Kubernetes 1.26：可追溯的默认 StorageClass

2023.01.05

作者： Roman Bednář (Red Hat)

译者： Michael Yao (DaoCloud)

Kubernetes v1.25 引入了一个 Alpha 特性来更改默认 StorageClass 被分配到 PersistentVolumeClaim (PVC) 的方式。启用此特性后，你不再需要先创建默认 StorageClass，再创建 PVC 来分配类。此外，任何未分配 StorageClass 的 PVC 都可以在后续被更新。此特性在 Kubernetes 1.26 中已进阶至 Beta。

有关如何使用的更多细节，请参阅 Kubernetes 文档可追溯的默认 StorageClass 赋值，你还可以阅读了解为什么 Kubernetes 项目做了此项变更。

为什么 StorageClass 赋值需要改进

用户可能已经熟悉在创建时将默认 StorageClasses 分配给新 PVC 的这一类似特性。这个目前由准入控制器处理。

但是，如果在创建 PVC 时没有定义默认 StorageClass 会怎样？那用户最终将得到一个永远不会被赋予存储类的 PVC。结果是没有存储会被制备，而 PVC 有时也会“卡在”这里。一般而言，两个主要场景可能导致 PVC “卡住”，并在后续造成更多问题。让我们仔细看看这两个场景。

更改默认 StorageClass

启用这个 Alpha 特性后，管理员想要更改默认 StorageClass 时会有两个选项：

在移除与 PVC 关联的旧 StorageClass 之前，创建一个新的 StorageClass 作为默认值。这将导致在短时间内出现两个默认值。此时，如果用户要创建一个 PersistentVolumeClaim，并将 storageClassName 设置为 null（指代默认 StorageClass），则最新的默认 StorageClass 将被选中并指定给这个 PVC。

先移除旧的默认值再创建一个新的默认 StorageClass。这将导致短时间内没有默认值。接下来如果用户创建一个 PersistentVolumeClaim，并将 storageClassName 设置为 null （指代默认 StorageClass），则 PVC 将永远处于 Pending 状态。一旦默认 StorageClass 可用，用户就不得不通过删除并重新创建 PVC 来修复这个问题。

集群安装期间的资源顺序

如果集群安装工具需要创建镜像仓库这种有存储要求的资源，很难进行合适地排序。这是因为任何有存储要求的 Pod 都将依赖于默认 StorageClass 的存在与否。如果默认 StorageClass 未被定义，Pod 创建将失败。

发生了什么变化

我们更改了 PersistentVolume (PV) 控制器，以便将默认 StorageClass 指定给 storageClassName 设置为 null 且未被绑定的所有 PersistentVolumeClaim。我们还修改了 API 服务器中的 PersistentVolumeClaim 准入机制，允许将取值从未设置值更改为实际的 StorageClass 名称。

Null `storageClassName` 与 `storageClassName: ""` - 有什么影响？

此特性被引入之前，这两种赋值就其行为而言是相同的。storageClassName 设置为 null 或 "" 的所有 PersistentVolumeClaim 都会被绑定到 storageClassName 也设置为 null 或 "" 的、已有的 PersistentVolume 资源。

启用此新特性时，我们希望保持此行为，但也希望能够更新 StorageClass 名称。考虑到这些限制，此特性更改了 null 的语义。具体而言，如果有一个默认 StorageClass，null 将可被理解为 “给我一个默认值”，而 "" 表示 “给我 StorageClass 名称也是 "" 的 PersistentVolume”，所以行为将保持不变。

综上所述，我们更改了 null 的语义，使其行为取决于默认 StorageClass 定义的存在或缺失。

下表显示了所有这些情况，更好地描述了 PVC 何时绑定及其 StorageClass 何时被更新。

使用默认 StorageClass 时的 PVC 绑定行为
		PVC `storageClassName` = `""`	PVC `storageClassName` = `null`
未设置默认存储类	PV `storageClassName` = `""`	binds	binds
未设置默认存储类	PV without `storageClassName`	binds	binds
设置了默认存储类	PV `storageClassName` = `""`	binds	存储类更新
设置了默认存储类	PV without `storageClassName`	binds	存储类更新

如何使用

如果你想测试这个 Alpha 特性，你需要在 kube-controller-manager 和 kube-apiserver 中启用相关特性门控。你可以使用 --feature-gates 命令行参数：

--feature-gates="...,RetroactiveDefaultStorageClass=true"

测试演练

如果你想看到此特性发挥作用并验证它在集群中是否正常工作，你可以尝试以下步骤：

定义一个基本的 PersistentVolumeClaim：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-1
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

在没有默认 StorageClass 时创建 PersistentVolumeClaim。 PVC 不会制备或绑定（除非当前已存在一个合适的 PV），PVC 将保持在 Pending 状态。
```
$ kc get pvc
NAME      STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc-1     Pending   
```

将某个 StorageClass 配置为默认值。

$ kc patch sc -p '{"metadata":{"annotations":{"storageclass.kubernetes.io/is-default-class":"true"}}}'
storageclass.storage.k8s.io/my-storageclass patched

确认 PersistentVolumeClaims 现在已被正确制备，并且已使用新的默认 StorageClass 进行了可追溯的更新。

$ kc get pvc
NAME      STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS      AGE
pvc-1     Bound    pvc-06a964ca-f997-4780-8627-b5c3bf5a87d8   1Gi        RWO            my-storageclass   87m

新指标

为了帮助你了解该特性是否按预期工作，我们还引入了一个新的 retroactive_storageclass_total 指标来显示 PV 控制器尝试更新 PersistentVolumeClaim 的次数，以及 retroactive_storageclass_errors_total 来显示这些尝试失败了多少次。

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