Kubernetes卷的快照

提示：学习本篇教程前请先参阅《Kubernetes持久卷》。

一、卷快照介绍

PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim 这两个 API 资源用于给用户和管理员制备卷，而 VolumeSnapshotContent 和 VolumeSnapshot 这两个 API 资源则用于创建卷快照。

VolumeSnapshotContent 是从一个卷获取的一种快照，由管理员在集群中进行制备。类似于 PersistentVolume 是集群的资源，VolumeSnapshotContent 也是集群中的资源，可供集群内的其他用户或应用程序使用。

VolumeSnapshot 则是用户对卷进行快照的请求，并类似于 PersistentVolumeClaim。用户可以通过创建 VolumeSnapshot 来保存卷的状态，以便在需要时恢复该状态。与 PersistentVolumeClaim 类似，用户可以指定 VolumeSnapshot 的属性，如访问模式、存储容量等等。

VolumeSnapshotClass 允许指定属于 VolumeSnapshot 的不同属性。在从存储系统的相同卷上获取的快照之间，这些属性可能有所不同，因此不能通过使用与 PersistentVolumeClaim 相同的 StorageClass 来表示。

卷快照能力为 Kubernetes 用户提供了一种标准的方式，在指定的时间点复制卷的内容，而无需创建全新的卷。这一功能对于数据库管理员来说尤其有用，他们可以在执行编辑或删除等修改之前对数据库进行备份。

在使用卷快照时，需要注意以下几点：

1、API对象 VolumeSnapshot、VolumeSnapshotContent和VolumeSnapshotClass是自定义资源定义（CRD），它们并不属于核心API。

2、卷快照功能仅适用于CSI（容器存储接口）驱动程序。

3、为了支持卷快照，在Kubernetes中，团队提供了一个快照控制器（snapshot controller），它是部署在控制平面的一个组件。同时还提供了一个名为csi-snapshotter的边车（Sidecar）辅助容器，该辅助容器与CSI驱动程序一起部署。快照控制器负责监视VolumeSnapshot和VolumeSnapshotContent对象，并负责创建和删除VolumeSnapshotContent对象。而csi-snapshotter辅助容器则负责监视VolumeSnapshotContent对象，并触发针对CSI端点的CreateSnapshot和DeleteSnapshot操作。

4、还有一个用于验证的Webhook服务器，可以对快照对象进行更严格的验证。Kubernetes发行版应该将此服务器与快照控制器和自定义资源定义（CRD）一起安装。此服务器应该在所有启用了快照功能的Kubernetes集群中进行安装。

5、CSI驱动程序可能会实现卷快照功能，也可能没有实现。在实现了卷快照功能的情况下，CSI驱动程序可能会使用csi-snapshotter来提供对卷快照的支持。

6、Kubernetes 负责 CRD 和快照控制器的安装。

二、卷快照/内容生命周期

卷快照（VolumeSnapshotContents）是Kubernetes集群中的资源，而卷快照内容（VolumeSnapshots）则是对这些资源的请求。

卷快照和卷快照内容的生命周期如下：

1、制备卷快照：可以通过预制备或动态制备两种方式进行。预制备是由集群管理员创建多个VolumeSnapshotContents，它们包含实际卷快照在存储系统中的详细信息，并可以供集群用户使用。这些预制备的快照存在于Kubernetes API中，并可立即使用。动态制备则是从PersistentVolumeClaim（持久化卷声明）中动态获取快照，而不需要使用现有的快照。在动态制备时，可以指定特定于存储提供程序的参数。

2、绑定：在预制备和动态制备的场景下，快照控制器会处理将VolumeSnapshot对象和适当的VolumeSnapshotContent对象进行绑定。绑定关系是一对一的。在预制备快照的场景中，VolumeSnapshotContent对象被创建后才与VolumeSnapshot进行绑定。

3、快照源的持久性卷声明保护：这种保护的目的是确保在从系统中获取快照时，不会删除正在使用的PersistentVolumeClaim对象（因为这可能导致数据丢失）。当为某个PersistentVolumeClaim生成快照时，该PersistentVolumeClaim处于被使用状态。如果删除正在作为快照源使用的PersistentVolumeClaim对象，该对象不会立即被移除，而是推迟删除操作，直到快照状态变为ReadyToUse或快照操作被中止。

4、删除：当删除VolumeSnapshot对象时，将触发删除相应的VolumeSnapshotContent操作，并且会根据DeletionPolicy执行相应的操作。如果DeletionPolicy设置为Delete，底层存储快照将与VolumeSnapshotContent一起被删除。如果DeletionPolicy设置为Retain，底层快照和VolumeSnapshotContent都将保留。

三、卷快照使用

每个 VolumeSnapshot 包含一个 spec 和一个 status：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
name: new-snapshot-test
spec:
volumeSnapshotClassName: csi-hostpath-snapclass
source:
persistentVolumeClaimName: pvc-test

persistentVolumeClaimName是指向PersistentVolumeClaim数据源的名称，用于在动态制备快照时标识数据来源。这个字段是动态制备快照中的必填字段。可以通过指定volumeSnapshotClassName属性来请求特定类的卷快照，该属性指定了VolumeSnapshotClass的名称。如果未设置volumeSnapshotClassName，则将使用默认的VolumeSnapshotClass（如果有定义的话）来创建快照。

如下面例子所示，对于预制备的快照，需要给快照指定 volumeSnapshotContentName 作为来源；对于预制备的快照 source 中的volumeSnapshotContentName 字段是必填的。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
name: test-snapshot
spec:
source:
volumeSnapshotContentName: test-content

四、卷快照内容

每个 VolumeSnapshotContent 对象包含 spec 和 status。 在动态制备时，快照通用控制器创建 VolumeSnapshotContent 对象。下面是例子：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotContent
metadata:
name: snapcontent-72d9a349-aacd-42d2-a240-d775650d2455
spec:
deletionPolicy: Delete
driver: hostpath.csi.k8s.io
source:
volumeHandle: ee0cfb94-f8d4-11e9-b2d8-0242ac110002
sourceVolumeMode: Filesystem
volumeSnapshotClassName: csi-hostpath-snapclass
volumeSnapshotRef:
name: new-snapshot-test
namespace: default
uid: 72d9a349-aacd-42d2-a240-d775650d2455

volumeHandle 是存储后端创建卷的唯一标识符，在卷创建期间由 CSI 驱动程序返回。 动态设置快照需要此字段，它指出了快照的卷源。

对于预制备快照，作为集群管理员要按如下命令来创建 VolumeSnapshotContent 对象：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotContent
metadata:
name: new-snapshot-content-test
spec:
deletionPolicy: Delete
driver: hostpath.csi.k8s.io
source:
snapshotHandle: 7bdd0de3-aaeb-11e8-9aae-0242ac110002
sourceVolumeMode: Filesystem
volumeSnapshotRef:
name: new-snapshot-test
namespace: default

• snapshotHandle 是存储后端创建卷的唯一标识符。对于预制备的快照，这个字段是必需的，它指定此 VolumeSnapshotContent 表示的存储系统上的 CSI 快照 ID。
• sourceVolumeMode 是创建快照的卷的模式，它可以是 Filesystem 或 Block，如果没有指定源卷模式，Kubernetes 会将快照视为未知的源卷模式。
• volumeSnapshotRef 字段是对相应的 VolumeSnapshot 的引用，注意当 VolumeSnapshotContent 被创建为预配置快照时，volumeSnapshotRef 中引用的 VolumeSnapshot 可能还不存在。

五、转换快照的卷模式

如果在集群上安装的 VolumeSnapshots API 支持 sourceVolumeMode 字段，则该 API 可以防止未经授权的用户转换卷的模式。

要检查集群是否具有此特性的能力，可以运行如下命令：

kubectl get crd volumesnapshotcontent -o yaml

如果希望允许用户从现有的 VolumeSnapshot 创建 PersistentVolumeClaim， 但是使用与源卷不同的卷模式，则需要添加注解 snapshot.storage.kubernetes.io/allow-volume-mode-change: "true" 到对应 VolumeSnapshot 的 VolumeSnapshotContent 中。

对于预制备的快照，spec.sourceVolumeMode 需要由集群管理员填充。

启用此特性的 VolumeSnapshotContent 资源示例如下所示：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotContent
metadata:
name: new-snapshot-content-test
annotations:
- snapshot.storage.kubernetes.io/allow-volume-mode-change: "true"
spec:
deletionPolicy: Delete
driver: hostpath.csi.k8s.io
source:
snapshotHandle: 7bdd0de3-aaeb-11e8-9aae-0242ac110002
sourceVolumeMode: Filesystem
volumeSnapshotRef:
name: new-snapshot-test
namespace: default