隨著 Kubernetes (K8s) 在全球企業中的接受度不斷上升，越來越多的企業選擇使用 K8s 來部署服務。K8s 的靈活性和可擴展性使得它成為現代企業基礎設施的重要組成部分。然而，隨著應用程式的日益複雜，備份與災難復原成為了運營過程中不可忽視的課題。這篇文章將介紹 Velero，一款強大的開源工具，專為 Kubernetes 集群的備份、還原、災難復原以及資料遷移設計。
為什麼需要備份？
在生產環境中，難免會遇到一些不可控的因素或意外操作，甚至是程式錯誤，這些都可能導致服務停擺。如果集群龐大或部署的服務繁多，快速找出問題來源並不容易。在某些情況下，集群設定可能已被改動，而我們也記不得原本的配置。此時，如果有備份，便能夠迅速將集群恢復至正常狀態。
需要備份的內容
K8s 使用 Controller pattern 來管理集群狀態，透過與 API Server 的協作，確保集群達到預期狀態。因此，我們需要備份的是儲存對象狀態的資料。
最少需要備份以下兩個部分：
- etcd：etcd 是 K8s 中非常重要的元件，用於儲存集群的網路配置以及對象的狀態訊息。還原 etcd 等同於還原 K8s 集群狀態。
- **Persistent Volume (PV)**：雖然 etcd 還原了 K8s 集群狀態，但 PV 的內容不屬於 K8s 集群狀態的一部分，如資料庫中的資料。因此，除了 etcd 外，還需要備份 PV 的內容。
Velero 的功能介紹
Velero 是一款開源工具，專為安全地備份與還原 Kubernetes 集群資源和持久性卷（Persistent Volumes）而設計。它的三大主要功能包括：
- 災難復原：當 K8s 集群發生問題時，能夠快速恢復。
- 資料遷移：在不同的 K8s 集群之間遷移應用程式。
- 資料保護：對 Persistent Volume 進行備份，確保資料的完整性。
Velero 的架構
Velero 通過實作 Custom Resource Definition (CRD)，並由 Velero Controller 執行備份與還原操作。備份過程大致如下：
- 使用者透過 velero CLI 建立 Backup object。
- BackupController 監聽並驗證此事件。
- BackupController 查詢 API Server，並備份目標資源。
- 最後，BackupController 將備份的資源上傳至指定的 Object Storage Service。
備份過程中的注意事項
Velero 支援兩種主要的 PV 備份方式：
- Volume Snapshot：利用 storage provider 的 snapshot 功能對資料進行快照。適合需要確保資料一致性的場景，如公有雲提供的 block storage（如 EBS、Google Compute Engine Disks、Azure Managed Disks）。
- Restic：一個支援多系統的備份還原工具，適用於沒有 snapshot 支援的場景。Restic 可以透過 Velero 備份 PV 的資料，但對於有資料一致性要求的應用，建議在備份前凍結資料。
還原操作
在還原過程中，Velero 支援一些特殊操作，如：
- 復原到指定的 namespace。
- 保存 service 的 NodePort。
- 改變 PV/PVC 的 StorageClass。
此外，Velero 也支援多種 hooks 來控制還原行為。
使用範例
假設我們部署了一個 nginx server 並使用 PV 儲存 log 檔案。透過 Velero，我們可以輕鬆地將整個 K8s 集群進行備份，然後在需要時進行還原。具體操作步驟如下：
- 安裝 CSI Driver，並配置 hostpath storage class。
- 部署 nginx server 並掛載 PV。
- 使用 Velero 進行備份。
- 刪除 nginx 部署，模擬災難場景。
- 使用 Velero 還原 nginx server，並檢查資料恢復情況。
心得
Velero 操作簡單，且輕量化的設計使其能夠支援多種平台。雖然本文演示了如何進行備份與還原，但 Velero 也支援跨集群遷移，只需在新 K8s 集群上安裝 Velero，便可輕鬆進行還原操作。然而，使用 Velero 前需仔細閱讀官方文件，了解其功能與限制，以確保能滿足自身需求。