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    云原生時代,存儲長什么樣?

    科技云報道原創(chuàng)。

    據(jù)IDC稱,到2023年,將有超5億的應(yīng)用和服務(wù)以云原生的方式進(jìn)行開發(fā)和部署,這一數(shù)字與過去40年以來人們開發(fā)的應(yīng)用總數(shù)相當(dāng)。

    云原生的加速發(fā)展為每個行業(yè)帶來新的競爭需求,云原生和容器正在迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用程序開發(fā)和底層云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的新藍(lán)圖。

    但值得注意的是,據(jù)CNCF調(diào)查顯示,目前存儲系統(tǒng)依然是云原生場景使用和部署中面臨的最主要障礙之一。

    云原生環(huán)境對存儲帶來新挑戰(zhàn)

    存儲系統(tǒng)一直以來都是基礎(chǔ)設(shè)施軟件中的核心之一。無論業(yè)務(wù)采用什么樣的運行環(huán)境和架構(gòu),都離不開存儲系統(tǒng)的支撐。

    在過去的30年中,業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行環(huán)境經(jīng)歷了巨大的變化,從單獨部署的物理機,小規(guī)模部署的虛擬化環(huán)境,大規(guī)模部署的云環(huán)境,以及目前的云原生平臺。在這個變革的過程中,業(yè)務(wù)系統(tǒng)對平臺敏捷性的要求越來越高。

    在物理機時代,運維人員需要手動配置存儲系統(tǒng)和部署業(yè)務(wù)系統(tǒng),業(yè)務(wù)上線以周為單位。而在云原生時代,每分鐘都可能發(fā)布新的應(yīng)用版本,每天都可能有大量的業(yè)務(wù)要上線。

    這意味著,云原生時代的存儲系統(tǒng),除了要滿足性能、穩(wěn)定性、可靠性的要求以外,還要滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)對敏捷性的要求,能夠通過統(tǒng)一的編排系統(tǒng)配合業(yè)務(wù)上線,并且可以實現(xiàn)快速擴容。

    同時,為了減輕運維管理員的工作負(fù)擔(dān),存儲系統(tǒng)自身的自動化運維能力,也成為運維團隊關(guān)注的核心焦點。

    盡管在云原生技術(shù)日益普及的今天,在Kubernetes上運行無狀態(tài)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,平滑擴展能力也很強,但對于有狀態(tài)的應(yīng)用,數(shù)據(jù)需要持久化存儲,還有很大提升的空間,面臨著很多挑戰(zhàn)。

    據(jù)CNCF對于“在使用/部署容器過程中遇到的挑戰(zhàn)”的調(diào)查報告中顯示,云原生存儲遇到的挑戰(zhàn)表現(xiàn)在以下幾個方面:

    易用性:存儲服務(wù)部署、運維復(fù)雜,云原生化程度低,缺少與主流編排平臺整合

    高性能:大量應(yīng)用IO訪問,IOPS需求高,低時延,性能成為應(yīng)用運行效率瓶頸

    高可用:云原生存儲已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)境,需要高可靠/高可用,不能出現(xiàn)單點故障

    敏捷性:PV快速創(chuàng)建、銷毀、平滑的擴展/收縮,PV隨Pod遷移而快速遷移

    ??云原生存儲應(yīng)具備哪些特點?

    云原生存儲作為一種存儲系統(tǒng),可靠性、性能、高可用等特點都是必不可少的。除此之外,云原生環(huán)境對存儲系統(tǒng)提出了更高的要求。

    面對諸多挑戰(zhàn)云原生存儲應(yīng)具備哪些特點呢?

    ?盡量減少環(huán)境依賴

    云原生存儲系統(tǒng)應(yīng)盡量不對軟硬件環(huán)境存在任何依賴,例如對內(nèi)核的依賴,對特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和磁盤型號的依賴等等。只有盡量少的依賴,才能夠做到最大的適配性。

    避免資源消耗過高

    云原生存儲系統(tǒng)以容器的形式和業(yè)務(wù)系統(tǒng)混合部署在容器平臺上。如果存儲系統(tǒng)占用過多的計算資源(CPU、內(nèi)存),則會導(dǎo)致整體投入成本太高。

    聲明式運維方式

    存儲系統(tǒng)應(yīng)支持通過聲明式的接口進(jìn)行運維管理,同時支持一定程度的自動化運維,包括在線擴容、升級等等。當(dāng)發(fā)生硬件故障時,存儲服務(wù)可以自動恢復(fù),以保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)不受影響。

    云原生生態(tài)

    云原生存儲還需要能夠很好地和其他云原生基礎(chǔ)設(shè)施配合,例如云原生數(shù)據(jù)庫,使得云原生數(shù)據(jù)庫可以真正的在公有云和私有云都能夠得到一致的用戶體驗。同時,云原生存儲應(yīng)該很好地和云原生的運維生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合,包括監(jiān)控、報警、日志處理等待。

    總體而言,云原生存儲系統(tǒng)可以運行在各種不同服務(wù)商提供的公有云環(huán)境或私有云環(huán)境中,并且為運維人員提供相同接口和運維方式,極大降低運維團隊的負(fù)擔(dān)。

    市場上的云原生存儲方案

    為了更好的理解在云環(huán)境中如何構(gòu)建云原生存儲,先看幾個在Kubernetes企業(yè)環(huán)境中部署主流的云原生存儲方案。

    ??Ceph?on?Kubernetes?with?Rook??

    Ceph是圣克魯茲加利福尼亞大學(xué)的Sage?Weil在2003年開發(fā)的,也是他博士學(xué)位項目中的一部分。Ceph?LTS成熟穩(wěn)定、高可用、生態(tài)強大,在云原生時代和Kubernets緊密集成。

    Ceph基于RADOS(Reliable?Autonomic?Distributed?Object?Store)的高可用存儲,在云原生時代之前已經(jīng)廣泛生產(chǎn)部署的高可用存儲,支持最廣泛的塊存儲RBD、文件POSIX?Cephfs,以及對象存儲訪問協(xié)議。

    RedHat/SUSE目前是Ceph最主要的商業(yè)化支持者,在多個容器平臺落地案例中,RBD、CephFS?都被采用作為容器平臺實施的主要存儲,用來彌補基礎(chǔ)云存儲的缺失。

    Rook目前是在Kubernetes產(chǎn)品級可用的部署和運維Ceph編排工具。

    ??Portworx??

    Portworx以容器服務(wù)的方式部署,每個節(jié)點稱為PX,向下對接各種公有云的塊存儲或者裸金屬服務(wù)器,向上提供塊或文件服務(wù)。

    不綁定硬件形態(tài)和廠商,可接入任何一家公有云或者自建服務(wù)器集群(只需支持iSCSI或FC?協(xié)議),目前Portworx主打能力云災(zāi)備DR、多云復(fù)制,具備完備的快照(ROW)、多云管理、同步復(fù)制(RTO,秒級)異步復(fù)制(RPO<=15min),可以通過Kubernetes?CRD申明方式,優(yōu)雅實現(xiàn)持久化云下應(yīng)用帶數(shù)據(jù)自動遷移云上能力。PX可以獨立部署,并不強依賴Kubernetes的容器網(wǎng)絡(luò)。

    ??OpenEBS??

    OpenEBS基于Kubernetes構(gòu)建的開源版EBS,軟件定義PV:將各種介質(zhì),包括本地磁盤、云等各種存儲統(tǒng)一池化和管理。使用iSCSI作為存儲協(xié)議。沒有綁定某一個廠商的存儲,可以靈活的接入各種存儲的一個原因。

    從某種意義上,OpenEBS也是更加靈活、輕量。但是強依賴容器網(wǎng)絡(luò),增加了抽象層OpenEBS?layer,?寫入操作要通過抽象層,并且每個卷PV都有獨立的controller,增加了額外的開銷,雖然可以做到更靈活,但相比于Portworx、Ceph來說,其在性能上有比較大的劣勢。

    目前,已經(jīng)有大量的企業(yè)在將自身的存儲能力引入到Kubernetes中。

    在CNCF公布的《2019?Cloud?Native?Computing?Foundation》市場調(diào)研中,分析了當(dāng)前和未來K8s采用情況,其中許多用戶將他們當(dāng)前的存儲和云的供應(yīng)商列為云原生候選名單中。

    調(diào)查顯示,在云原生存儲的選擇上,用戶最常使用Amazon?EBS、Google?Persistent?Disk和Azure?Disk?Storage。

    第二梯隊的是Ceph、CSI和Gluster,其中37%的Gluster用戶也使用Ceph。Ceph和Gluster是分布式文件系統(tǒng),在多個節(jié)點之間添加了持久層。但是,它們沒有很好地集成到K8s工具和工作流中,因而可能更難以維護和配置。

    剩下的第三梯隊產(chǎn)品,基本是由以存儲為中心的服務(wù)商提供的服務(wù),如Dell?EMC、NetApp和Pure?Storage。最初,Kubernetes集成了卷插件以連接到這些產(chǎn)品的存儲后端。不幸的是,上游Kubernetes發(fā)行版變得十分臃腫。這意味著對插件的任何微小更新或更改都要重建和編譯整個代碼。

    而對于傳統(tǒng)存儲,客戶可能會有更多抱怨聲。例如,選擇Pure?Storage的客戶中有46%的在處理與容器相關(guān)的存儲方面遇到了挑戰(zhàn),而Kubernetes的普通用戶這一比例僅為27%。盡管有13%的用戶使用了容器存儲接口(CSI),但問題難免還是會出現(xiàn)。

    事實情況是,傳統(tǒng)存儲供應(yīng)商包括純?nèi)萜鞔鎯Ψ?wù)商在內(nèi),正有轉(zhuǎn)向CSI的趨勢。雖然總體上只有13%的用戶在考慮使用CSI,但在存在存儲挑戰(zhàn)的用戶群中,對CSI的需求一躍升至22%。

    結(jié)語

    隨著云原生時代的到來,越來越多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)會采用云原生架構(gòu)。存儲系統(tǒng)作為承載業(yè)務(wù)穩(wěn)定運行的核心組件,在云原生的架構(gòu)下,其重要性也相應(yīng)地逐漸提高。

    事實上,云原生存儲遇到的性能、彈性、高可用、加密、隔離、可觀測性、生命周期等方面的問題,不但需要存儲產(chǎn)品層次的改進(jìn),更需要在云原生的控制/數(shù)據(jù)平面的改進(jìn),以推進(jìn)云原生存儲的演進(jìn),而這正是新老存儲廠商有待優(yōu)化和提供的服務(wù)空間。

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    2021-07-12
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