Kubernetes Volume Snapshots

KubernetesのVolume Snapshot機能は、PersistentVolume (PV) の特定時点の状態を保存するための標準的な方法を提供します。これにより、データベースのバックアップや開発環境へのデータ複製などが容易になります。

概要

Volume Snapshotは、ストレージシステム上のボリュームのコピーを作成する機能です。Kubernetes v1.20でGA（一般利用可能）となりました。CSI (Container Storage Interface) ドライバーがスナップショット機能をサポートしている場合に使用できます。Azure Disk や Azure Files などのAzureストレージサービスもCSIドライバーを通じてこの機能をサポートしています。

主なユースケース

バックアップとリストア:
- データベースやアプリケーションのデータを定期的に保護します。
- 障害発生時やデータ破損時に、特定のスナップショットからボリュームを復元できます。
データの複製（クローニング）:
- 本番環境のデータを開発・テスト環境にコピーして、トラブルシューティングや新機能のテストを行います。
- 大規模なデータセットの分析用に複製を作成します。
アプリケーションの移行:
- あるクラスタから別のクラスタへデータを移動する際の中間ステップとして利用できます（ただし、スナップショット自体の移動には追加の手順やツールが必要な場合があります）。

アーキテクチャと主要リソース

Volume Snapshot機能は、以下の3つの主要なAPIリソースで構成されています。

1. VolumeSnapshotClass

StorageClassと同様に、スナップショットを作成するためのパラメータやドライバーを指定するクラスタレベルのリソースです。管理者が定義します。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotClass
metadata:
  name: csi-azuredisk-vsc
driver: disk.csi.azure.com
deletionPolicy: Delete
parameters:
  incremental: "true"  # Azure Disk固有のパラメータ例

2. VolumeSnapshot

ユーザーがスナップショットの作成を要求するために作成するNamespacedリソースです。どのPersistentVolumeClaim (PVC) のスナップショットを取得するかを指定します。

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: my-snapshot
  namespace: default
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-azuredisk-vsc
  source:
    persistentVolumeClaimName: my-pvc

3. VolumeSnapshotContent

実際のストレージシステム上のスナップショットを表すクラスタレベルのリソースです。PVとPVCの関係と同様に、VolumeSnapshotとVolumeSnapshotContentはバインドされます。通常は動的にプロビジョニングされます。

実装例：スナップショットからのリストア

スナップショットから新しいPVCを作成（リストア）するには、PVCの定義で dataSource フィールドを使用します。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: restore-pvc
  namespace: default
spec:
  storageClassName: managed-csi
  dataSource:
    name: my-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

ベストプラクティス

アプリケーションの静止点確保 (Quiescing):
- ファイルシステムレベルのスナップショットは「クラッシュ整合性」しか保証しない場合があります。データベースなどでは、スナップショット取得前にメモリ上のデータをディスクにフラッシュし、書き込みを一時停止（フリーズ）することで「アプリケーション整合性」を確保することが推奨されます。
- Hooksやツール（例: Velero）を使用して、スナップショット前後の処理を自動化しましょう。
DeletionPolicyの適切な設定:
- VolumeSnapshotClass の deletionPolicy を Delete にすると、Kubernetes上の VolumeSnapshot オブジェクト削除時にストレージ上のスナップショットも削除されます。
- 重要なバックアップの場合は Retain を検討し、誤削除を防ぐ運用を設計します。
定期的なバックアップ運用:
- 手動での作成だけでなく、CronJobやバックアップツール（Velero, Kasten K10など）を導入して、定期的なスナップショット取得と世代管理を自動化します。
リージョン/ゾーン冗長性の考慮:
- Azure Diskのスナップショットは、作成元のディスクと同じリージョンに保存されます。災害対策（DR）を考慮する場合、スナップショットを別のリージョンにコピーする仕組み（Azure Backupなど）との併用を検討してください。

注意点

CSIドライバーの要件: 使用しているKubernetesクラスタとストレージのCSIドライバーがVolume Snapshot機能をサポートしている必要があります。
容量とコスト: スナップショットはストレージ容量を消費します。特に差分スナップショットでない場合や、変更頻度が高い場合はコストに注意が必要です。不要になったスナップショットは定期的に削除しましょう。

概要​

主なユースケース​

アーキテクチャと主要リソース​

1. VolumeSnapshotClass​

2. VolumeSnapshot​

3. VolumeSnapshotContent​

実装例：スナップショットからのリストア​

ベストプラクティス​

注意点​

概要