Kubernetes（简称K8S）是现今最流行的容器编排平台之一，它可以帮助开发者更方便地管理和部署容器化应用。CSI（Container Storage Interface）是Kubernetes中用于进行存储资源管理的插件接口。本文将教会刚入行的小白如何开发一个基于CSI的Kubernetes存储插件。
### 一、Kubernetes CSI 开发流程
下面是实现一个Kubernetes CSI插件的开发流程，我们将使用Golang进行开发。
| 步骤 | 描述 |
| -------------------- | -------------------------------------------------------------------- |
| 步骤一：环境准备 | 安装并配置Go开发环境、Kubernetes集群环境 |
| 步骤二：定义API | 定义与存储资源相关的CRDs（Custom Resource Definitions） |
| 步骤三：实现Controller | 创建Controller并实现相关的CRUD（Create、Update、Delete）操作 |
| 步骤四：实现CSI接口 | 实现CSI的GRPC接口，并在Controller中调用此接口进行存储操作 |
| 步骤五：构建镜像 | 使用Docker构建插件的Docker镜像 |
| 步骤六：部署插件 | 在Kubernetes集群中部署插件 |
### 二、步骤详解与代码示例
#### 步骤一：环境准备
首先，我们需要安装并配置Go开发环境，以及搭建一个可用的Kubernetes集群环境。关于Go开发环境的安装和配置这里不再详细介绍，读者可以参考相关文档。
#### 步骤二：定义API
在定义CRDs之前，我们需要创建一个包含类型信息的API。首先，我们创建一个名为`v1alpha1`的文件夹用于存放API类型的定义。在该文件夹下创建名为`storagetype_types.go`的文件，并在文件中定义存储资源的自定义类型，例如：
```go
package v1alpha1
import metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
// StorageTypeSpec 定义存储资源的规格
type StorageTypeSpec struct {
DiskSize string `json:"diskSize"` // 存储资源的磁盘大小
}
// StorageTypeStatus 定义存储资源的状态
type StorageTypeStatus struct {
Phase string `json:"phase"` // 存储资源的状态，例如正在创建、已创建
}
// +genclient
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// StorageType 包含存储资源的规格和状态信息
type StorageType struct {
metav1.TypeMeta `json:",inline"`
metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`
Spec StorageTypeSpec `json:"spec,omitempty"` // 存储资源的规格
Status StorageTypeStatus `json:"status,omitempty"` // 存储资源的状态
}
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// StorageTypeList 用于存储多个StorageType对象
type StorageTypeList struct {
metav1.TypeMeta `json:",inline"`
metav1.ListMeta `json:"metadata,omitempty"`
Items []StorageType `json:"items"`
}
```
在定义好StorageType的类型后，我们还需要创建一个API Group（例如`mycns.io`）并在其中注册我们的自定义API资源。在名为`register.go`的文件中添加以下代码：
```go
package v1alpha1
import (
metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime/schema"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime/serializer"
"k8s.io/apimachinery/pkg/util/json"
)
var (
// SchemeGroupVersion 是GroupVersion包装的一种表示
SchemeGroupVersion = schema.GroupVersion{Group: "mycns.io", Version: "v1alpha1"}
)
// SchemeBuilder 用于增加或修改运行时类型
var SchemeBuilder = runtime.NewSchemeBuilder(addKnownTypes)
// AddToScheme 将GroupVersion注册到给定的Scheme上
func AddToScheme(scheme *runtime.Scheme) {
SchemeBuilder.AddToScheme(scheme)
}
func addKnownTypes(scheme *runtime.Scheme) error {
scheme.AddKnownTypes(SchemeGroupVersion,
&StorageType{},
&StorageTypeList{},
)
metav1.AddToGroupVersion(scheme, SchemeGroupVersion)
return nil
}
func init() {
// 注册GroupVersion
metav1.AddToGroupVersionRegistry(SchemeGroupVersion)
// 注册自定义的JSON编解码器
// 这里使用yaml做编解码
serializer.RegisterCodec(json.NewYAMLSerializer(serializer.DefaultMetaFactory, scheme.Codecs))
}
```
#### 步骤三：实现Controller
在步骤二中，我们定义了存储资源的自定义类型和API。接下来，我们需要创建一个Controller来对这些CRDs进行增删改查的操作。在一个名为`storage_controller.go`的文件中添加以下代码：
```go
package controller
import (
"fmt"
"log"
v1 "mycns.io/api/v1alpha1"
csiclient "mycns.io/pkg/csi-client"
"k8s.io/apimachinery/pkg/api/errors"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime"
clientset "k8s.io/client-go/kubernetes"
"k8s.io/client-go/tools/cache"
)
// StorageController 用于控制StorageType资源的增删改查
type StorageController struct {
kubeclient clientset.Interface
stsListerSynced cache.InformerSynced
recorder record.EventRecorder
csiclient csiclient.CSIClient
}
// NewStorageController 创建一个新的StorageController
func NewStorageController(kubeclient clientset.Interface, stsInformer cache.SharedIndexInformer, recorder record.EventRecorder, csiclient csiclient.CSIClient) *StorageController {
controller := &StorageController{
kubeclient: kubeclient,
stsListerSynced: stsInformer.Informer().HasSynced,
recorder: recorder,
csiclient: csiclient,
}
log.Println("Setting up event handlers")
stsInformer.Informer().AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
AddFunc: controller.addStorage,
UpdateFunc: controller.updateStorage,
DeleteFunc: controller.deleteStorage,
})
return controller
}
func (c *StorageController) addStorage(obj interface{}) {
storageType := obj.(*v1.StorageType)
log.Printf("Adding storage %s\n", storageType.Name)
// 处理添加逻辑
}
func (c *StorageController) updateStorage(old, new interface{}) {
oldStorage := old.(*v1.StorageType)
newStorage := new.(*v1.StorageType)
log.Printf("Updating storage %s\n", newStorage.Name)
// 处理更新逻辑
}
func (c *StorageController) deleteStorage(obj interface{}) {
storageType := obj.(*v1.StorageType)
log.Printf("Deleting storage %s\n", storageType.Name)
// 处理删除逻辑
}
```
#### 步骤四：实现CSI接口
CSI（Container Storage Interface）是Kubernetes中用于进行存储资源管理的插件接口。在步骤三中，我们只是定义了Controller的基本结构，现在我们需要在其中调用CSI接口进行实际的存储操作。我们可以使用CSI提供的Go语言SDK来实现此功能。以下是一个使用CSI SDK进行存储操作的示例：
```go
package csiclient
import (
"context"
"fmt"
"log"
"github.com/container-storage-interface/spec/lib/go/csi"
"google.golang.org/grpc"
)
// CSIClient 是一个CSI客户端
type CSIClient struct {
conn *grpc.ClientConn
c csi.IdentityClient
}
// NewCSIClient 创建一个新的CSI客户端
func NewCSIClient(endpoint string) (*CSIClient, error) {
conn, err := grpc.Dial(endpoint, grpc.WithInsecure())
if err != nil {
log.Fatalf("Could not connect to CSI endpoint: %v", err)
return nil, err
}
return &CSIClient{
conn: conn,
c: csi.NewIdentityClient(conn),
}, nil
}
// CreateVolume 创建一个新的存储卷
func (c *CSIClient) CreateVolume(name, diskSize string) error {
req := &csi.CreateVolumeRequest{
Name: name,
Capacity: 1000, // 默认容量为1TB
VolumeCap: &csi.VolumeCapability{}, // 使用默认的VolumeCapability
}
_, err := c.c.CreateVolume(context.Background(), req)
if err != nil {
log.Printf("Failed to create volume: %v", err)
return fmt.Errorf("failed to create volume: %v", err)
}
log.Printf("Volume created successfully")
return nil
}
// DeleteVolume 删除一个存储卷
func (c *CSIClient) DeleteVolume(name string) error {
req := &csi.DeleteVolumeRequest{
Name: name,
}
_, err := c.c.DeleteVolume(context.Background(), req)
if err != nil {
log.Printf("Failed to delete volume: %v", err)
return fmt.Errorf("failed to delete volume: %v", err)
}
log.Printf("Volume deleted successfully")
return nil
}
```
#### 步骤五：构建镜像
在完成步骤四后，我们需要将插件代码构建为Docker镜像，并推送到Docker仓库中。这里以使用Dockerfile构建镜像为例：
```dockerfile
FROM golang:1.17 AS build-env
ADD . /app
WORKDIR /app
RUN go mod init
RUN go mod tidy
RUN go build
FROM alpine:latest
COPY --from=build-env /app/app /
ENTRYPOINT ["/app"]
```
#### 步骤六：部署插件
将构建好的镜像推送到Docker仓库后，我们可以在Kubernetes集群中部署这个插件。首先，我们需要创建一个包含插件运行所需配置的yaml文件，并使用kubectl命令进行部署。
```yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: storage-plugin-example
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: storage-plugin
namespace: storage-plugin-example
spec:
selector:
matchLabels:
app: storage-plugin
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: storage-plugin
spec:
containers:
- name: storage-plugin
image:/storage-plugin:latest
ports:
- containerPort:
```
将上述yaml内容保存到一个名为`storage_plugin.yaml`的文件中，并使用以下命令部署插件：
```
kubectl apply -f storage_plugin.yaml
```
至此，我们已经完成了基于CSI的Kubernetes存储插件的开发、构建和部署。通过上面的步骤，开发者可以学习到如何定义API、实现Controller和CSI接口，并将插件部署到Kubernetes集群中。希望这篇文章对刚入行的小白有所帮助。
### 一、Kubernetes CSI 开发流程
下面是实现一个Kubernetes CSI插件的开发流程，我们将使用Golang进行开发。
| 步骤 | 描述 |
| -------------------- | -------------------------------------------------------------------- |
| 步骤一：环境准备 | 安装并配置Go开发环境、Kubernetes集群环境 |
| 步骤二：定义API | 定义与存储资源相关的CRDs（Custom Resource Definitions） |
| 步骤三：实现Controller | 创建Controller并实现相关的CRUD（Create、Update、Delete）操作 |
| 步骤四：实现CSI接口 | 实现CSI的GRPC接口，并在Controller中调用此接口进行存储操作 |
| 步骤五：构建镜像 | 使用Docker构建插件的Docker镜像 |
| 步骤六：部署插件 | 在Kubernetes集群中部署插件 |
### 二、步骤详解与代码示例
#### 步骤一：环境准备
首先，我们需要安装并配置Go开发环境，以及搭建一个可用的Kubernetes集群环境。关于Go开发环境的安装和配置这里不再详细介绍，读者可以参考相关文档。
#### 步骤二：定义API
在定义CRDs之前，我们需要创建一个包含类型信息的API。首先，我们创建一个名为`v1alpha1`的文件夹用于存放API类型的定义。在该文件夹下创建名为`storagetype_types.go`的文件，并在文件中定义存储资源的自定义类型，例如：
```go
package v1alpha1
import metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
// StorageTypeSpec 定义存储资源的规格
type StorageTypeSpec struct {
DiskSize string `json:"diskSize"` // 存储资源的磁盘大小
}
// StorageTypeStatus 定义存储资源的状态
type StorageTypeStatus struct {
Phase string `json:"phase"` // 存储资源的状态，例如正在创建、已创建
}
// +genclient
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// StorageType 包含存储资源的规格和状态信息
type StorageType struct {
metav1.TypeMeta `json:",inline"`
metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`
Spec StorageTypeSpec `json:"spec,omitempty"` // 存储资源的规格
Status StorageTypeStatus `json:"status,omitempty"` // 存储资源的状态
}
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// StorageTypeList 用于存储多个StorageType对象
type StorageTypeList struct {
metav1.TypeMeta `json:",inline"`
metav1.ListMeta `json:"metadata,omitempty"`
Items []StorageType `json:"items"`
}
```
在定义好StorageType的类型后，我们还需要创建一个API Group（例如`mycns.io`）并在其中注册我们的自定义API资源。在名为`register.go`的文件中添加以下代码：
```go
package v1alpha1
import (
metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime/schema"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime/serializer"
"k8s.io/apimachinery/pkg/util/json"
)
var (
// SchemeGroupVersion 是GroupVersion包装的一种表示
SchemeGroupVersion = schema.GroupVersion{Group: "mycns.io", Version: "v1alpha1"}
)
// SchemeBuilder 用于增加或修改运行时类型
var SchemeBuilder = runtime.NewSchemeBuilder(addKnownTypes)
// AddToScheme 将GroupVersion注册到给定的Scheme上
func AddToScheme(scheme *runtime.Scheme) {
SchemeBuilder.AddToScheme(scheme)
}
func addKnownTypes(scheme *runtime.Scheme) error {
scheme.AddKnownTypes(SchemeGroupVersion,
&StorageType{},
&StorageTypeList{},
)
metav1.AddToGroupVersion(scheme, SchemeGroupVersion)
return nil
}
func init() {
// 注册GroupVersion
metav1.AddToGroupVersionRegistry(SchemeGroupVersion)
// 注册自定义的JSON编解码器
// 这里使用yaml做编解码
serializer.RegisterCodec(json.NewYAMLSerializer(serializer.DefaultMetaFactory, scheme.Codecs))
}
```
#### 步骤三：实现Controller
在步骤二中，我们定义了存储资源的自定义类型和API。接下来，我们需要创建一个Controller来对这些CRDs进行增删改查的操作。在一个名为`storage_controller.go`的文件中添加以下代码：
```go
package controller
import (
"fmt"
"log"
v1 "mycns.io/api/v1alpha1"
csiclient "mycns.io/pkg/csi-client"
"k8s.io/apimachinery/pkg/api/errors"
"k8s.io/apimachinery/pkg/runtime"
clientset "k8s.io/client-go/kubernetes"
"k8s.io/client-go/tools/cache"
)
// StorageController 用于控制StorageType资源的增删改查
type StorageController struct {
kubeclient clientset.Interface
stsListerSynced cache.InformerSynced
recorder record.EventRecorder
csiclient csiclient.CSIClient
}
// NewStorageController 创建一个新的StorageController
func NewStorageController(kubeclient clientset.Interface, stsInformer cache.SharedIndexInformer, recorder record.EventRecorder, csiclient csiclient.CSIClient) *StorageController {
controller := &StorageController{
kubeclient: kubeclient,
stsListerSynced: stsInformer.Informer().HasSynced,
recorder: recorder,
csiclient: csiclient,
}
log.Println("Setting up event handlers")
stsInformer.Informer().AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
AddFunc: controller.addStorage,
UpdateFunc: controller.updateStorage,
DeleteFunc: controller.deleteStorage,
})
return controller
}
func (c *StorageController) addStorage(obj interface{}) {
storageType := obj.(*v1.StorageType)
log.Printf("Adding storage %s\n", storageType.Name)
// 处理添加逻辑
}
func (c *StorageController) updateStorage(old, new interface{}) {
oldStorage := old.(*v1.StorageType)
newStorage := new.(*v1.StorageType)
log.Printf("Updating storage %s\n", newStorage.Name)
// 处理更新逻辑
}
func (c *StorageController) deleteStorage(obj interface{}) {
storageType := obj.(*v1.StorageType)
log.Printf("Deleting storage %s\n", storageType.Name)
// 处理删除逻辑
}
```
#### 步骤四：实现CSI接口
CSI（Container Storage Interface）是Kubernetes中用于进行存储资源管理的插件接口。在步骤三中，我们只是定义了Controller的基本结构，现在我们需要在其中调用CSI接口进行实际的存储操作。我们可以使用CSI提供的Go语言SDK来实现此功能。以下是一个使用CSI SDK进行存储操作的示例：
```go
package csiclient
import (
"context"
"fmt"
"log"
"github.com/container-storage-interface/spec/lib/go/csi"
"google.golang.org/grpc"
)
// CSIClient 是一个CSI客户端
type CSIClient struct {
conn *grpc.ClientConn
c csi.IdentityClient
}
// NewCSIClient 创建一个新的CSI客户端
func NewCSIClient(endpoint string) (*CSIClient, error) {
conn, err := grpc.Dial(endpoint, grpc.WithInsecure())
if err != nil {
log.Fatalf("Could not connect to CSI endpoint: %v", err)
return nil, err
}
return &CSIClient{
conn: conn,
c: csi.NewIdentityClient(conn),
}, nil
}
// CreateVolume 创建一个新的存储卷
func (c *CSIClient) CreateVolume(name, diskSize string) error {
req := &csi.CreateVolumeRequest{
Name: name,
Capacity: 1000, // 默认容量为1TB
VolumeCap: &csi.VolumeCapability{}, // 使用默认的VolumeCapability
}
_, err := c.c.CreateVolume(context.Background(), req)
if err != nil {
log.Printf("Failed to create volume: %v", err)
return fmt.Errorf("failed to create volume: %v", err)
}
log.Printf("Volume created successfully")
return nil
}
// DeleteVolume 删除一个存储卷
func (c *CSIClient) DeleteVolume(name string) error {
req := &csi.DeleteVolumeRequest{
Name: name,
}
_, err := c.c.DeleteVolume(context.Background(), req)
if err != nil {
log.Printf("Failed to delete volume: %v", err)
return fmt.Errorf("failed to delete volume: %v", err)
}
log.Printf("Volume deleted successfully")
return nil
}
```
#### 步骤五：构建镜像
在完成步骤四后，我们需要将插件代码构建为Docker镜像，并推送到Docker仓库中。这里以使用Dockerfile构建镜像为例：
```dockerfile
FROM golang:1.17 AS build-env
ADD . /app
WORKDIR /app
RUN go mod init
RUN go mod tidy
RUN go build
FROM alpine:latest
COPY --from=build-env /app/app /
ENTRYPOINT ["/app"]
```
#### 步骤六：部署插件
将构建好的镜像推送到Docker仓库后，我们可以在Kubernetes集群中部署这个插件。首先，我们需要创建一个包含插件运行所需配置的yaml文件，并使用kubectl命令进行部署。
```yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: storage-plugin-example
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: storage-plugin
namespace: storage-plugin-example
spec:
selector:
matchLabels:
app: storage-plugin
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: storage-plugin
spec:
containers:
- name: storage-plugin
image:
ports:
- containerPort:
```
将上述yaml内容保存到一个名为`storage_plugin.yaml`的文件中，并使用以下命令部署插件：
```
kubectl apply -f storage_plugin.yaml
```
至此，我们已经完成了基于CSI的Kubernetes存储插件的开发、构建和部署。通过上面的步骤，开发者可以学习到如何定义API、实现Controller和CSI接口，并将插件部署到Kubernetes集群中。希望这篇文章对刚入行的小白有所帮助。
