オープンソース

DRBD-SDSとKubernetes

Kubernetesの永続ストレージとしてDRBD-SDSを利用すると、CephやNFSなどを利用するよりも柔軟にストレージを利用することができます。Kubernetes上で、MySQLやPostgreSQLなどのリレーショナルデータベースを利用する場合には、DRBD-SDSを利用することでサービスの冗長化を実現することができます。

DRBD-SDSとは

DRBD-SDSは、DRBDバージョン9からサポートされたSDS(Software Defined Storage)の機能です。DRBDは、Linbit社が開発したオープンソースの分散ブロックデバイスの技術です。DRBDは、もともとはネットワークミラーリング用のソフトウェアとして、主にHAクラスタなどで利用されてきました。DRBDバージョン9では、より高機能なSDSのソフトウェアとして、より多くのサーバのストレージを管理できるようになりました。次のような特徴があります。

Kubernetesの連携

DRBDでは、複数のサーバストレージをLINSTOR(LINbit dataSTOR)と呼ばれるコントローラが管理します。LINSTORは、Kubernetesのストレージ割当メカニズムと連携して動作することができます。そのため、Kubernetesでストレージを割り当てると、自動的に冗長化したストレージが割り当てられます。

KubernetesとLinstorの連携画像

低コストで冗長化されたストレージ

冗長化されたNFSサーバは、比較的高価です。DRBDを利用すると、コントロールノードやワーカーノードのハードディスクを使って、冗長化したストレージを作成することができます。そのため、ストレージに必要なコストを抑えることができます。

小さな構成からスタートできる

Cephで冗長化されたストレージを利用するには、最小3台のストレージノードが必要です。DRBDは、最小2台で構成することができます。

スケーラビリティ

割り当てられたストレージは、どのワーカーノード上でも利用することができます。また、ワーカーノードを追加すれば、ハードディスク容量も増加します。そのため、必要に応じてリソースを拡張することができます。

非常に高性能な永続ストレージ

DRBD-SDSとCephの性能については、ベンチマーク結果が公開されています。DRBD-SDSは、シーケンシャルなデータ書き込みでは、Cephに比べて最大で19倍も高速に動作します。ランダムな書き込みの場合でも、1.4~3倍の性能を発揮します。また、シーケンシャルな読み込みでも、Cephに比べて最大で14倍も高速に動作します。また、DRBDでは、データ読み込み時には複数のストレージノードから並列にデータを読み込むことで、ローカルディスクよりも高速に動作します。

KubernetesとDRBD-SDSのデータ書き込みグラフ画像

商用サポートが受けられる

ストレージは非常に重要な機能です。そのため、安定して動作する必要があります。DRBDは、オープンソースソフトウェアですが商用サポートを利用することもできます。そのため、安心して利用することができます。

DRBD-SDSとMySQL、PostgreSQL

Kubernetesでは、MySQLやPostgreSQLのようなデータベースをどのように管理するのかが課題になります。DRBDを使うことで、この課題を解決することができます。

KubernetesでのMySQLやPostgreSQLの問題点

Kubernetesで、CephやNFSでストレージを構成している場合には、次のような問題があります。

  • MySQLやPostgreSQLのデータは、複数のノードから同時に書き込みを行うと破壊されてしまう
  • データベースのPodをStatefulSetとして登録し、同時に1台しか動作しないようにコントロールする必要がある
  • 稼働していたノードの通信が途絶えても、別のノードで処理を引き継ぐことができない

というのは、旧ノード上のデータベースが動作を続けているため、旧ノードの通信が復旧した場合に同時に2台からのアクセスが発生してしまい、データが壊れてしまう可能性があるためです。そのため、Kubernetesだけでは、RDBの冗長性を担保することができないのです。

DRBD-SDSでPostgreSQLやMySQLやも冗長化できる

KubernetesでDRBD-SDSを使うと、PostgreSQLやMySQLを通常のReplicaSetとして管理することが可能になります。Kubernetesのサービス監視機能と組み合わせて、完全な冗長化を実現できます。それは、DRBD-SDSの機能で、マスターノードが1台だけになるように制御することができるからです。

  • DRBDでは、ストレージノード間で通信が行われ、ストレージプール全体でマスターが管理される
  • 稼働ノードの通信が途絶えると、他のノードで処理が発生した時に自動的にマスタに切り替わる
  • 旧ノードの通信が復旧すると、DRBDのフェールセーフ機能が働き、旧ノードからはデバイスに書き込むことができません。

KubernetesでのDRBDの制御

KubernetesにDRBDを統合することができます。例えば、各ワーカーノードで、次のようにDRBDのストレージノードが登録されています。

# linstor --no-utf8 n l ⏎
+-------------------------------------------------------------+
| Node      | NodeType  | Addresses                  | State  |
|-------------------------------------------------------------|
| kmaster   | COMBINED  | 192.168.56.10:3366 (PLAIN) | Online |
| kworker01 | SATELLITE | 192.168.56.11:3366 (PLAIN) | Online |
| kworker02 | SATELLITE | 192.168.56.12:3366 (PLAIN) | Online |
+-------------------------------------------------------------+

この例では、Kubernetesのマスタサーバkmasterに、DRBDのLinstorのコントローラとサテライトノードを兼任(COMBINED)させています。また、次のようにkworker01とkworker02には、ストレージプールdrbd01を定義しています。

# linstor --no-utf8 sp l ⏎
+--------------------------------------------------------------------------------------------+
|StoragePool |Node      |Driver    |PoolName |FreeCapacity |TotalCapacity |SupportsSnapshots |
|--------------------------------------------------------------------------------------------|
|drbd01      |kworker01 |LvmDriver |drbdpool |    8.00 GiB |     8.00 GiB |false             |
|drbd01      |kworker02 |LvmDriver |drbdpool |    8.00 GiB |     8.00 GiB |false             |
+--------------------------------------------------------------------------------------------+

Kubernetesでのストレージの利用

KubernetesでDRBDストレージを使う場合には、次のようなことを行います。

  • ストレージプールを利用するためのストレージクラスを定義する
  • ストレージクラスから、永続ボリュームを割り当てる
  • 永続ボリュームをPodに割り当てる

KubernetesでのDRBDストレージクラスの定義

Kubernetesでは、このストレージプールを利用するためのストレージクラスを定義します。まずは、次のようなファイルを用意します。

storageclass.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1beta1
kind: StorageClass
metadata:
  name: drbd-storage
provisioner: external/linstor	← LINSTORの設定
parameters:	← LINSTORのパラメータ
  autoPlace: "2"   ← 2つのサーバに配置
  filesystem: "xfs"   ← 作成するファイルシステムタイプ
  storagePool: "drbd01"   ← ストレージプールの名前
  controllers: "192.168.56.10"   ← LINSTORのアドレス

このファイルでは、drbd-storageという名前のストレージクラスを定義します。provisionerは、このストレージプールの割り当てをlinstorで行うことを設定しています。また、autoPlaceで自動的に2つのサーバにミラーリングして配置し、上位にxfsを作成することが定義されています。storagePoolで、LINSTORに定義したdrbd01というプールを使うことを指定しています。このファイルを使って、次のようにストレージクラスを定義します。

# kubectl create -f storageclass.yaml ⏎

KubernetesでのDRBD永続ボリュームの割り当て

定義したストレージクラスから、永続ボリュームを割り当てるには、次のようなファイルを作成します。

PersistentVolumeClaim.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: drbd-volume01	← 作成する永続ボリュームの割り当て
  annotations:
    volume.beta.kubernetes.io/storage-class: drbd-storage	← 利用するストレージクラス
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
  requests:
    storage: 500Mi	← 割り当てるサイズ

これは、drbd-volume01という名前の永続ストレージを割り当てるための定義ファイルです。利用するストレージクラスには、先ほど定義したdrbd-storageを指定します。この例では、割り当てるサイズを500Mに設定しています。次のようにすることで、実際に永続ストレージの割り当てが行われます。

# kubectl create -f PersistentVolumeClaim.yaml ⏎

KubernetesでのDRBD永続ボリュームの使用

次は、実際にMySQLで、この永続ボリュームを使用する場合の使用例です。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - image: mysql:5.6
        name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: password
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        volumeMounts:
        - name: mysql-persistent-storage
          mountPath: /var/lib/mysql
      volumes: #
      - name: mysql-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: "drbd-volume01"	← 割り当てられた永続ストレージ

割り当てられたボリュームの名称drbd-volume01を/dataにマウントするように指定しています。このように、通常の永続ボリュームと同様にDockerコンテナから利用することができます。

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