本稿では、OpenShift環境でデータを保管するのに必要な永続ボリュームについて、バックエンドのストレージの選定や、OpenShift 4以降で使用可能になったContainer Storage Interfaceの概要と実際の使用方法、考慮点について説明する。
OpenShift環境のストレージ
コンテナで稼働するアプリケーションのデータやOpenShiftのログ、統計情報などを保管する必要がある場合、データを永続化する仕組みが必要となる。
OpenShift環境ではPersistent Volume（永続ボリューム。以下、PV）と呼ばれるバックエンドのストレージを抽象化したリソースによって、コンテナのライフサイクルから独立した形でデータを永続化することが可能である。
開発者はPersistent Volume Claim（永続ボリューム要求。以下、PVC）を使用してコンテナの稼働に必要なストレージを要求することで、バックエンドのストレージに関する知識がなくてもPVリソースを要求できる。
PVには、バックエンドとなるストレージに依存する3つのAccess Modesがあり、コンテナからのアクセス方法によって適切に選択する必要がある。
また事前にPVを作成する必要があるものと、PVCによって動的にPVがプロビジョニングされる（Dynamic Provisioning）ものがある。OpenShiftが提供するボリューム・プラグインでサポートされているストレージには、図表1がある（出典：OpenShift Documentation）。
OpenShift環境で使用可能なストレージ
OpenShiftでバックエンドのストレージを使用する方法は2つある。1つはOpenShiftの提供するプラグインを使用する方法、もう1つはIBM Container Storage Interface（以下、CSI）を使用する方法である。
Container Storage Interface
CSIとは、Cloud Native Computing Foundationで定義されたContainer Orchestrator（CO）で利用可能な業界標準のストレージ・インターフェースである。
CSIではコマンドとオプションが共通化されているため、COのユーザーはバックエンドのストレージを意識することなく利用できる。
また、各ストレージ・ベンダーがCSIに準拠したプラグインをCSIドライバとして開発・提供することで、ストレージ機器に搭載されているさまざまな機能をCOでも利用できる。
CSIドライバは通常コンテナ・イメージとして提供され、提供元のベンダーによりサポートされる。バックエンドのストレージとして異なるストレージを複数使用する場合は、それぞれに対応するCSIドライバを構成する必要がある。
CSIで定義されている機能例には、以下がある。
動的プロビジョニング
スナップショット
クローニング
ボリューム拡張
ロー・ブロック
IBMの提供する2つのCSIドライバ
IBMは提供するストレージ製品に合わせて、「Block Storage CSIドライバ」と「Spectrum Scale CSIドライバ」という2つのCSIドライバを提供している。
Block Storage CSIドライバ
DS8000／FlashSystemなどのブロック・ストレージに対応したドライバ。Volume（LUN）に対応したPVを静的・動的に作成したり、スナップショット、クローニングといった機能を提供する。Access ModesはReadWriteOnce（RWO:1ノードからのアクセス）。
Spectrum Scale CSIドライバ
Spectrum Scale／ESS（旧GPFS）などのファイル・ストレージに対応したドライバ。ディレクトリ、ファイルセットに対応したPVを静的・動的に作成する。またSpectrum Scale固有の機能として、複数ファイルシステムへのPV作成や、リモート・クラスタにPV作成が可能。Access ModesはRWO／ReadWriteMany（RWX:複数ノードからアクセス可能）。
Block Storage CSIドライバの構成
Block Storage CSIドライバは、図表3のように構成される。
Block Storage CSIドライバをインストールすると、CSI Controllerポッド（ibm-block-CSI controller）とCSIポッド（ibm-block-CSI node）がWorkerノードに導入される。
CSI ControllerはMasterノード内のAPIサーバーからのリクエストを受け、ボリュームの管理、操作（CreateVolume、DeleteVolumeなど）をManagement Path経由で実行する。
CSIノードはKubeletと通信して、Workerノードでのボリュームの動作を管理する（NodePublishVolume、NodeUnpublishVolumeなど）。
Spectrum Scale CSIドライバの構成
Spectrum Scale CSIドライバは、図表4のように構成される。
Spectrum Scaleのクラスタと、Kubernetes／OpenShift Clusterが同居するような形で構成される。ScaleのClientノードのすべて、もしくは一部がWorkerノードを兼ねる。
またKubernetes／OpenShiftには含まれないScale GUI Serverから、CSIドライバに対して、PV作成、マウントなどの命令が実行される。
このドライバの特徴として、リモートのSpectrum Scaleのファイルシステムをマウントする機能も提供している（図表5）。
これによりさらに高い拡張性、柔軟性を備えたストレージの提供が可能となる。
また、Spectrum Scale Container Native Storage Access のソフトウェア機能により、Spectrum Scale ClientがPodとして稼働させられる（図表6）。
CSIドライバのリモート・マウント機能と連携して、Kubernetes／OpenShift Clusterにストレージを提供可能となる。
Block Storage CSIドライバの挙動
ここからは、Block Storage CSIドライバが、どのようにOpenShiftおよびIBMのBlock Storageと連携するかを、具体的なオペレーションを交えながら紹介する。
今回使用した機器構成は、図表7のとおりである。
ストレージはIBMのCloud StorageであるSpectrum Virtualize for Public Cloud（SV4PC）で、OpenShiftのクラスタとはネットワーク経由で接続され、管理系接続に加えてPVアクセス用にWorkerノードからiSCSI接続している。
以下に、CSI ドライバに関する用語を説明する。
Array Secret
CSIドライバがストレージ装置に接続、ログインするにあたり、使用するユーザー、パスワードを定義する
Storage Class
使用するストレージ・プール（RAID Arrayの集合）やボリュームの属性値（Thin／Dedupなど）を設定する
Persistent Volume Claim（PVC）
Podから使用するPVを作成する定義。作成、使用するPVごとに作成する
Snapshot／Snapshot Class
PVの静的断面（スナップショット）を取得する。バックアップやクローンで使用。対象のボリュームや保管先のプールを指定する
いずれもの場合もYAMLというテキスト形式のファイルを作成して、ocコマンドで実行する（OpenShiftの場合）。
Array Secretで開発者単位にユーザーを、Storage Classで使用するプールを分けて定義することで、マルチ・テナンシーの実現も可能となる。
これらはユーザーやストレージ・プールに合わせて一度定義を作成しておけばよく、PVCやSnapshotのYAMLはそれぞれPV、Snapshot、クローン作成時に新たに作成・実行する（図表8）。
このYAMLファイルの形式は、ストレージが異なってもほぼ共通化されており、各ベンダーが提供するCSIドライバがそれぞれの違いを吸収する。
そのためユーザーから見ると、ストレージごとに異なるオペレーションを覚える必要がない。それがCSIドライバの利点である。
Persistent Volume／Snapshotの作成
開発者がPVを必要とした場合にはPVCのYAMLファイルを作成し、実行することで、SV4PCにボリュームが作成され、それに紐づいたPVがOpenShift上に作成される（図表9）。
StatefulsetからこのPVを呼び出すと、SV4PC側ではWorkerノードに対してボリュームがマップされ、Podに対してPVがアサインされる。
実際のOpenShiftのオペレーションとしては、ocコマンドでPVCのYAMLを実行すると、ストレージ上でボリュームが作成され、OpenShift上ではPVが作成される（図表10）。
また作成したPVのSnapshotを取得する場合は、Snapshotを取得するYAMLを作成・実行することで、SV4PC上ではボリュームのSnapshotが取得され、OpenShiftに対応するPVのSnapshotが作成される（図表11）。
こちらもPVと同様、ocコマンドでSnapshot作成のYAMLを実行すると、ストレージ上でPVからSnapshotが作成され、それに紐づくSnapshotがOpenShift上で作成される（図表12）。
CSIドライバのメリット
最後にCSIドライバを利用するメリットをまとめる。
1 開発者のストレージ利用の利便性向上、開発の高速化
ほぼテンプレート化されたYAMLファイルを使用するだけで、ストレージの違いを吸収し、ストレージごとに異なるオペレーションを覚える必要がないので、利用者にとって利便性を向上させられる。
またPVの作成、スナップショット、クローニングなどを開発者自身で行うので、管理者とのやり取りの負担や時間を短縮化でき、開発の高速化につながる。
2 柔軟なストレージの選択、利用
アプリケーションによってサポートされるストレージ、要件や環境によって求められるストレージは異なる。
たとえば比較的小規模なOpenShift環境ではOpenShift Container Storage、高いパフォーマンスが求められる場合にはFlashSystem、ファイル・ストレージやNAS、高い拡張性が求められる場合はSpectrum Scaleなどがある。
これらの環境に合わせてそれぞれにストレージを用意したとしても、オペレーションを統一した柔軟な利用が可能となる。
3 ストレージ管理者の負担減
利用者ごとのユーザー、プール定義などを管理者があらかじめ行っておけば、以降のボリュームやスナップショットの作成は開発者自身で行える。
これにより、ストレージのマルチ・テナンシー化および迅速な開発作業が実現でき、管理者にとって運用管理の負担を軽減できる。
コンテナ環境でストレージを利用する際は、より簡単に、かつ柔軟に利用できるCSIドライバを積極的に活用していただきたい。
著者｜
坂根 新之介氏
日本アイ・ビー・エム システムズ・エンジニアリング株式会社
オープンテクノロジー
ITスペシャリスト
2004年、日本アイ・ビー・エム システムズ・エンジニアリングに入社。2014年までPower Systemsのテクニカルサポートを主に担当。2015年からIBM Spectrum Virutalize／Spectrum Scaleのテクニカルサポートを担当。プロジェクトサポートにも並行して参画し、主にインフラの構築、運用、移行を担当する。
今井 慶太郎氏
日本アイ・ビー・エム システムズ・エンジニアリング株式会社
オープンテクノロジー
シニアITスペシャリスト
2002年、日本IBMに入社。以来、オープン系ストレージ製品全般(FlashSystem／DS8000／Tape／Spectrum Protect／SANなど)のSMEとして、Pre/Post Salesの各フェーズで提案、PoC、設計、導入構築支援、障害対応など多数のプロジェクトに従事している。
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