等突發(fā)應(yīng)用彈性擴(kuò)容大量只讀容器，對(duì)資源彈性的能力要求非常高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需具備極致彈性和極速伸縮能力的應(yīng)用場(chǎng)景。

二、云原生存儲(chǔ)遇到的問(wèn)題

問(wèn)題如下:1.易用性：存儲(chǔ)服務(wù)部署、運(yùn)維復(fù)雜，云原生化程度低，缺少與主流編排平臺(tái)整合。2.高性能：大量應(yīng)用IO訪問(wèn)，IOPS需求高，低時(shí)延，性能成為應(yīng)用運(yùn)行效率瓶頸。3.高可用：云原生存儲(chǔ)已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)境，需要高可靠/高可用，不能出現(xiàn)單點(diǎn)故障。4.敏捷性：PV快速創(chuàng)建、銷毀、平滑的擴(kuò)展/收縮，PV隨Pod遷移而快速遷移等。

三、云原生存儲(chǔ)方案

3.1 本地磁盤

3.1.1 本地磁盤架構(gòu)

3.1.2 本地磁盤優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1.性能好，數(shù)據(jù)可靠。由于磁盤和應(yīng)用系統(tǒng)中間的IO路徑最短，本地磁盤可以提供最佳的性能。同時(shí)RAID提供了一定程度的可靠性的保證，可以避免因單個(gè)磁盤故障而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。2.簡(jiǎn)單。在服務(wù)器的硬盤槽上插上硬盤，并利用HBA卡或軟件的方式制作RAID，劃分邏輯卷，格式化成某種文件系統(tǒng)后，掛載到容器中。缺點(diǎn)：1.由于容器的動(dòng)態(tài)性，pod會(huì)漂移至其他節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致pod無(wú)法使用之前節(jié)點(diǎn)磁盤上的數(shù)據(jù) 。2.本地磁盤無(wú)法提供節(jié)點(diǎn)級(jí)別的高可用，當(dāng)物理節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由于數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在故障節(jié)點(diǎn)上，所以應(yīng)用無(wú)法被恢復(fù)到其他節(jié)點(diǎn)。3.本地磁盤在敏捷性上也無(wú)法滿足業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)使用的存儲(chǔ)空間受限于本地磁盤的大小，如果達(dá)到磁盤空間的上限后難以擴(kuò)容。部署RAID也是相當(dāng)耗時(shí)的操作，難以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)部署大量的應(yīng)用系統(tǒng)。4.后期運(yùn)維耗費(fèi)人力，維護(hù)困難。

3.1.3 應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)狀態(tài)服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)pod固定的場(chǎng)景。
io密集型應(yīng)用服務(wù)，特別對(duì)磁盤網(wǎng)絡(luò)io敏感的服務(wù)。

3.2 集中式存儲(chǔ)NFS

3.2.1 NFS系統(tǒng)架構(gòu)

NFS是C/S架構(gòu)，分為兩部分：NFS客戶端與NFS服務(wù)端，二者不直接通信，通過(guò)RPCbind服務(wù)傳遞信息。
NFS客戶端和服務(wù)端，基于TCP/IP協(xié)議通信。

3.2.2 集中式存儲(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1.容易上手。2.方便部署非常快速，維護(hù)十分簡(jiǎn)單。3.兼容Linux系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。4.基于TCP/IP協(xié)議通信，適用性和兼容性好。5.遠(yuǎn)程共享數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)高可用的問(wèn)題。缺點(diǎn)：1.盡管集中式存儲(chǔ)可以為單個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供較高的性能保證，但是當(dāng)面臨大量業(yè)務(wù)并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，存儲(chǔ)控制器則成為了性能瓶頸。如果想要滿足大量業(yè)務(wù)對(duì)性能需求，需要采用多套集中式存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理成本也會(huì)急劇上升。2.此外，由于集中式存儲(chǔ)誕生在幾十年前，在設(shè)計(jì)上就沒(méi)有把敏捷性和運(yùn)維便利性考慮進(jìn)去，無(wú)法應(yīng)對(duì)短時(shí)間內(nèi)大量Volume的并發(fā)創(chuàng)建和銷毀操作，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)敏捷性的要求。

3.2.3 應(yīng)用場(chǎng)景

多個(gè)不同應(yīng)用系統(tǒng)，共享同一文件目錄。
Pod漂移后，數(shù)據(jù)不丟失，而且不用固定pod所在的節(jié)點(diǎn)。

3.3 云原生分布式存儲(chǔ)OpenEBS

3.3.1 OpenEBS系統(tǒng)架構(gòu)

1.Openebs主要分為兩部分：OpenEBS控制層和OpenEBS數(shù)據(jù)引擎。2.數(shù)據(jù)引擎是OpenEBS的核心，負(fù)責(zé)代表它們所服務(wù)的有狀態(tài)工作負(fù)載對(duì)底層持久存儲(chǔ)執(zhí)行讀寫操作。3.控制層主要負(fù)責(zé)與Kubernetes CSI交互，管理卷的生命周期；與Prometheus/ Grafana集成，遙測(cè)和監(jiān)控存儲(chǔ)。

3.3.2 分布式存儲(chǔ)OpenEBS優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

容器附加存儲(chǔ)的聲明式供應(yīng)。
使用同步數(shù)據(jù)復(fù)制的持久性和高可用性。OpenEBS通過(guò)Jiva，cStor和Mayastor存儲(chǔ)引擎，能夠保障數(shù)據(jù)復(fù)制同步和高可用性。
通過(guò)快照和克隆進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。cStor存儲(chǔ)引擎，支持快照和克隆，且對(duì)快照的數(shù)量沒(méi)有限制。
通過(guò)備份和還原進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)。通過(guò)OpenEBS Velero插件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù) 。

使用Prometheus指標(biāo)和Grafana儀表板的可觀察性。OpenEBS提供存儲(chǔ)相關(guān)指標(biāo)，比如卷的IOPS、吞吐量、延遲和數(shù)據(jù)模式等。

缺點(diǎn)：

架構(gòu)復(fù)雜，不易上手，需要較強(qiáng)的技術(shù)能力和運(yùn)維能力；
數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。對(duì)于數(shù)據(jù)一致性要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)景，分布式存儲(chǔ)的性能可能就稍弱了，因?yàn)榉植际降慕Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)同步是一個(gè)大問(wèn)題，雖然現(xiàn)在技術(shù)一致在進(jìn)步，但是也不如傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式可靠。

3.3.3 OpenEBS應(yīng)用場(chǎng)景

有狀態(tài)服務(wù)的數(shù)據(jù)持久化。
服務(wù)數(shù)據(jù)的快照，克隆。
服務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備恢復(fù)。

四、如何選擇容器云存儲(chǔ)

1. 容器服務(wù)是否是集群架構(gòu)?

獨(dú)立非集群的服務(wù)，可以使用本地存儲(chǔ)。本地存儲(chǔ)io不走網(wǎng)絡(luò)。
集群服務(wù)，需要共享目錄，應(yīng)該使用NAS存儲(chǔ)或者分布式存儲(chǔ)解決。

2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型?

容器存儲(chǔ)以塊和文件類型，給容器服務(wù)提供存儲(chǔ)資源。容器Pod根據(jù)業(yè)務(wù)需求，選擇塊存儲(chǔ)和文件存儲(chǔ)。

3. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的重要性?

數(shù)據(jù)的機(jī)密性。存儲(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
數(shù)據(jù)安全性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持快照，備份。
數(shù)據(jù)遷移和拷貝。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持?jǐn)?shù)據(jù)遷移，數(shù)據(jù)拷貝。
數(shù)據(jù)災(zāi)難恢復(fù)。

4. 容器服務(wù)特征?

容器服務(wù)是否為有狀態(tài)服務(wù)和無(wú)狀態(tài)服務(wù)。通常情況下，有狀態(tài)服務(wù)是需要持久化數(shù)據(jù)；其次存儲(chǔ)需要支持動(dòng)態(tài)創(chuàng)建存儲(chǔ)。
容器的生命周期及啟動(dòng)和停止運(yùn)行的頻率。高啟停頻率的系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)持久化的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛行┐鎯?chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的不是處理容器存儲(chǔ)資源的頻繁、快速供應(yīng)和回收。