11. 存储管理

11. 存储管理#

        flowchart LR
    Pod[Pod] -->|mount| PVC[PersistentVolumeClaim]
    PVC -->|bind| PV[PersistentVolume]
    PV -->|provision| Storage[(Storage Backend<br/>NFS / EBS / Ceph)]
    SC[StorageClass] -->|dynamic provision| PV
    PVC -->|request| SC

卷类型（Volume Types）#

类型

生命周期

适用场景

emptyDir

与 Pod 同生命周期

临时文件、缓存、容器间数据共享

hostPath

与节点同生命周期

节点级日志、Docker socket

configMap

与 ConfigMap 同生命周期

配置文件

secret

与 Secret 同生命周期

凭据、TLS 证书

persistentVolumeClaim

与 PVC 同生命周期

数据库、有状态应用

nfs

外部存储

跨 Pod 共享存储

emptyDir#

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: shared-data
spec:
  containers:
    - name: writer
      image: busybox
      command: ['sh', '-c', 'echo "hello" > /data/message; sleep 3600']
      volumeMounts:
        - name: shared
          mountPath: /data
    - name: reader
      image: busybox
      command: ['sh', '-c', 'cat /data/message; sleep 3600']
      volumeMounts:
        - name: shared
          mountPath: /data
  volumes:
    - name: shared
      emptyDir: {}
      # emptyDir:
      #   medium: Memory    # tmpfs (RAM-backed)
      #   sizeLimit: 256Mi

emptyDir 在 Pod 被调度到节点时创建，初始为空目录。同一 Pod 内的所有容器可以共享该卷中的数据。Pod 被删除后，emptyDir 中的数据也会随之清除。设置 medium: Memory 可使用内存作为存储介质（tmpfs），性能更高但占用内存。

PersistentVolume 与 PersistentVolumeClaim#

# PersistentVolume (admin creates)
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    server: 192.168.1.100
    path: /exports/data
---
# PersistentVolumeClaim (user requests)
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myapp-data
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
---
# Pod using PVC
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp
spec:
  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /app/data
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: myapp-data

Kubernetes 的持久化存储采用两层抽象：

  • PersistentVolume（PV）：由集群管理员创建，代表一块实际的存储资源

  • PersistentVolumeClaim（PVC）：由用户创建，声明所需的存储容量和访问模式

PVC 会自动绑定到满足条件的 PV 上。这种设计将存储的供给与消费解耦，用户无需关心底层存储的具体实现。

访问模式（Access Modes）#

模式

缩写

说明

ReadWriteOnce

RWO

单节点读写

ReadOnlyMany

ROX

多节点只读

ReadWriteMany

RWX

多节点读写

ReadWriteOncePod

RWOP

单 Pod 读写（K8s 1.27+）

StorageClass（动态供给）#

# StorageClass for AWS EBS
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-ssd
provisioner: ebs.csi.aws.com
parameters:
  type: gp3
  iops: "3000"
  throughput: "125"
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
allowVolumeExpansion: true
---
# StorageClass for local storage
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
---
# PVC using StorageClass
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: db-data
spec:
  storageClassName: fast-ssd
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi

StorageClass 实现了存储的动态供给（Dynamic Provisioning）。当用户创建 PVC 并指定 storageClassName 时，Kubernetes 会自动调用对应的存储供给器（Provisioner）创建 PV，无需管理员手动预创建。

关键参数说明：

  • reclaimPolicy：PVC 删除后 PV 的回收策略，Delete 表示自动删除，Retain 表示保留

  • volumeBindingMode：WaitForFirstConsumer 表示延迟绑定，等到 Pod 调度后再创建 PV，有助于保证数据局部性

  • allowVolumeExpansion：是否允许在线扩容

NFS 存储#

# NFS server setup (Ubuntu)
sudo apt-get install nfs-kernel-server
sudo mkdir -p /exports/data
echo "/exports/data *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports
sudo exportfs -ra
sudo systemctl restart nfs-kernel-server

# NFS PV
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 100Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: nfs-server.example.com
    path: /exports/data

NFS 是一种常见的共享存储方案，支持 ReadWriteMany 访问模式，允许多个 Pod 同时读写同一存储卷。适合需要多 Pod 共享数据的场景。

卷快照（Volume Snapshots）#

# VolumeSnapshot
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: db-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-snapclass
  source:
    persistentVolumeClaimName: db-data
---
# Restore from snapshot
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: db-data-restored
spec:
  storageClassName: fast-ssd
  dataSource:
    name: db-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi

卷快照（VolumeSnapshot）可以对 PVC 的数据创建时间点快照，用于数据备份和恢复。通过在新 PVC 的 dataSource 中引用快照，即可从快照恢复数据。此功能需要 CSI 驱动和 VolumeSnapshot CRD 的支持。

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