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= Kubernetes CSI (Container Storage Interface) =

'''Kubernetes CSI''' (Container Storage Interface) 是 Kubernetes 中用于管理外部存储的标准接口。它允许存储供应商开发插件，将各种存储系统（如块存储、文件存储、对象存储）集成到 Kubernetes 中，而无需修改 Kubernetes 核心代码。CSI 提供了一种标准化的方式，使 Kubernetes 能够动态配置、挂载和卸载存储卷。

== 介绍 ==

在 Kubernetes 中，存储管理是一个关键功能，尤其是对于有状态应用（如数据库、消息队列等）。CSI 的出现解决了传统存储卷插件（如 `in-tree` 插件）的局限性，例如：
* 存储插件与 Kubernetes 核心代码紧密耦合，更新和扩展困难。
* 存储供应商需要等待 Kubernetes 发布周期才能支持新功能。

CSI 通过以下方式改进存储管理：
* **解耦存储逻辑**：存储插件作为独立的 Pod 运行，而不是编译到 Kubernetes 二进制文件中。
* **标准化接口**：提供统一的 API，支持动态卷配置、挂载、快照、克隆等功能。
* **灵活性**：支持多种存储后端（如 AWS EBS、Google Persistent Disk、NFS、Ceph 等）。

== CSI 架构 ==

CSI 架构由以下组件组成：
1. '''CSI Driver'''：由存储供应商提供的插件，运行在 Kubernetes 集群中，负责与存储系统交互。
2. '''Kubernetes CSI Sidecar Containers'''：辅助容器（如 `external-provisioner`、`external-attacher`），处理 Kubernetes 与 CSI Driver 的通信。
3. '''Node Plugin'''：在每个节点上运行的组件，负责挂载和卸载存储卷。

<mermaid>
graph LR
    A[Kubernetes Control Plane] -->|调用| B[CSI Driver]
    B -->|管理| C[Storage System]
    D[Node Agent] -->|挂载/卸载| E[Volume]
</mermaid>

== CSI 工作流程 ==

1. **动态配置存储卷**：
   * 用户创建 `PersistentVolumeClaim` (PVC)。
   * CSI Driver 接收到请求后，在存储系统中创建卷，并返回 `PersistentVolume` (PV)。

2. **挂载存储卷**：
   * Pod 调度到节点后，CSI Node Plugin 将卷挂载到 Pod 的指定路径。

3. **卸载和删除**：
   * Pod 删除时，卷被卸载。
   * PVC 删除时，存储卷可能被回收（取决于回收策略）。

=== 示例：动态配置 AWS EBS 卷 ===

以下是一个使用 CSI 动态配置 AWS EBS 卷的示例：

<syntaxhighlight lang="yaml">
# StorageClass 定义
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: ebs-sc
provisioner: ebs.csi.aws.com
parameters:
  type: gp3
  encrypted: "true"
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="yaml">
# PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ebs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: ebs-sc
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="yaml">
# Pod 使用 PVC
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-ebs
spec:
  containers:
    - name: app
      image: nginx
      volumeMounts:
        - name: ebs-storage
          mountPath: /data
  volumes:
    - name: ebs-storage
      persistentVolumeClaim:
        claimName: ebs-pvc
</syntaxhighlight>

== 实际应用场景 ==

1. **数据库持久化存储**：
   * 例如，运行 PostgreSQL 时，使用 CSI 动态配置块存储（如 AWS EBS）以确保数据持久化。

2. **共享文件存储**：
   * 使用 CSI 挂载 NFS 或 CephFS，供多个 Pod 共享数据。

3. **快照和克隆**：
   * 通过 CSI 创建卷的快照，用于备份或快速克隆开发环境。

== 高级功能 ==

=== 卷快照 ===
CSI 支持创建卷的快照，并从中恢复数据。示例：

<syntaxhighlight lang="yaml">
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: ebs-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: ebs-snapshot-class
  source:
    persistentVolumeClaimName: ebs-pvc
</syntaxhighlight>

=== 卷扩展 ===
可以通过修改 PVC 的 `spec.resources.requests.storage` 字段动态扩展卷大小（需存储后端支持）。

== 常见 CSI 驱动 ==

* AWS EBS CSI Driver
* Google Persistent Disk CSI Driver
* Azure Disk CSI Driver
* Ceph CSI Driver
* NFS CSI Driver

== 总结 ==

Kubernetes CSI 是现代化存储管理的核心组件，它通过标准化接口实现了存储系统的灵活集成。对于初学者，理解 CSI 的基本概念和工作流程是管理有状态应用的关键。对于高级用户，可以利用 CSI 的快照、克隆和扩展功能优化存储管理。

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