📚 课程目录第2章 CSI架构总览

CSI 架构总览：CO、Sidecar、Driver 三层职责与交互关系

CSI（Container Storage Interface）采用清晰的三层架构设计，将存储控制面与数据面解耦，使容器编排平台（CO）无需绑定特定存储厂商的客户端库。理解这三层的职责划分与交互流程，是掌握 CSI 通信机制的基础。

2.1 三层架构总览

CSI 架构从上到下依次为：容器编排平台（CO）、Sidecar 容器、CSI Driver。CO 负责发起存储生命周期操作，Sidecar 负责将 CO 的原生存储 API 转换为 CSI 标准 gRPC 调用，Driver 负责与后端存储系统交互并执行实际存储操作。

2.2 各层职责详解

2.2.1 容器编排平台（CO）

CO 是存储操作的发起者，负责管理容器化应用的生命周期。在 Kubernetes 中，CO 通过 PV/PVC 体系 声明存储需求，并调用 CSI 的 CreateVolume、ControllerPublishVolume、NodeStageVolume、NodePublishVolume 等操作。CO 不直接与 CSI Driver 通信，而是通过 Sidecar 容器进行桥接。

2.2.2 Sidecar 容器

Sidecar 是 CO 与 Driver 之间的适配层，每个 Sidecar 负责一类 CSI 操作。Kubernetes 官方维护了多个标准 Sidecar：

Sidecar 名称	负责的 CSI 操作	对应 CO 组件
external-provisioner	卷创建/删除（CreateVolume / DeleteVolume）	PV Controller
external-attacher	卷挂载/卸载（ControllerPublishVolume / ControllerUnpublishVolume）	AttachDetach Controller
external-resizer	卷扩容（ControllerExpandVolume）	PVC 扩容控制器
external-snapshotter	快照创建/删除（CreateSnapshot / DeleteSnapshot）	VolumeSnapshot Controller
node-driver-registrar	Driver 注册与健康检查（NodeGetInfo / NodeGetCapabilities）	Kubelet 插件注册

关键理解：Sidecar 本质上是 CO 原生控制器与 CSI gRPC 接口之间的翻译器。例如，Kubernetes 的 PV Controller 监听到 PVC 创建事件后，external-provisioner 会将其转换为 CSI 的 CreateVolume gRPC 调用发送给 Driver。

2.2.3 CSI Driver

CSI Driver 是存储厂商实现的二进制进程，通常以 DaemonSet 形式部署在每个节点上。Driver 必须实现以下三个 gRPC 服务：

Identity 服务：提供 Driver 名称、版本、能力声明（如是否支持卷扩容、快照、拓扑感知等）。
Controller 服务：运行在控制面，负责卷的创建/删除、挂载/卸载、快照、扩容等控制面操作。
Node 服务：运行在每个节点上，负责将卷挂载到节点本地文件系统，并最终提供给 Pod 使用。

2.3 交互关系与通信流程

CSI 的交互分为 控制面流程 和 数据面流程。控制面流程涉及 CO、Sidecar 和 Driver 的 Controller 服务；数据面流程仅涉及 Kubelet 和 Driver 的 Node 服务。

2.4 关键交互规则

  核心原则：
  Sidecar 不参与数据面：所有数据面操作（如格式化、挂载到 Pod 命名空间）由 Kubelet 直接调用 Driver Node 服务完成，Sidecar 只处理控制面逻辑。
gRPC 是唯一通信协议：CO 与 Driver 之间不传递 HTTP REST 请求，所有 CSI 操作均通过 Unix Socket 上的 gRPC 调用完成。
Driver 无状态设计：CSI Driver 不维护持久化状态，所有状态由 CO（如 PV 对象）和后端存储系统共同管理。

2.5 部署拓扑示例

在 Kubernetes 中，CSI Driver 通常以 DaemonSet 形式部署在每个节点上，Sidecar 以 Deployment 形式运行在控制面节点。以下是一个典型的部署清单结构：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: csi-driver-node
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: csi-driver          # 主 Driver 容器
        image: registry.example.com/csi-driver:v1.0
        volumeMounts:
        - mountPath: /csi
          name: socket-dir
      - name: node-driver-registrar  # Sidecar：注册 Driver 到 Kubelet
        image: registry.k8s.io/sig-storage/csi-node-driver-registrar:v2.8.0
        volumeMounts:
        - mountPath: /csi
          name: socket-dir
      volumes:
      - name: socket-dir
        hostPath:
          path: /var/lib/kubelet/plugins/csi-driver.example.com
          type: DirectoryOrCreate
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: csi-driver-controller
spec:
  replicas: 2
  template:
    spec:
      containers:
      - name: csi-driver          # 同一 Driver 镜像，运行 Controller 服务
        image: registry.example.com/csi-driver:v1.0
      - name: external-provisioner  # Sidecar：处理卷创建
        image: registry.k8s.io/sig-storage/csi-provisioner:v3.5.0
      - name: external-attacher     # Sidecar：处理卷挂载
        image: registry.k8s.io/sig-storage/csi-attacher:v4.1.0
      - name: external-resizer      # Sidecar：处理卷扩容
        image: registry.k8s.io/sig-storage/csi-resizer:v1.8.0

注意：同一 CSI Driver 镜像同时运行在 DaemonSet 和 Deployment 中，但通过启动参数区分运行模式。DaemonSet 中的 Driver 只启动 Node 服务，Deployment 中的 Driver 只启动 Controller 服务。这种设计保证了控制面与数据面的物理隔离。