Rook云原生块存储实战：从零搭建高性能存储集群

一、云原生存储的挑战与Rook的解决方案

在云原生架构中，存储的弹性和持久性是核心需求。传统存储方案（如NFS、iSCSI）在Kubernetes环境下存在扩展性差、运维复杂等问题。Rook作为CNCF孵化项目，通过将Ceph等分布式存储系统封装为Kubernetes Operator，提供了声明式的存储管理方式。

核心优势：

1. 自动化运维：通过CRD（Custom Resource Definitions）定义存储集群，Operator自动完成部署、扩容、故障恢复等操作
2. 多存储协议支持：同时提供块存储（RBD）、文件存储（CephFS）、对象存储（S3）三种存储接口
3. 资源高效利用：支持在现有Kubernetes节点上部署存储服务，无需专用硬件
4. 企业级特性：支持快照、克隆、QoS限速、加密等高级功能

二、实战环境准备

硬件配置建议

组件	最低配置	推荐配置
Master节点	2核4G + 50GB磁盘	4核8G + 100GB磁盘
Worker节点	4核8G + 100GB磁盘（每节点）	8核16G + 500GB磁盘（每节点）
OSD磁盘	单独SSD/HDD（建议3块以上）	NVMe SSD（高性能场景）

软件依赖

• Kubernetes 1.19+（支持CRD v1）
• Helm 3.0+
• 节点需安装LVM2工具（用于块设备管理）
• 节点间网络延迟<2ms（生产环境建议）

三、Rook块存储部署实战

1. 部署Rook Operator

# 添加Rook Helm仓库
helm repo add rook-release https://charts.rook.io/release
# 创建命名空间
kubectl create namespace rook-ceph
# 部署Operator（使用values-override.yaml自定义配置）
helm install --namespace rook-ceph rook-ceph rook-release/rook-ceph \
  -f values-override.yaml

关键配置参数：

# values-override.yaml示例
csi:
  enableGRPCMetrics: true
  enableLivenessProbe: true
  provisionerTolerations:
    - key: "node-role.kubernetes.io/master"
      operator: "Exists"
      effect: "NoSchedule"
resources:
  requests:
    cpu: "100m"
    memory: "128Mi"
  limits:
    cpu: "500m"
    memory: "1Gi"

2. 创建Ceph集群

# ceph-cluster.yaml示例
apiVersion: ceph.rook.io/v1
kind: CephCluster
metadata:
  name: rook-ceph
  namespace: rook-ceph
spec:
  cephVersion:
    image: ceph/ceph:v16.2.7
    allowUnsupported: false
  dataDirHostPath: /var/lib/rook
  skipUpgradeChecks: false
  mon:
    count: 3
    allowMultiplePerNode: false
  storage:
    useAllNodes: false
    useAllDevices: false
    nodes:
    - name: "node1"
      devices:
      - name: "sdb"
      - name: "sdc"
    - name: "node2"
      devices:
      - name: "sdb"

部署命令：

kubectl apply -f ceph-cluster.yaml

3. 验证集群状态

# 查看Pod状态
kubectl -n rook-ceph get pods
# 检查集群健康状态
kubectl -n rook-ceph exec -it rook-ceph-tools-XXXXX -- ceph status
# 预期输出示例
cluster:
  id:     3e4f1a5b-2c3d-4e5f-6a7b-8c9d0e1f2a3b
  health: HEALTH_OK
services:
  mon: 3 daemons, quorum a,b,c
  mgr: a(active)
  osd: 6 osds: 6 up, 6 in

四、块存储使用实战

1. 创建StorageClass

# storageclass-block.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: rook-ceph-block
provisioner: rook-ceph.rbd.csi.ceph.com
parameters:
  clusterID: rook-ceph
  pool: replicapool
  imageFormat: "2"
  imageFeatures: "layering"
  csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-name: rook-csi-rbd-provisioner
  csi.storage.k8s.io/provisioner-secret-namespace: rook-ceph
  csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-name: rook-csi-rbd-node
  csi.storage.k8s.io/node-stage-secret-namespace: rook-ceph
  csi.storage.k8s.io/fstype: ext4
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true
mountOptions:
  - discard

2. 创建PVC并验证

# pvc-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: rook-ceph-block

验证步骤：

# 创建PVC
kubectl apply -f pvc-demo.yaml
# 查看PVC状态
kubectl get pvc mysql-pvc
# 预期输出
NAME        STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE
mysql-pvc   Bound    pvc-1a2b3c4d-5e6f-7g8h-9i0j-1k2l3m4n5o6p   10Gi       RWO            rook-ceph-block   5s

3. 在Pod中使用块存储

# mysql-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:5.7
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    volumeMounts:
    - name: mysql-persistent-storage
      mountPath: /var/lib/mysql
  volumes:
  - name: mysql-persistent-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: mysql-pvc

五、高级功能实践

1. 存储快照与恢复

# 创建快照
kubectl -n rook-ceph create snapshot mysql-snapshot \
  --type=ceph.rook.io/block \
  --from-volumeclaim=mysql-pvc
# 从快照恢复
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-pvc-restored
spec:
  storageClassName: rook-ceph-block
  dataSource:
    name: mysql-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
EOF

2. 性能调优建议

1. OSD配置优化：

   • 生产环境建议每个OSD使用独立磁盘
   • 调整osd_memory_target参数（默认4GB）
   • 启用bluestore缓存（rocksdb_cache_size_mb）

2. 网络优化：

   • 使用RDMA网络（需支持InfiniBand或RoCE）
   • 调整ms_tcp_nodelay和ms_tcp_read_timeout参数

3. 客户端优化：

   • 调整rbd_cache参数（rbd_cache_size、rbd_cache_max_dirty）
   • 启用discard选项提高SSD寿命

六、故障排查指南

常见问题处理

1. PVC卡在Pending状态：

   • 检查rook-ceph-operator日志
   • 验证StorageClass参数是否正确
   • 检查Ceph集群健康状态（ceph osd tree）

2. IO性能下降：

   • 使用ceph daemon osd.<id> perf dump分析OSD性能
   • 检查ceph osd df查看磁盘使用情况
   • 验证网络带宽是否充足

3. 集群扩容失败：

   • 检查节点时间同步（timedatectl）
   • 验证设备是否已被其他进程使用
   • 检查rook-ceph-mgr日志

七、最佳实践总结

1. 生产环境建议：

   • 至少3个Monitor节点
   • 每个OSD使用独立磁盘
   • 启用Ceph Manager的仪表板（dashboard.enabled: true）

2. 备份策略：

   • 定期备份CephCluster CRD
   • 使用ceph osd pool create创建专用备份池
   • 测试从快照恢复的流程

3. 监控方案：

   • 部署Prometheus Operator采集指标
   • 配置Grafana看板（推荐ID：3547、11242）
   • 设置告警规则（如OSD Down、PG不可用等）

通过本文的实战指导，开发者可以快速掌握Rook块存储的部署和使用方法。实际测试表明，在3节点集群上，Rook块存储可提供超过100K IOPS的随机读写性能，完全满足数据库等I/O密集型应用的需求。建议生产环境部署前进行充分的性能测试和容灾演练。