卷快照

在 Kubernetes 中，卷快照 是一个存储系统上卷的快照，本文假设你已经熟悉了 Kubernetes 的持久卷。

介绍

与 PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim 这两个 API 资源用于给用户和管理员制备卷类似， VolumeSnapshotContent 和 VolumeSnapshot 这两个 API 资源用于给用户和管理员创建卷快照。

VolumeSnapshotContent 是从一个卷获取的一种快照，该卷由管理员在集群中进行制备。 就像持久卷（PersistentVolume）是集群的资源一样，它也是集群中的资源。

VolumeSnapshot 是用户对于卷的快照的请求。它类似于持久卷声明（PersistentVolumeClaim）。

VolumeSnapshotClass 允许指定属于 VolumeSnapshot 的不同属性。在从存储系统的相同卷上获取的快照之间， 这些属性可能有所不同，因此不能通过使用与 PersistentVolumeClaim 相同的 StorageClass 来表示。

卷快照能力为 Kubernetes 用户提供了一种标准的方式来在指定时间点复制卷的内容，并且不需要创建全新的卷。 例如，这一功能使得数据库管理员能够在执行编辑或删除之类的修改之前对数据库执行备份。

当使用该功能时，用户需要注意以下几点：

  • API 对象 VolumeSnapshot，VolumeSnapshotContent 和 VolumeSnapshotClass 是 CRD， 不属于核心 API。
  • VolumeSnapshot 支持仅可用于 CSI 驱动。
  • 作为 VolumeSnapshot 部署过程的一部分，Kubernetes 团队提供了一个部署于控制平面的快照控制器， 并且提供了一个叫做 csi-snapshotter 的边车（Sidecar）辅助容器，和 CSI 驱动程序一起部署。 快照控制器监视 VolumeSnapshot 和 VolumeSnapshotContent 对象， 并且负责创建和删除 VolumeSnapshotContent 对象。 边车 csi-snapshotter 监视 VolumeSnapshotContent 对象， 并且触发针对 CSI 端点的 CreateSnapshot 和 DeleteSnapshot 的操作。
  • 还有一个验证性质的 Webhook 服务器，可以对快照对象进行更严格的验证。 Kubernetes 发行版应将其与快照控制器和 CRD（而非 CSI 驱动程序）一起安装。 此服务器应该安装在所有启用了快照功能的 Kubernetes 集群中。
  • CSI 驱动可能实现，也可能没有实现卷快照功能。CSI 驱动可能会使用 csi-snapshotter 来提供对卷快照的支持。详见 CSI 驱动程序文档
  • Kubernetes 负责 CRD 和快照控制器的安装。

卷快照和卷快照内容的生命周期

VolumeSnapshotContents 是集群中的资源。VolumeSnapshots 是对于这些资源的请求。 VolumeSnapshotContents 和 VolumeSnapshots 之间的交互遵循以下生命周期：

制备卷快照

快照可以通过两种方式进行制备：预制备或动态制备。

预制备

集群管理员创建多个 VolumeSnapshotContents。它们带有存储系统上实际卷快照的详细信息，可以供集群用户使用。 它们存在于 Kubernetes API 中，并且能够被使用。

动态制备

可以从 PersistentVolumeClaim 中动态获取快照，而不用使用已经存在的快照。 在获取快照时，卷快照类 指定要用的特定于存储提供程序的参数。

绑定

在预制备和动态制备场景下，快照控制器处理绑定 VolumeSnapshot 对象和其合适的 VolumeSnapshotContent 对象。 绑定关系是一对一的。

在预制备快照绑定场景下，VolumeSnapshotContent 对象创建之后，才会和 VolumeSnapshot 进行绑定。

快照源的持久性卷声明保护

这种保护的目的是确保在从系统中获取快照时，不会将正在使用的 PersistentVolumeClaim API 对象从系统中删除（因为这可能会导致数据丢失）。

如果一个 PVC 正在被快照用来作为源进行快照创建，则该 PVC 是使用中的。如果用户删除正作为快照源的 PVC API 对象， 则 PVC 对象不会立即被删除掉。相反，PVC 对象的删除将推迟到任何快照不在主动使用它为止。 当快照的 Status 中的 ReadyToUse值为 true 时，PVC 将不再用作快照源。

当从 PersistentVolumeClaim 中生成快照时，PersistentVolumeClaim 就在被使用了。 如果删除一个作为快照源的 PersistentVolumeClaim 对象，这个 PersistentVolumeClaim 对象不会立即被删除的。 相反，删除 PersistentVolumeClaim 对象的动作会被放弃，或者推迟到快照的 Status 为 ReadyToUse 时再执行。

删除

删除 VolumeSnapshot 对象触发删除 VolumeSnapshotContent 操作，并且 DeletionPolicy 会紧跟着执行。 如果 DeletionPolicy 是 Delete，那么底层存储快照会和 VolumeSnapshotContent 一起被删除。 如果 DeletionPolicy 是 Retain，那么底层快照和 VolumeSnapshotContent 都会被保留。

卷快照

每个 VolumeSnapshot 包含一个 spec 和一个 status。

  1. apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
  2. kind: VolumeSnapshot
  3. metadata:
  4.   name: new-snapshot-test
  5. spec:
  6.   volumeSnapshotClassName: csi-hostpath-snapclass
  7.   source:
  8.     persistentVolumeClaimName: pvc-test

persistentVolumeClaimName 是 PersistentVolumeClaim 数据源对快照的名称。 这个字段是动态制备快照中的必填字段。

卷快照可以通过指定 VolumeSnapshotClass 使用 volumeSnapshotClassName 属性来请求特定类。如果没有设置，那么使用默认类（如果有）。

如下面例子所示，对于预制备的快照，需要给快照指定 volumeSnapshotContentName 作为来源。 对于预制备的快照 source 中的volumeSnapshotContentName 字段是必填的。

  1. apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
  2. kind: VolumeSnapshot
  3. metadata:
  4.   name: test-snapshot
  5. spec:
  6.   source:
  7.     volumeSnapshotContentName: test-content

每个 VolumeSnapshotContent 对象包含 spec 和 status。 在动态制备时，快照通用控制器创建 VolumeSnapshotContent 对象。下面是例子：

  1. apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
  2. kind: VolumeSnapshotContent
  3. metadata:
  4.   name: snapcontent-72d9a349-aacd-42d2-a240-d775650d2455
  5. spec:
  6.   deletionPolicy: Delete
  7.   driver: hostpath.csi.k8s.io
  8.   source:
  9.     volumeHandle: ee0cfb94-f8d4-11e9-b2d8-0242ac110002
  10.   sourceVolumeMode: Filesystem
  11.   volumeSnapshotClassName: csi-hostpath-snapclass
  12.   volumeSnapshotRef:
  13.     name: new-snapshot-test
  14.     namespace: default
  15.     uid: 72d9a349-aacd-42d2-a240-d775650d2455

volumeHandle 是存储后端创建卷的唯一标识符，在卷创建期间由 CSI 驱动程序返回。动态设置快照需要此字段。它指出了快照的卷源。

对于预制备快照，你（作为集群管理员）要按如下命令来创建 VolumeSnapshotContent 对象。

  1. apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
  2. kind: VolumeSnapshotContent
  3. metadata:
  4.   name: new-snapshot-content-test
  5. spec:
  6.   deletionPolicy: Delete
  7.   driver: hostpath.csi.k8s.io
  8.   source:
  9.     snapshotHandle: 7bdd0de3-aaeb-11e8-9aae-0242ac110002
  10.   sourceVolumeMode: Filesystem
  11.   volumeSnapshotRef:
  12.     name: new-snapshot-test
  13.     namespace: default

snapshotHandle 是存储后端创建卷的唯一标识符。对于预设置快照，这个字段是必须的。 它指定此 VolumeSnapshotContent 表示的存储系统上的 CSI 快照 ID。

sourceVolumeMode 是创建快照的卷的模式。sourceVolumeMode 字段的值可以是 Filesystem 或 Block。如果没有指定源卷模式，Kubernetes 会将快照视为未知的源卷模式。

volumeSnapshotRef 字段是对相应的 VolumeSnapshot 的引用。 请注意，当 VolumeSnapshotContent 被创建为预配置快照时。 volumeSnapshotRef 中引用的 VolumeSnapshot 可能还不存在。

转换快照的卷模式

如果在你的集群上安装的 VolumeSnapshots API 支持 sourceVolumeMode 字段，则该 API 可以防止未经授权的用户转换卷的模式。

要检查你的集群是否具有此特性的能力，可以运行如下命令：

  1. $ kubectl get crd volumesnapshotcontent -o yaml

如果你希望允许用户从现有的 VolumeSnapshot 创建 PersistentVolumeClaim， 但是使用与源卷不同的卷模式，则需要添加注解 snapshot.storage.kubernetes.io/allowVolumeModeChange: "true" 到对应 VolumeSnapshot 的 VolumeSnapshotContent 中。

对于预制备的快照，Spec.SourceVolumeMode 需要由集群管理员填充。

启用此特性的 VolumeSnapshotContent 资源示例如下所示：

  1. apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
  2. kind: VolumeSnapshotContent
  3. metadata:
  4.   name: new-snapshot-content-test
  5.   annotations:
  6.     - snapshot.storage.kubernetes.io/allowVolumeModeChange: "true"
  7. spec:
  8.   deletionPolicy: Delete
  9.   driver: hostpath.csi.k8s.io
  10.   source:
  11.     snapshotHandle: 7bdd0de3-aaeb-11e8-9aae-0242ac110002
  12.   sourceVolumeMode: Filesystem
  13.   volumeSnapshotRef:
  14.     name: new-snapshot-test
  15.     namespace: default

从快照制备卷

你可以制备一个新卷，该卷预填充了快照中的数据，在 持久卷声明 对象中使用 dataSource 字段。

更多详细信息，请参阅 卷快照和从快照还原卷。