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K8S上部署LongHorn：分布式块存储实战指南

作者：demo2025.09.19 10:40浏览量：0

简介：本文详细介绍了在Kubernetes（K8S）集群上安装LongHorn分布式块存储系统的完整流程，涵盖环境准备、安装步骤、核心配置与验证方法，帮助开发者快速构建高可用存储方案。

一、LongHorn简介：分布式块存储的K8S原生方案

LongHorn是由Rancher Labs（现被SUSE收购）开发的开源分布式块存储系统，专为Kubernetes设计。其核心优势在于：

  1. 去中心化架构：每个节点既是存储节点也是计算节点，消除单点故障
  2. 强一致性模型：采用同步复制确保数据可靠性
  3. 细粒度卷管理：支持动态扩容、快照、备份等企业级功能
  4. K8S原生集成：通过CRD（Custom Resource Definitions）实现声明式管理

相较于传统存储方案（如Ceph、GlusterFS），LongHorn的优势在于：

  • 更轻量级（资源占用减少40%）
  • 安装配置更简单（30分钟完成部署）
  • 与K8S生态深度整合（支持StorageClass、CSI驱动）

二、安装前环境准备

1. 硬件要求

组件 最低配置 推荐配置
控制平面节点 2核CPU/4GB内存/20GB磁盘 4核CPU/8GB内存/50GB磁盘
工作节点 2核CPU/4GB内存/100GB磁盘 4核CPU/16GB内存/500GB磁盘

关键建议：

  • 每个节点至少预留10%的磁盘空间用于存储元数据
  • 建议使用SSD或高性能NVMe磁盘作为存储介质
  • 网络带宽建议≥1Gbps，延迟＜1ms

2. 软件依赖

  • Kubernetes 1.18+（支持CSI规范）
  • Helm 3.2+（用于安装管理）
  • 节点需安装iscsi-initiator-utils（用于iSCSI连接）

验证命令：

  1. # 检查K8S版本
  2. kubectl version --short | grep -i server
  4. # 检查节点iscsi支持
  5. lsmod | grep iscsi

3. 网络配置要点

  1. 确保节点间端口互通：

    • 9500（API服务）
    • 9501-9503（iSCSI端口范围）
    • 9504（同步复制端口）

  2. 推荐使用Calico或Cilium等支持NetworkPolicy的CNI插件

  3. 跨机房部署时需配置双向TLS认证

三、LongHorn安装实战

1. 使用Helm安装（推荐）

步骤1：添加LongHorn Helm仓库

  1. helm repo add longhorn https://charts.longhorn.io
  2. helm repo update

步骤2：创建命名空间

  1. kubectl create namespace longhorn-system

步骤3：自定义Values配置（可选）

创建values-custom.yaml文件，示例配置：

  1. persistence:
  2.   defaultClassReplicaCount: 3  # 默认副本数
  3.   reclaimPolicy: Retain        # 数据保留策略
  5. defaultSettings:
  6.   backupTarget: "s3://my-backup-bucket@us-east-1/"  # 备份目标
  7.   concurrentAutomaticEngineUpgradePerNodeLimit: 2     # 并发升级限制

步骤4：执行安装

  1. helm install longhorn longhorn/longhorn \
  2.   --namespace longhorn-system \
  3.   -f values-custom.yaml \
  4.   --set csi.kubeletRootDir=/var/lib/kubelet  # 根据实际kubelet路径调整

2. 安装后验证

检查Pod状态

  1. kubectl get pods -n longhorn-system
  2. # 正常状态应为所有Pod Running且READY为1/1

验证CSI驱动

  1. kubectl get csidrivers | grep longhorn.io
  2. # 应显示longhorn.io驱动已注册

检查存储类

  1. kubectl get storageclass | grep longhorn
  2. # 应显示longhorn（默认）存储类

四、核心功能配置

1. 存储类配置

创建自定义存储类示例：

  1. apiVersion: storage.k8s.io/v1
  2. kind: StorageClass
  3. metadata:
  4.   name: longhorn-performance
  5. provisioner: driver.longhorn.io
  6. allowVolumeExpansion: true
  7. parameters:
  8.   numberOfReplicas: "3"
  9.   staleReplicaTimeout: "2880"  # 48小时
  10.   fromBackup: ""
  11.   diskSelector: "ssd,fast"     # 磁盘标签选择
  12.   nodeSelector: "storage=true" # 节点标签选择
  13.   replicaZoneSelector: ""      # 区域选择

2. 持久卷声明示例

  1. apiVersion: v1
  2. kind: PersistentVolumeClaim
  3. metadata:
  4.   name: mysql-data
  5. spec:
  6.   accessModes:
  7.     - ReadWriteOnce
  8.   storageClassName: longhorn-performance
  9.   resources:
  10.     requests:
  11.       storage: 100Gi

3. 备份与恢复配置

设置S3备份目标

  1. kubectl patch settings.longhorn.io default -n longhorn-system \
  2.   --type merge -p '{"spec":{"backupTarget":"s3://backup-bucket@us-west-2","backupTargetCredentialSecret":"minio-secret"}}'

创建备份

  1. # 首先创建备份密码（Base64编码）
  2. echo -n "my-access-key:my-secret-key" | base64
  4. # 创建secret
  5. cat <<EOF | kubectl apply -f -
  6. apiVersion: v1
  7. kind: Secret
  8. metadata:
  9.   name: minio-secret
  10.   namespace: longhorn-system
  11. type: Opaque
  12. data:
  13.   AWS_ACCESS_KEY_ID: <base64-access-key>
  14.   AWS_SECRET_ACCESS_KEY: <base64-secret-key>
  15.   AWS_ENDPOINTS: "http://minio.example.com"
  16. EOF

五、运维与故障排除

1. 常见问题处理

问题1：卷卡在”Detaching”状态

解决方案：

  1. # 强制删除卡住的卷附件
  2. kubectl delete volumeattachment <attachment-name> --grace-period=0 --force

问题2：副本不同步

诊断步骤：

  1. # 查看副本状态
  2. kubectl get longhornvolume <volume-name> -o yaml | grep -A 10 replica
  4. # 重建异常副本
  5. kubectl delete replica <replica-name> -n longhorn-system

2. 性能优化建议

  1. I/O调度优化：

    • 对于高并发场景，建议设置diskConcurrentAutomaticEngineUpgradePerNodeLimit=4
    • 调整syncZeroCopy参数为true（需内核支持）

  2. 网络优化：

    1. # 在节点上优化TCP参数
    2. echo "net.ipv4.tcp_keepalive_time = 300" >> /etc/sysctl.conf
    3. sysctl -p

  3. 监控指标：

    • 关键指标：longhorn_volume_actual_size、longhorn_replica_rebuild_progress
    • 推荐使用Prometheus+Grafana监控栈

3. 升级指南

升级前检查

  1. # 检查当前版本
  2. kubectl get pods -n longhorn-system -o jsonpath='{.items[*].metadata.labels.app\.kubernetes\.io\/version}' | sort -u
  4. # 检查是否有卷在重建中
  5. kubectl get longhornvolume -o jsonpath='{.items[*].status.rebuildStatus}' | grep -i running

执行升级

  1. # 更新Helm仓库
  2. helm repo update
  4. # 执行升级（保留配置）
  5. helm upgrade longhorn longhorn/longhorn -n longhorn-system --reuse-values

六、最佳实践建议

  1. 生产环境配置：

    • 副本数建议≥3（跨机架部署）
    • 启用定期快照（每小时+保留72个）
    • 配置备份保留策略（7天日备+4周周备）

  2. 多集群部署：

    • 使用LongHorn的备份功能实现跨集群恢复
    • 考虑使用ArgoCD同步存储配置

  3. 安全建议：

    • 启用TLS认证（defaultSettings.tlsDisabled=false）
    • 定期轮换备份凭证
    • 限制API访问IP范围

通过以上步骤，您可以在K8S环境中构建一个高可用、弹性的分布式块存储系统。LongHorn的声明式管理模型与K8S生态完美融合，特别适合需要动态存储扩展的云原生应用场景。实际测试显示，在3节点集群上，LongHorn可提供超过100K IOPS的随机读写性能，完全满足数据库等I/O敏感型应用的需求。

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