k8s之Snapshots 详解

Kubernetes Volume Snapshots 详解

在Kubernetes中，Volume Snapshots（卷快照） 是一项关键的存储功能，用于创建持久卷（PV）的时间点副本。这一特性通过CSI（容器存储接口） 实现，并引入了一组新的API资源来管理快照生命周期。本文将详细讲解Kubernetes中的Volume Snapshots相关概念、工作原理及使用方法。

一、核心概念与API资源

1. 卷快照相关资源

Kubernetes通过以下CRD（自定义资源定义）管理卷快照：

① VolumeSnapshotClass

类似于StorageClass，定义了创建快照的存储后端配置和删除策略。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotClass
metadata:
  name: csi-snapshot-class
driver: ebs.csi.aws.com  # CSI驱动名称
deletionPolicy: Delete  # 当Snapshot删除时，后端快照也删除
parameters:
  # 特定于驱动的参数（如备份位置、加密等）

② VolumeSnapshot

用户创建的快照请求，指向一个现有的PVC（PersistentVolumeClaim）。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: my-pvc-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-snapshot-class
  source:
    persistentVolumeClaimName: my-pvc  # 要快照的PVC名称

③ VolumeSnapshotContent

由系统自动创建的实际快照内容，类似于PV与PVC的关系。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotContent
metadata:
  name: snapcontent-xyz
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-snapshot-class
  volumeSnapshotRef:
    name: my-pvc-snapshot  # 关联的VolumeSnapshot
    namespace: default
  source:
    snapshotHandle: aws://us-west-2/snap-12345  # 存储后端的快照ID
status:
  readyToUse: true
  restoreSize: 10Gi

2. CSI 与卷快照

• CSI（容器存储接口）：是Kubernetes与存储系统的标准接口，支持快照功能的CSI驱动需实现以下接口：

  • CreateSnapshot：创建卷快照
  • DeleteSnapshot：删除卷快照
  • ListSnapshots：列出快照
  • DescribeSnapshot：获取快照信息

• 必备组件：

  1. CSI Driver：如AWS EBS CSI Driver、Ceph CSI等
  2. external-snapshotter：Kubernetes官方提供的Sidecar组件，监听VolumeSnapshot资源并调用CSI驱动的快照接口

二、卷快照工作流程

1. 创建快照流程

sequenceDiagram
    participant 用户
    participant API Server
    participant VolumeSnapshotController
    participant CSI external-snapshotter
    participant CSI Driver
    participant 存储后端
    
    用户->>API Server: 创建VolumeSnapshot资源
    API Server->>VolumeSnapshotController: 触发控制器
    VolumeSnapshotController->>CSI external-snapshotter: 调用CreateSnapshot
    CSI external-snapshotter->>CSI Driver: gRPC请求CreateSnapshot
    CSI Driver->>存储后端: 创建实际快照
    存储后端-->>CSI Driver: 返回快照ID
    CSI Driver-->>CSI external-snapshotter: 返回成功
    CSI external-snapshotter->>API Server: 创建VolumeSnapshotContent
    API Server->>VolumeSnapshot: 更新状态为Ready

2. 从快照恢复卷流程

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: restored-pvc
spec:
  storageClassName: ebs-sc
  dataSource:  # 从快照恢复
    name: my-pvc-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

三、关键功能与应用场景

1. 备份与恢复

• 自动化备份：结合CronJob定期创建VolumeSnapshot
• 灾难恢复：通过dataSource字段从快照恢复PVC

spec:
  dataSource:
    name: my-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io

2. 测试与开发

• 克隆生产数据：基于生产环境的卷快照创建测试环境
• 版本回滚：应用升级失败时恢复到之前的状态

3. 数据迁移

• 跨集群迁移：将快照复制到目标集群并恢复
• 存储类型转换：例如从AWS EBS迁移到GCE PD

四、配置与使用示例

1. 启用卷快照功能

1. 安装Snapshot CRDs：

   kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter/raw/v6.2.1/client/config/crd/snapshot.storage.k8s.io_volumesnapshotclasses.yaml
   kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter/raw/v6.2.1/client/config/crd/snapshot.storage.k8s.io_volumesnapshots.yaml
   kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter/raw/v6.2.1/client/config/crd/snapshot.storage.k8s.io_volumesnapshotcontents.yaml
   

2. 部署external-snapshotter：

   kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter/raw/v6.2.1/deploy/kubernetes/snapshot-controller/rbac-snapshot-controller.yaml
   kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-csi/external-snapshotter/raw/v6.2.1/deploy/kubernetes/snapshot-controller/setup-snapshot-controller.yaml
   

3. 配置支持快照的CSI驱动（以AWS EBS为例）：

   helm install aws-ebs-csi-driver aws-ebs-csi-driver/aws-ebs-csi-driver \
     --namespace kube-system \
     --set enableVolumeScheduling=true \
     --set enableVolumeResizing=true \
     --set enableVolumeSnapshot=true
   

2. 创建快照示例

1. 定义VolumeSnapshotClass：

   apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
   kind: VolumeSnapshotClass
   metadata:
     name: ebs-snapshot-class
   driver: ebs.csi.aws.com
   deletionPolicy: Retain  # 保留后端快照
   

2. 创建VolumeSnapshot：

   apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
   kind: VolumeSnapshot
   metadata:
     name: my-ebs-snapshot
   spec:
     volumeSnapshotClassName: ebs-snapshot-class
     source:
       persistentVolumeClaimName: my-ebs-pvc
   

3. 验证快照状态：

   kubectl get volumesnapshot my-ebs-snapshot
   kubectl get volumesnapshotcontent
   

3. 从快照恢复PVC

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: restored-pvc
spec:
  storageClassName: ebs-sc
  dataSource:
    name: my-ebs-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi