一、 引言

IT業務發展迅速，業務數據急劇增長，業務需求變化快，流量的波峰波谷的不可預測性，因此現有傳統體應用架構無法滿足當前業務需求。容器技術在此背景下，應運而生。基于容器云的數字化技術，帶來對用戶的服務質量的提升；提升運維效率；降低IT建設成本，提升資源利用率；能協助用戶采用新的技術，快速上線新業務。隨著企業應用上云越來越多地選擇使用容器化方式，容器服務在不同的云廠商中都有大幅度的業務增長，容器服務已經逐步成為云原生時代新的基礎設施和最佳使用云資源的入口。容器是隨時可以銷毀，當容器消失時，數據也會隨之消失，因此容器數據的持久化，是必不可少的。同時，尤其是視頻、5G、直播、大型金融服務商等突發應用彈性擴容大量只讀容器，對資源彈性的能力要求非常高，數據存儲需具備極致彈性和極速伸縮能力的應用場景。

二、 云原生存儲遇到的問題

問題如下:1.易用性：存儲服務部署、運維復雜，云原生化程度低，缺少與主流編排平臺整合。2.高性能：大量應用IO訪問，IOPS需求高，低時延，性能成為應用運行效率瓶頸。3.高可用：云原生存儲已經應用到生產環境，需要高可靠/高可用，不能出現單點故障。4.敏捷性：PV快速創建、銷毀、平滑的擴展/收縮，PV隨Pod遷移而快速遷移等。

三、 云原生存儲方案

3.1 本地磁盤

3.1.1 本地磁盤架構

3.1.2 本地磁盤優缺點

優點：1.性能好，數據可靠。由于磁盤和應用系統中間的IO路徑最短，本地磁盤可以提供最佳的性能。同時RAID提供了一定程度的可靠性的保證，可以避免因單個磁盤故障而導致的數據丟失。2.簡單。在服務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后，掛載到容器中。缺點：1.由于容器的動態性，pod會漂移至其他節點，導致pod無法使用之前節點磁盤上的數據 。2.本地磁盤無法提供節點級別的高可用，當物理節點發生故障時，由于數據都存儲在故障節點上，所以應用無法被恢復到其他節點。3.本地磁盤在敏捷性上也無法滿足業務需求，業務使用的存儲空間受限于本地磁盤的大小，如果達到磁盤空間的上限后難以擴容。部署RAID也是相當耗時的操作，難以實現在短時間內部署大量的應用系統。4.后期運維耗費人力，維護困難。

3.1.3 應用場景

• 無狀態服務，應用服務pod固定的場景。
• io密集型應用服務，特別對磁盤網絡io敏感的服務。

3.2 集中式存儲NFS

3.2.1 NFS系統架構

• NFS是C/S架構，分為兩部分：NFS客戶端與NFS服務端，二者不直接通信，通過RPCbind服務傳遞信息。
• NFS客戶端和服務端，基于TCP/IP協議通信。

3.2.2 集中式存儲的優缺點

優點：1.容易上手。2.方便部署非常快速，維護十分簡單。3.兼容Linux系統和Windows系統。4.基于TCP/IP協議通信，適用性和兼容性好。5.遠程共享數據，解決了數據高可用的問題。缺點：1.盡管集中式存儲可以為單個業務系統提供較高的性能保證，但是當面臨大量業務并發訪問時，存儲控制器則成為了性能瓶頸。如果想要滿足大量業務對性能需求，需要采用多套集中式存儲系統，存儲系統的管理成本也會急劇上升。2.此外，由于集中式存儲誕生在幾十年前，在設計上就沒有把敏捷性和運維便利性考慮進去，無法應對短時間內大量Volume的并發創建和銷毀操作，無法滿足業務系統對敏捷性的要求。

3.2.3 應用場景

• 多個不同應用系統，共享同一文件目錄。
• Pod漂移后，數據不丟失，而且不用固定pod所在的節點。

3.3 云原生分布式存儲OpenEBS

3.3.1 OpenEBS系統架構

1.Openebs主要分為兩部分：OpenEBS控制層和OpenEBS數據引擎。2.數據引擎是OpenEBS的核心，負責代表它們所服務的有狀態工作負載對底層持久存儲執行讀寫操作。3.控制層主要負責與Kubernetes CSI交互，管理卷的生命周期；與Prometheus/ Grafana集成，遙測和監控存儲。

3.3.2 分布式存儲OpenEBS優缺點

優點：

• 容器附加存儲的聲明式供應。
• 使用同步數據復制的持久性和高可用性。OpenEBS通過Jiva，cStor和Mayastor存儲引擎，能夠保障數據復制同步和高可用性。
• 通過快照和克隆進行數據保護。cStor存儲引擎，支持快照和克隆，且對快照的數量沒有限制。
• 通過備份和還原進行災難恢復。通過OpenEBS Velero插件，實現數據的備份和恢復 。

使用Prometheus指標和Grafana儀表板的可觀察性。OpenEBS提供存儲相關指標，比如卷的IOPS、吞吐量、延遲和數據模式等。

缺點：

• 架構復雜，不易上手，需要較強的技術能力和運維能力；
• 數據一致性問題。對于數據一致性要求比較高的應用場景，分布式存儲的性能可能就稍弱了，因為分布式的結構，數據同步是一個大問題，雖然現在技術一致在進步，但是也不如傳統存儲設備數據存儲方式可靠。

3.3.3 OpenEBS應用場景

• 有狀態服務的數據持久化。
• 服務數據的快照，克隆。
• 服務數據災備恢復。

四、如何選擇容器云存儲

1. 容器服務是否是集群架構?

• 獨立非集群的服務，可以使用本地存儲。本地存儲io不走網絡。
• 集群服務，需要共享目錄，應該使用NAS存儲或者分布式存儲解決。

2. 數據存儲類型?

容器存儲以塊和文件類型，給容器服務提供存儲資源。容器Pod根據業務需求，選擇塊存儲和文件存儲。

3. 業務數據的重要性?

• 數據的機密性。存儲對數據進行加密。
• 數據安全性。數據存儲支持快照，備份。
• 數據遷移和拷貝。數據存儲支持數據遷移，數據拷貝。
• 數據災難恢復。

4. 容器服務特征?

• 容器服務是否為有狀態服務和無狀態服務。通常情況下，有狀態服務是需要持久化數據；其次存儲需要支持動態創建存儲。
• 容器的生命周期及啟動和停止運行的頻率。高啟停頻率的系統會帶來數據持久化的挑戰，因為有些存儲系統的設計目的不是處理容器存儲資源的頻繁、快速供應和回收。

五、結語

隨著云原生時代的到來，越來越多的業務系統會采用云原生架構。存儲系統作為承載業務穩定運行的核心組件，在云原生的架構下，也面臨著新的挑戰。與此同時，數據庫以及存儲系統自身也受到了云原生架構的影響，逐漸發展出云原生數據庫和云原生存儲系統。未來可以看到越來越多的云原生數據庫和云原生存儲出現在數據中心中，成為被廣泛使用的技術。