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　　據IDC稱，到2023年，將有超5億的應用和服務以云原生的方式進行開發和部署，這一數字與過去40年以來人們開發的應用總數相當。

　　云原生的加速發展為每個行業帶來新的競爭需求，云原生和容器正在迅速轉變為應用程序開發和底層云基礎設施服務的新藍圖。

　　但值得注意的是，據CNCF調查顯示，目前存儲系統依然是云原生場景使用和部署中面臨的最主要障礙之一。

　　云原生環境對存儲帶來新挑戰

　　存儲系統一直以來都是基礎設施軟件中的核心之一。無論業務采用什么樣的運行環境和架構，都離不開存儲系統的支撐。

　　在過去的30年中，業務系統的運行環境經歷了巨大的變化，從單獨部署的物理機，小規模部署的虛擬化環境，大規模部署的云環境，以及目前的云原生平臺。在這個變革的過程中，業務系統對平臺敏捷性的要求越來越高。

　　在物理機時代，運維人員需要手動配置存儲系統和部署業務系統，業務上線以周為單位。而在云原生時代，每分鐘都可能發布新的應用版本，每天都可能有大量的業務要上線。

　　這意味著，云原生時代的存儲系統，除了要滿足性能、穩定性、可靠性的要求以外，還要滿足業務系統對敏捷性的要求，能夠通過統一的編排系統配合業務上線，并且可以實現快速擴容。

　　同時，為了減輕運維管理員的工作負擔，存儲系統自身的自動化運維能力，也成為運維團隊關注的核心焦點。

　　盡管在云原生技術日益普及的今天，在Kubernetes上運行無狀態應用已經非常成熟，平滑擴展能力也很強，但對于有狀態的應用，數據需要持久化存儲，還有很大提升的空間，面臨著很多挑戰。

　　據CNCF對于“在使用/部署容器過程中遇到的挑戰”的調查報告中顯示，云原生存儲遇到的挑戰表現在以下幾個方面：

　　易用性：存儲服務部署、運維復雜，云原生化程度低，缺少與主流編排平臺整合

　　高性能：大量應用IO訪問，IOPS需求高，低時延，性能成為應用運行效率瓶頸

　　高可用：云原生存儲已經應用到生產環境，需要高可靠/高可用，不能出現單點故障

　　敏捷性：PV快速創建、銷毀、平滑的擴展/收縮，PV隨Pod遷移而快速遷移

　　云原生存儲應具備哪些特點?

　　云原生存儲作為一種存儲系統，可靠性、性能、高可用等特點都是必不可少的。除此之外，云原生環境對存儲系統提出了更高的要求。

　　面對諸多挑戰云原生存儲應具備哪些特點呢?

　　盡量減少環境依賴

　　云原生存儲系統應盡量不對軟硬件環境存在任何依賴，例如對內核的依賴，對特定的網絡設備和磁盤型號的依賴等等。只有盡量少的依賴，才能夠做到最大的適配性。

　　避免資源消耗過高

　　云原生存儲系統以容器的形式和業務系統混合部署在容器平臺上。如果存儲系統占用過多的計算資源(CPU、內存)，則會導致整體投入成本太高。

　　聲明式運維方式

　　存儲系統應支持通過聲明式的接口進行運維管理，同時支持一定程度的自動化運維，包括在線擴容、升級等等。當發生硬件故障時，存儲服務可以自動恢復，以保證業務系統不受影響。

　　云原生生態

　　云原生存儲還需要能夠很好地和其他云原生基礎設施配合，例如云原生數據庫，使得云原生數據庫可以真正的在公有云和私有云都能夠得到一致的用戶體驗。同時，云原生存儲應該很好地和云原生的運維生態系統結合，包括監控、報警、日志處理等待。

　　總體而言，云原生存儲系統可以運行在各種不同服務商提供的公有云環境或私有云環境中，并且為運維人員提供相同接口和運維方式，極大降低運維團隊的負擔。

　　市場上的云原生存儲方案

　　為了更好的理解在云環境中如何構建云原生存儲，先看幾個在Kubernetes企業環境中部署主流的云原生存儲方案。

　　Ceph on Kubernetes with Rook

　　Ceph是圣克魯茲加利福尼亞大學的Sage Weil在2003年開發的，也是他博士學位項目中的一部分。Ceph LTS成熟穩定、高可用、生態強大，在云原生時代和Kubernets緊密集成。

　　Ceph基于RADOS(Reliable Autonomic Distributed Object Store)的高可用存儲，在云原生時代之前已經廣泛生產部署的高可用存儲，支持最廣泛的塊存儲RBD、文件POSIX Cephfs，以及對象存儲訪問協議。

　　RedHat/SUSE目前是Ceph最主要的商業化支持者，在多個容器平臺落地案例中，RBD、CephFS 都被采用作為容器平臺實施的主要存儲，用來彌補基礎云存儲的缺失。

　　Rook目前是在Kubernetes產品級可用的部署和運維Ceph編排工具。

　　Portworx

　　Portworx以容器服務的方式部署，每個節點稱為PX，向下對接各種公有云的塊存儲或者裸金屬服務器，向上提供塊或文件服務。

　　不綁定硬件形態和廠商，可接入任何一家公有云或者自建服務器集群(只需支持iSCSI或FC 協議)，目前Portworx主打能力云災備DR、多云復制，具備完備的快照(ROW)、多云管理、同步復制(RTO，秒級)異步復制(RPO<=15min)，可以通過Kubernetes CRD申明方式，優雅實現持久化云下應用帶數據自動遷移云上能力。PX可以獨立部署，并不強依賴Kubernetes的容器網絡。

　　OpenEBS

　　OpenEBS基于Kubernetes構建的開源版EBS，軟件定義PV：將各種介質，包括本地磁盤、云等各種存儲統一池化和管理。使用iSCSI作為存儲協議。沒有綁定某一個廠商的存儲，可以靈活的接入各種存儲的一個原因。

　　從某種意義上，OpenEBS也是更加靈活、輕量。但是強依賴容器網絡，增加了抽象層OpenEBS layer, 寫入操作要通過抽象層，并且每個卷PV都有獨立的controller，增加了額外的開銷，雖然可以做到更靈活，但相比于Portworx、Ceph來說，其在性能上有比較大的劣勢。

　　目前，已經有大量的企業在將自身的存儲能力引入到Kubernetes中。

　　在CNCF公布的《2019 Cloud Native Computing Foundation》市場調研中，分析了當前和未來K8s采用情況，其中許多用戶將他們當前的存儲和云的供應商列為云原生候選名單中。

　　調查顯示，在云原生存儲的選擇上，用戶最常使用Amazon EBS、Google Persistent Disk和Azure Disk Storage。

　　第二梯隊的是Ceph、CSI和Gluster，其中37%的Gluster用戶也使用Ceph。Ceph和Gluster是分布式文件系統，在多個節點之間添加了持久層。但是，它們沒有很好地集成到K8s工具和工作流中，因而可能更難以維護和配置。

　　剩下的第三梯隊產品，基本是由以存儲為中心的服務商提供的服務，如Dell EMC、NetApp和Pure Storage。最初，Kubernetes集成了卷插件以連接到這些產品的存儲后端。不幸的是，上游Kubernetes發行版變得十分臃腫。這意味著對插件的任何微小更新或更改都要重建和編譯整個代碼。

　　而對于傳統存儲，客戶可能會有更多抱怨聲。例如，選擇Pure Storage的客戶中有46%的在處理與容器相關的存儲方面遇到了挑戰，而Kubernetes的普通用戶這一比例僅為27%。盡管有13%的用戶使用了容器存儲接口(CSI)，但問題難免還是會出現。

　　事實情況是，傳統存儲供應商包括純容器存儲服務商在內，正有轉向CSI的趨勢。雖然總體上只有13%的用戶在考慮使用CSI，但在存在存儲挑戰的用戶群中，對CSI的需求一躍升至22%。

　　結語

　　隨著云原生時代的到來，越來越多的業務系統會采用云原生架構。存儲系統作為承載業務穩定運行的核心組件，在云原生的架構下，其重要性也相應地逐漸提高。

　　事實上，云原生存儲遇到的性能、彈性、高可用、加密、隔離、可觀測性、生命周期等方面的問題，不但需要存儲產品層次的改進，更需要在云原生的控制/數據平面的改進，以推進云原生存儲的演進，而這正是新老存儲廠商有待優化和提供的服務空間。