Esegui il deployment di un workload stateful con Filestore

Questo tutorial mostra come eseguire il deployment di un semplice workload stateful in lettura/scrittura utilizzando un volume permanente (PV) e una richiesta di volume permanente (PVC) su Google Kubernetes Engine (GKE). Segui questo tutorial per scoprire come progettare per la scalabilità utilizzando Filestore, il file system di rete gestito di Google Cloud.

Sfondo

Per loro natura, i pod sono temporanei. Ciò significa che GKE distrugge lo stato e il valore archiviati in un pod quando viene eliminato, rimosso o riprogrammato.

In qualità di operatore di applicazioni, potresti voler gestire i workload stateful. Alcuni esempi di questi workload includono applicazioni che elaborano articoli di WordPress, app di messaggistica e app che elaborano operazioni di machine learning.

Utilizzando Filestore su GKE, puoi eseguire le seguenti operazioni:

• Esegui il deployment di carichi di lavoro stateful scalabili.
• Consenti a più pod di avere ReadWriteMany come accessMode, in modo che più pod possano leggere e scrivere contemporaneamente nello stesso spazio di archiviazione.
• Configura GKE per montare i volumi in più pod contemporaneamente.
• Mantieni lo spazio di archiviazione quando i pod vengono rimossi.
• Consenti ai pod di condividere i dati e di scalare facilmente.

Configura l'archiviazione di file gestiti con Filestore utilizzando CSI

GKE offre un modo per eseguire automaticamente il deployment e la gestione del driver CSI Kubernetes Filestore nei cluster. L'utilizzo di Filestore CSI consente di creare o eliminare dinamicamente istanze Filestore e utilizzarle nei carichi di lavoro Kubernetes con un StorageClass o un Deployment.

Puoi creare una nuova istanza Filestore creando una PVC che esegue il provisioning dinamico di un'istanza Filestore e del PV oppure accedere a istanze Filestore di cui è stato eseguito il provisioning preliminare nei carichi di lavoro Kubernetes.

Nota :per utilizzare il driver CSI Filestore, i cluster devono utilizzare GKE versione 1.21 o successive.

Nuova istanza

Crea la classe di archiviazione

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: filestore-sc
provisioner: filestore.csi.storage.gke.io
volumeBindingMode: Immediate
allowVolumeExpansion: true
parameters:
  tier: standard
  network: default

• volumeBindingMode è impostato su Immediate, il che consente di iniziare immediatamente il provisioning del volume.
• tier è impostato su standard per ridurre i tempi di creazione dell'istanza Filestore. Se hai bisogno di uno spazio di archiviazione NFS con maggiore disponibilità, snapshot per il backup dei dati, replica dei dati in più zone e altre funzionalità di livello aziendale, imposta tier su enterprise. Nota: se reclaimPolicy in StorageClass non è impostato, il criterio di recupero per i PV creati dinamicamente viene impostato su Delete per impostazione predefinita.

1. Crea la risorsa StorageClass:

   kubectl create -f filestore-storageclass.yaml
   

2. Verifica che la classe di archiviazione sia stata creata:

   kubectl get sc
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                     PROVISIONER                    RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
   filestore-sc             filestore.csi.storage.gke.io   Delete          Immediate              true                   94m
   

Istanza di cui è stato eseguito il provisioning preliminare

Crea la classe di archiviazione

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: filestore-sc
provisioner: filestore.csi.storage.gke.io
volumeBindingMode: Immediate
allowVolumeExpansion: true

Se volumeBindingMode è impostato su Immediate, consente di iniziare il provisioning del volume immediatamente.

1. Crea la risorsa StorageClass:

     kubectl create -f preprov-storageclass.yaml
   

2. Verifica che la classe di archiviazione sia stata creata:

     kubectl get sc
   

   L'output è simile al seguente:

     NAME                     PROVISIONER                    RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE      ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
     filestore-sc             filestore.csi.storage.gke.io   Delete          Immediate              true                   94m
   

Crea un Persistent Volume per l'istanza Filestore

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: fileserver
  annotations:
    pv.kubernetes.io/provisioned-by: filestore.csi.storage.gke.io
spec:
  storageClassName: filestore-sc
  capacity:
    storage: 1Ti
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
  volumeMode: Filesystem
  csi:
    driver: filestore.csi.storage.gke.io
    # Modify this to use the zone, filestore instance and share name.
    volumeHandle: "modeInstance/<LOCATION>/<INSTANCE_NAME>/<FILE_SHARE_NAME>"
    volumeAttributes:
      ip: <IP_ADDRESS> # Modify this to Pre-provisioned Filestore instance IP
      volume: <FILE_SHARE_NAME> # Modify this to Pre-provisioned Filestore instance share name

1. Verifica che l'istanza Filestore preesistente sia pronta:

     gcloud filestore instances list
   

   L'output è simile al seguente, in cui il valore STATE è READY:

     INSTANCE_NAME: stateful-filestore
     LOCATION: us-central1-a
     TIER: ENTERPRISE
     CAPACITY_GB: 1024
     FILE_SHARE_NAME: statefulpath
     IP_ADDRESS: 10.109.38.98
     STATE: READY
     CREATE_TIME: 2022-04-05T18:58:28
   

   Prendi nota di INSTANCE_NAME, LOCATION, FILE_SHARE_NAME e IP_ADDRESS dell'istanza Filestore.

2. Compila le variabili della console dell'istanza Filestore:

     INSTANCE_NAME=INSTANCE_NAME
     LOCATION=LOCATION
     FILE_SHARE_NAME=FILE_SHARE_NAME
     IP_ADDRESS=IP_ADDRESS
   

3. Sostituisci le variabili segnaposto con le variabili della console ottenute in precedenza nel file preprov-pv.yaml:

     sed "s/<INSTANCE_NAME>/$INSTANCE_NAME/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<LOCATION>/$LOCATION/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<FILE_SHARE_NAME>/$FILE_SHARE_NAME/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
     sed "s/<IP_ADDRESS>/$IP_ADDRESS/" preprov-pv.yaml > changed.yaml && mv changed.yaml preprov-pv.yaml
   

4. Crea il PV

     kubectl apply -f preprov-pv.yaml
   

5. Verifica che STATUS del PV sia impostato su Bound:

     kubectl get pv
   

   L'output è simile al seguente:

     NAME        CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                STORAGECLASS    REASON   AGE
     fileserver  1Ti        RWX            Delete           Bound    default/fileserver   filestore-sc             46m
   

Usa un oggetto PersistentVolumeClaim per accedere al volume

Il seguente file manifest pvc.yaml fa riferimento al StorageClass del driver CSI Filestore denominato filestore-sc.

Per avere più pod del lettore e del writer nel volume, accessMode è impostato su ReadWriteMany.

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: fileserver
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  storageClassName: filestore-sc
  resources:
    requests:
      storage: 1Ti

1. Esegui il deployment della PVC:

   kubectl create -f pvc.yaml
   

2. Verifica che il PVC sia stato creato:

   kubectl get pvc
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME         STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS        AGE
   fileserver   Bound    pvc-aadc7546-78dd-4f12-a909-7f02aaedf0c3   1Ti        RWX            filestore-sc        92m
   

3. Verifica che l'istanza Filestore appena creata sia pronta:

   gcloud filestore instances list
   

   L'output è simile al seguente:

   INSTANCE_NAME: pvc-5bc55493-9e58-4ca5-8cd2-0739e0a7b68c
   LOCATION: northamerica-northeast2-a
   TIER: STANDARD
   CAPACITY_GB: 1024
   FILE_SHARE_NAME: vol1
   IP_ADDRESS: 10.29.174.90
   STATE: READY
   CREATE_TIME: 2022-06-24T18:29:19
   

Nota: la creazione dell'istanza di Filestore può richiedere 5 minuti. Nell'attesa, vai al passaggio successivo.

Crea un pod del lettore e del writer

In questa sezione, creerai un pod del lettore e un pod del writer. Questo tutorial utilizza i deployment Kubernetes per creare i pod. Un deployment è un oggetto API Kubernetes che ti consente di eseguire più repliche di pod distribuite tra i nodi di un cluster.

Crea il pod del lettore

Il pod del lettore leggerà il file scritto dai pod del writer. I pod di lettore vedranno l'ora e la replica del pod di writer che ha scritto nel file.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: reader
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: reader
  template:
    metadata:
      labels:
        app: reader
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:stable-alpine
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: fileserver
          mountPath: /usr/share/nginx/html # the shared directory 
          readOnly: true
      volumes:
      - name: fileserver
        persistentVolumeClaim:
          claimName: fileserver

Il pod del lettore leggerà dal percorso /usr/share/nginx/html condiviso tra tutti i pod.

1. Esegui il deployment del pod del lettore:

   kubectl apply -f reader-fs.yaml
   

2. Verifica che le repliche del lettore siano in esecuzione con una query sull'elenco dei pod:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          3m30s
   

Nota: mentre viene creato il pod reader, procedi al passaggio successivo.

Crea il pod del writer

Il pod writer scrive periodicamente in un file condiviso a cui possono accedere altri pod writer e reader. Il pod writer registra la sua presenza scrivendo il nome host nel file condiviso.

L'immagine utilizzata per il pod writer è un'immagine personalizzata di Alpine Linux, che viene utilizzata per le utilità e le applicazioni di produzione. Include uno script indexInfo.html che recupera i metadati dell'ultimo autore e tiene traccia di tutti gli autori unici e delle scritture totali.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: writer
spec:
  replicas: 2 # start with 2 replicas
  selector:
    matchLabels:
      app: writer
  template:
    metadata:
      labels:
        app: writer
    spec:
      containers:
      - name: content
        image: us-docker.pkg.dev/google-samples/containers/gke/stateful-workload:latest
        volumeMounts:
        - name: fileserver
          mountPath: /html # the shared directory
        command: ["/bin/sh", "-c"]
        args:
        - cp /htmlTemp/indexInfo.html /html/index.html;
          while true; do
          echo "<b> Date :</b> <text>$(date)</text> <b> Writer :</b> <text2> ${HOSTNAME} </text2> <br>  " >> /html/indexData.html;
          sleep 30;  
          done
      volumes:
      - name: fileserver
        persistentVolumeClaim:
          claimName: fileserver

Per questo tutorial, il pod writer scrive ogni 30 secondi nel percorso /html/index.html. Modifica il valore del numero sleep per avere una frequenza di scrittura diversa.

1. Esegui il deployment del pod del writer:

   kubectl apply -f writer-fs.yaml
   

2. Verifica che i pod di scrittura siano in esecuzione con una query sull'elenco dei pod:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          3m30s
   writer-855565fbc6-8gh2k   1/1     Running   0          2m31s
   writer-855565fbc6-lls4r   1/1     Running   0          2m31s
   

   Nota: la creazione del pod può richiedere fino a cinque minuti.

Esporre il workload del lettore a un bilanciatore del carico del servizio e accedervi

Per esporre un carico di lavoro all'esterno del cluster, crea un servizio di tipo LoadBalancer. Questo tipo di servizio crea un bilanciatore del carico esterno con un indirizzo IP raggiungibile tramite internet.

1. Crea un servizio di tipo LoadBalancer denominato reader-lb:

   kubectl create -f loadbalancer.yaml
   

2. Guarda il deployment per vedere che GKE assegna un EXTERNAL-IP per il servizio reader-lb:

   kubectl get svc --watch
   

   Quando Service è pronto, la colonna EXTERNAL-IP mostra l'indirizzo IP pubblico del bilanciatore del carico:

     NAME         TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)        AGE
     kubernetes   ClusterIP      10.8.128.1    <none>          443/TCP        2d21h
     reader-lb    LoadBalancer   10.8.131.79   34.71.232.122   80:32672/TCP   2d20h
   

3. Premi Ctrl+C per terminare il processo di monitoraggio.

4. Utilizza un browser web per accedere a EXTERNAL-IP assegnato al bilanciatore del carico. La pagina viene aggiornata ogni 30 secondi. Più sono i writer Pod e più breve è la frequenza, più voci verranno visualizzate.

Per visualizzare ulteriori dettagli sul servizio di bilanciamento del carico, consulta loadbalancer.yaml.

Fai lo scale up del writer

Poiché il PV accessMode è stato impostato su ReadWriteMany, GKE può aumentare il numero di pod in modo che più pod del writer possano scrivere in questo volume condiviso (o più lettori possano leggerli).

1. Aumenta lo scale up di writer a cinque repliche:

   kubectl scale deployment writer --replicas=5
   

   L'output è simile al seguente:

   deployment.extensions/writer scaled
   

   Nota: lo scaling potrebbe richiedere alcuni minuti mentre il cluster alloca più risorse.

2. Verifica il numero di repliche in esecuzione:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   reader-66b8fff8fd-jb9p4   1/1     Running   0          11m
   writer-855565fbc6-8dfkj   1/1     Running   0          4m
   writer-855565fbc6-8gh2k   1/1     Running   0          10m
   writer-855565fbc6-gv5rs   1/1     Running   0          4m
   writer-855565fbc6-lls4r   1/1     Running   0          10m
   writer-855565fbc6-tqwxc   1/1     Running   0          4m
   

3. Utilizza un browser web per tornare a EXTERNAL-IP assegnato al bilanciatore del carico.

A questo punto, hai configurato e scalato il cluster per supportare cinque pod writer stateful. Dove più pod di scrittura scrivono contemporaneamente nello stesso file. Anche i pod reader possono essere facilmente scalati.

(Facoltativo) Accedi ai dati dal pod Writer

Questa sezione mostra come utilizzare un'interfaccia a riga di comando per accedere a un pod di lettura o scrittura. Puoi vedere il componente condiviso in cui lo scrittore sta scrivendo e il lettore sta leggendo.

1. Ottieni il nome del pod del writer:

   kubectl get pods
   

   L'output è simile al seguente:

   NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
   writer-5465d65b46-7hxv4   1/1     Running   0          20d
   

   Prendi nota del nome host di un pod del writer (esempio: writer-5465d65b46-7hxv4).

2. Esegui questo comando per accedere al pod writer:

   kubectl exec -it WRITER_HOSTNAME -- /bin/sh
   

3. Visualizza il componente condiviso nel file indexData.html:

   cd /html
   cat indexData.html
   

4. Cancella il file indexData.html:

   echo '' > indexData.html
   

   Aggiorna il browser web che ospita l'indirizzo EXTERNAL-IP per visualizzare la modifica.

5. Esci dall'ambiente:

   exit