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Kubernetes 1.23：Kubernetes 內部樹狀結構到 CSI 磁碟區遷移狀態更新
Kubernetes 樹狀結構內儲存外掛程式到 容器儲存介面 (CSI) 遷移基礎架構自 v1.17 以來已成為 beta 版本。CSI 遷移在 Kubernetes v1.14 中以 alpha 版本引入。
從那時起，SIG Storage 和其他 Kubernetes 特殊興趣小組一直致力於確保功能穩定性和相容性，以為 GA 做準備。本文旨在提供有關該功能的狀態更新，以及 Kubernetes 1.17 和 1.23 之間的變更。此外，我也將介紹每個儲存外掛程式的 CSI 遷移功能 GA 的未來藍圖。
快速回顧：什麼是 CSI 遷移，以及為何遷移？
容器儲存介面 (CSI) 旨在協助 Kubernetes 取代其現有的樹狀結構內儲存驅動程式機制 - 尤其是供應商特定的外掛程式。Kubernetes 對 容器儲存介面 的支援自 Kubernetes v1.13 以來已 普遍可用。引入對使用 CSI 驅動程式的支援，是為了更輕鬆地新增和維護 Kubernetes 和儲存後端技術之間的新整合。使用 CSI 驅動程式可以提高可維護性（驅動程式作者可以定義自己的發布週期和支援生命週期），並降低漏洞的機會（由於樹狀結構內程式碼較少，因此錯誤風險降低，並且叢集運營商可以僅選擇其叢集所需的儲存驅動程式）。
隨著更多 CSI 驅動程式被建立並變得適用於生產環境，SIG Storage 小組希望所有 Kubernetes 使用者都能從 CSI 模型中受益。但是，我們不能破壞與現有儲存 API 類型的 API 相容性。我們提出的解決方案是 CSI 遷移：一種將樹狀結構內 API 轉換為等效 CSI API，並將操作委派給替換 CSI 驅動程式的功能。
CSI 遷移工作使替換現有的樹狀結構內儲存外掛程式成為可能，例如 kubernetes.io/gce-pd 或 kubernetes.io/aws-ebs，並使用來自儲存後端的相應 CSI 驅動程式。如果 CSI 遷移正常運作，Kubernetes 終端使用者不應注意到任何差異。現有的 StorageClass、PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim 物件應繼續運作。當 Kubernetes 叢集管理員更新叢集以啟用 CSI 遷移時，使用 PVC 的現有工作負載（由樹狀結構內儲存外掛程式支援）將繼續像往常一樣運作。但是，在幕後，Kubernetes 將所有儲存管理操作的控制權（先前針對樹狀結構內驅動程式）移交給 CSI 驅動程式。
例如，假設您是 kubernetes.io/gce-pd 使用者，在 CSI 遷移之後，您仍然可以使用 kubernetes.io/gce-pd 來佈建新卷、掛載現有的 GCE-PD 卷或刪除現有的卷。所有現有的 API/介面仍將正常運作。但是，底層函數調用都將透過 GCE PD CSI 驅動程式 而不是樹狀結構內 Kubernetes 函數。
這為終端使用者實現了平穩過渡。此外，作為儲存外掛程式開發人員，我們可以減輕維護樹狀結構內儲存外掛程式的負擔，並最終將它們從核心 Kubernetes 二進位檔案中移除。
已變更了什麼，以及有哪些新功能？
基於 Kubernetes v1.17 及更早版本中所做的工作，此後的發布版本進行了一系列變更
新功能閘道
Kubernetes v1.21 版本已棄用 CSIMigration{provider}Complete 功能標誌，並且不再遵循它們。取而代之的是名為 InTreePlugin{vendor}Unregister 的新功能標誌，它們取代了舊的功能標誌，並保留了 CSIMigration{provider}Complete 提供的所有功能。
CSIMigration{provider}Complete 之前作為補充功能閘道引入，一旦在所有節點上啟用 CSI 遷移。此標誌會取消註冊您使用標誌名稱的 {provider} 部分指定的樹狀結構內儲存外掛程式。
當您啟用該功能閘道時，您的叢集會直接選擇並使用相關的 CSI 驅動程式，而不是使用樹狀結構內驅動程式程式碼。發生這種情況時，不會檢查節點上是否啟用了 CSI 遷移，或者您是否實際部署了該 CSI 驅動程式。
雖然此功能閘道是一個很好的幫手，但 SIG Storage（我相信還有許多叢集運營商）也希望有一個功能閘道可以讓您禁用樹狀結構內儲存外掛程式，即使不啟用 CSI 遷移也是如此。例如，您可能想要在 GCE 叢集上禁用 EBS 儲存外掛程式，因為 EBS 卷特定於不同供應商的雲端 (AWS)。
為了實現這一點，Kubernetes v1.21 引入了一組新的功能標誌：InTreePlugin{vendor}Unregister。
InTreePlugin{vendor}Unregister 是一個獨立的功能閘道，可以獨立於 CSI 遷移啟用和禁用。啟用後，組件將不會將特定的樹狀結構內儲存外掛程式註冊到支援的清單中。如果叢集運營商僅啟用此標誌，則終端使用者在使用該外掛程式時將從 PVC 收到錯誤訊息，指出找不到該外掛程式。如果叢集運營商不希望支援舊版樹狀結構內 API，而僅支援 CSI 的未來發展，則可能希望無論 CSI 遷移如何都啟用此標誌。
可觀察性
Kubernetes v1.21 引入了 指標，用於追蹤 CSI 遷移。您可以使用這些指標來觀察您的叢集如何使用儲存服務，以及對該儲存的存取是使用舊版樹狀結構內驅動程式還是其基於 CSI 的替換。
| 組件 | 指標 | 注意事項 |
|---|---|---|
| Kube-Controller-Manager | storage_operation_duration_seconds | 新的標籤 migrated 已新增到指標，以指示此儲存操作是否為 CSI 遷移操作（字串值 true 表示已啟用，false 表示未啟用）。 |
| Kubelet | csi_operations_seconds | 新指標公開了標籤，包括 driver_name、method_name、grpc_status_code 和 migrated。這些標籤的含義與 csi_sidecar_operations_seconds 相同。 |
| CSI Sidecars（佈建器、附加器、調整器） | csi_sidecar_operations_seconds | 新的標籤 migrated 已新增到指標，以指示此儲存操作是否為 CSI 遷移操作（字串值 true 表示已啟用，false 表示未啟用）。 |
錯誤修復和功能改進
在我們的 beta 測試人員的幫助下，我們修復了許多錯誤，例如懸空附件、垃圾收集、不正確的拓撲標籤。
雲端供應商 && 叢集生命週期協作
SIG Storage 一直與 SIG Cloud Provider 和 SIG Cluster Lifecycle 密切合作，以推出 CSI 遷移。
如果您是託管 Kubernetes 服務的使用者，請諮詢您的供應商是否需要執行任何操作。在許多情況下，供應商將管理遷移，並且不需要額外的工作。
如果您使用 Kubernetes 發行版，請查看其官方文件以獲取有關此功能支援的資訊。為了使 CSI 遷移功能升級到 GA，SIG Storage 和 SIG Cluster Lifecycle 正在協作，以使遷移機制在工具（例如 kubeadm）中可用，就像它們在 Kubernetes 本身中可用一樣。
時間表/狀態是什麼？
下表顯示了每個驅動程式的目前和目標發布版本
| 驅動程式 | Alpha | Beta（樹狀結構內已棄用） | Beta（預設啟用） | GA | 目標“樹狀結構內外掛程式”移除 |
|---|---|---|---|---|---|
| AWS EBS | 1.14 | 1.17 | 1.23 | 1.24 (目標) | 1.26 (目標) |
| GCE PD | 1.14 | 1.17 | 1.23 | 1.24 (目標) | 1.26 (目標) |
| OpenStack Cinder | 1.14 | 1.18 | 1.21 | 1.24 (目標) | 1.26 (目標) |
| Azure Disk | 1.15 | 1.19 | 1.23 | 1.24 (目標) | 1.26 (目標) |
| Azure File | 1.15 | 1.21 | 1.24 (目標) | 1.25 (目標) | 1.27 (目標) |
| vSphere | 1.18 | 1.19 | 1.24 (目標) | 1.25 (目標) | 1.27 (目標) |
| Ceph RBD | 1.23 | ||||
| Portworx | 1.23 |
以下儲存驅動程式將不支援 CSI 遷移。ScaleIO 驅動程式已移除；其他驅動程式已棄用，將從核心 Kubernetes 中移除。
| 驅動程式 | 已棄用 | 程式碼移除 |
|---|---|---|
| ScaleIO | 1.16 | 1.22 |
| Flocker | 1.22 | 1.25 (目標) |
| Quobyte | 1.22 | 1.25 (目標) |
| StorageOS | 1.22 | 1.25 (目標) |
下一步是什麼？
隨著更多 CSI 驅動程式升級到 GA，我們希望很快將整體 CSI 遷移功能標記為 GA。我們預計雲端供應商樹狀結構內儲存外掛程式程式碼移除將在 Kubernetes v1.26 和 v1.27 中發生。
作為使用者，我應該怎麼做？
請注意，Kubernetes 儲存系統的所有新功能（例如卷快照）都將僅新增到 CSI 介面。因此，如果您要啟動新的叢集、首次建立具狀態應用程式或需要這些新功能，我們建議原生使用 CSI 驅動程式（而不是樹狀結構內卷外掛程式 API）。請遵循 CSI 驅動程式的更新使用者指南，並使用新的 CSI API。
但是，如果您選擇向前滾動叢集或繼續使用具有舊版卷 API 的規範，CSI 遷移將確保我們繼續使用新的 CSI 驅動程式支援這些部署。但是，如果您想利用快照等新功能，則需要手動遷移以將現有的樹狀結構內 PV 重新匯入為 CSI PV。
我該如何參與？
Kubernetes Slack 頻道 #csi-migration 以及任何標準的 SIG Storage 通訊頻道 都是聯繫 SIG Storage 和遷移工作小組的絕佳媒介。
這個專案與所有 Kubernetes 專案一樣，是來自不同背景的眾多貢獻者共同努力的成果。我們衷心感謝在過去幾個季度挺身而出，協助推動專案前進的貢獻者
- Michelle Au (msau42)
- Jan Šafránek (jsafrane)
- Hemant Kumar (gnufied)
特別感謝以下人員對 CSI 遷移功能進行了富有洞察力的審查、周全的考慮和寶貴的貢獻
- Andy Zhang (andyzhangz)
- Divyen Patel (divyenpatel)
- Deep Debroy (ddebroy)
- Humble Devassy Chirammal (humblec)
- Jing Xu (jingxu97)
- Jordan Liggitt (liggitt)
- Matthew Cary (mattcary)
- Matthew Wong (wongma7)
- Neha Arora (nearora-msft)
- Oksana Naumov (trierra)
- Saad Ali (saad-ali)
- Tim Bannister (sftim)
- Xing Yang (xing-yang)
那些有興趣參與 CSI 或 Kubernetes Storage 系統任何部分的設計和開發的人員，請加入 Kubernetes Storage 特殊興趣小組 (SIG)。我們正在快速成長，並且隨時歡迎新的貢獻者。