三種云原生存儲方案優(yōu)缺點及應(yīng)用場景分析

作者：twt社區(qū) 2022-09-20 07:36:43

云計算

云原生 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，也面臨著新的挑戰(zhàn)。與此同時，數(shù)據(jù)庫以及存儲系統(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)庫和云原生存儲系統(tǒng)。

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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，業(yè)務(wù)需求變化快，流量的波峰波谷的不可預(yù)測性，因此現(xiàn)有傳統(tǒng)體應(yīng)用架構(gòu)無法滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。容器技術(shù)在此背景下，應(yīng)運而生?；谌萜髟频臄?shù)字化技術(shù)，帶來對用戶的服務(wù)質(zhì)量的提升；提升運維效率；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，容器服務(wù)已經(jīng)逐步成為云原生時代新的基礎(chǔ)設(shè)施和最佳使用云資源的入口。容器是隨時可以銷毀，當(dāng)容器消失時，數(shù)據(jù)也會隨之消失，因此容器數(shù)據(jù)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(wù)商等突發(fā)應(yīng)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(shù)據(jù)存儲需具備極致彈性和極速伸縮能力的應(yīng)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(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。2.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。3.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。4.敏捷性：PV快速創(chuàng)建、銷毀、平滑的擴展/收縮，PV隨Pod遷移而快速遷移等。

三、 云原生存儲方案

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

優(yōu)點：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(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。2.簡單。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：1.由于容器的動態(tài)性，pod會漂移至其他節(jié)點，導(dǎo)致pod無法使用之前節(jié)點磁盤上的數(shù)據(jù) 。2.本地磁盤無法提供節(jié)點級別的高可用，當(dāng)物理節(jié)點發(fā)生故障時，由于數(shù)據(jù)都存儲在故障節(jié)點上，所以應(yīng)用無法被恢復(fù)到其他節(jié)點。3.本地磁盤在敏捷性上也無法滿足業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)使用的存儲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容。部署RAID也是相當(dāng)耗時的操作，難以實現(xiàn)在短時間內(nèi)部署大量的應(yīng)用系統(tǒng)。4.后期運維耗費人力，維護困難。

3.1.3 應(yīng)用場景

• 無狀態(tài)服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)pod固定的場景。
• io密集型應(yīng)用服務(wù)，特別對磁盤網(wǎng)絡(luò)io敏感的服務(wù)。

3.2 集中式存儲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 集中式存儲的優(yōu)缺點

優(yōu)點：1.容易上手。2.方便部署非?？焖伲S護十分簡單。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)高可用的問題。缺點：1.盡管集中式存儲可以為單個業(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)訪問時，存儲控制器則成為了性能瓶頸。如果想要滿足大量業(yè)務(wù)對性能需求，需要采用多套集中式存儲系統(tǒng)，存儲系統(tǒng)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(shè)計上就沒有把敏捷性和運維便利性考慮進去，無法應(yīng)對短時間內(nèi)大量Volume的并發(fā)創(chuàng)建和銷毀操作，無法滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)對敏捷性的要求。

3.2.3 應(yīng)用場景

• 多個不同應(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。

3.3 云原生分布式存儲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)載對底層持久存儲執(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，遙測和監(jiān)控存儲。

3.3.2 分布式存儲OpenEBS優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• 容器附加存儲的聲明式供應(yīng)。
• 使用同步數(shù)據(jù)復(fù)制的持久性和高可用性。OpenEBS通過Jiva，cStor和Mayastor存儲引擎，能夠保障數(shù)據(jù)復(fù)制同步和高可用性。
• 通過快照和克隆進行數(shù)據(jù)保護。cStor存儲引擎，支持快照和克隆，且對快照的數(shù)量沒有限制。
• 通過備份和還原進行災(zāi)難恢復(fù)。通過OpenEBS Velero插件，實現(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：

• 架構(gòu)復(fù)雜，不易上手，需要較強的技術(shù)能力和運維能力；
• 數(shù)據(jù)一致性問題。對于數(shù)據(jù)一致性要求比較高的應(yīng)用場景，分布式存儲的性能可能就稍弱了，因為分布式的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)同步是一個大問題，雖然現(xiàn)在技術(shù)一致在進步，但是也不如傳統(tǒng)存儲設(shè)備數(shù)據(jù)存儲方式可靠。

3.3.3 OpenEBS應(yīng)用場景

• 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

1. 容器服務(wù)是否是集群架構(gòu)?

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

2. 數(shù)據(jù)存儲類型?

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

3. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的重要性?

• 數(shù)據(jù)的機密性。存儲對數(shù)據(jù)進行加密。
• 數(shù)據(jù)安全性。數(shù)據(jù)存儲支持快照，備份。
• 數(shù)據(jù)遷移和拷貝。數(shù)據(jù)存儲支持?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)；其次存儲需要支持動態(tài)創(chuàng)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(tǒng)會帶來數(shù)據(jù)持久化的挑戰(zhàn)，因為有些存儲系統(tǒng)的設(shè)計目的不是處理容器存儲資源的頻繁、快速供應(yīng)和回收。

五、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，也面臨著新的挑戰(zhàn)。與此同時，數(shù)據(jù)庫以及存儲系統(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)庫和云原生存儲系統(tǒng)。未來可以看到越來越多的云原生數(shù)據(jù)庫和云原生存儲出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心中，成為被廣泛使用的技術(shù)。

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