k8s-持久化存储

Kubernetes 持久化存储全解析：从基础到实践

在 Kubernetes 集群中，Pod 作为最小部署单元具有生命周期特性，当 Pod 被删除或重启时，容器内的数据会随之丢失。对于 MySQL、Redis 等需要持久化数据的应用来说，这是不可接受的。因此，Kubernetes 提供了多种持久化存储方案，本文将详细介绍常用的存储方式及其使用方法。

一、Kubernetes 持久化存储概述

Kubernetes 支持多种存储卷类型，通过 kubectl explain pods.spec.volumes 命令可以查看所有支持的存储类型，其中常用的包括：

• emptyDir
• hostPath
• nfs
• persistentVolumeClaim（PVC）
• glusterfs
• cephfs
• configMap
• secret

使用存储卷通常需要两步：

1. 定义 Pod 的 volume，指定关联的存储
2. 在容器中通过 volumeMounts 挂载对应的存储

二、emptyDir：临时存储卷

emptyDir 是在 Pod 分配到 Node 时自动创建的临时目录，其生命周期与 Pod 一致，当 Pod 从 Node 上移除时，emptyDir 中的数据会被永久删除。适用于临时目录或多容器共享目录。

使用示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-empty
spec:
  containers:
  - name: container-empty
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume  # 与volumes中的name保持一致
  volumes:
  - emptyDir: {}
    name: cache-volume

特点

• 自动创建，无需指定宿主机目录
• 随 Pod 生命周期存在
• 适用于临时数据存储

三、hostPath：节点级存储卷

hostPath 允许 Pod 挂载宿主机上的目录或文件，数据存储在宿主机上，当 Pod 被删除后数据不会丢失，但需要 Pod 重新调度到同一节点才能访问数据。

使用示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-hostpath
spec:
  nodeName: k8s-node2  # 指定节点，确保重新调度到同一节点
  containers:
  - image: nginx
    name: test-nginx
    volumeMounts:
    - mountPath: /usr/share/nginx/html
      name: test-volume
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:
      path: /data
      type: DirectoryOrCreate  # 目录不存在则自动创建

特点

• 数据存储在宿主机，Pod 删除后数据保留
• 存在单点故障，Pod 必须调度到同一节点
• 适用于需要在节点本地存储数据的场景

四、NFS：网络文件系统

NFS（Network File System）是一种网络文件系统，通过网络共享存储目录，解决了 hostPath 的单点故障问题，支持多节点访问。

部署步骤

• 搭建 NFS 服务端（以 k8s-master 为例）

  安装 NFS 服务

  yum install -y nfs-utils

  创建共享目录

  mkdir /data -pv

  配置共享权限

  echo "/data 192.168.166.0/24(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)" >> /etc/exports

  生效配置

  exportfs -avr

  启动服务

  systemctl enable --now nfs

• 所有 Worker 节点安装客户端

  yum install nfs-utils -y
  systemctl enable --now nfs

• 创建使用 NFS 的 Pod

  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
  name: test-nfs
  spec:
  containers:
  - name: test-nfs
  image: nginx
  ports:
  - containerPort: 80
  volumeMounts:
  - name: nfs-volumes
  mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: nfs-volumes
  nfs:
  path: /data # NFS共享目录
  server: 192.168.166.7 # NFS服务器地址

特点

• 支持多节点访问，解决单点故障
• 数据集中存储，Pod 调度不受节点限制
• 依赖 NFS 服务可用性

五、PVC/PV：持久化存储声明与卷

PersistentVolume（PV）是集群中的存储资源，由管理员配置；PersistentVolumeClaim（PVC）是用户对存储资源的请求。PV 和 PVC 解耦了存储资源的供应和使用。

核心概念

• PV：集群中的存储资源，生命周期独立于 Pod
• PVC：用户对存储的请求，类似 Pod 对 CPU 和内存的请求
• 绑定：PVC 与匹配的 PV 绑定，一对一关系
• 回收策略 ：
  • Retain：删除 PVC 后，PV 保留，数据不丢失（默认）
  • Delete：删除 PVC 时，PV 及其存储资产一并删除

使用步骤

• 创建 PV

  pv.yaml

  apiVersion: v1
  kind: PersistentVolume
  metadata:
  name: v2
  spec:
  capacity:
  storage: 2Gi
  accessModes: ["ReadWriteMany"] # 支持多节点读写
  nfs:
  path: /data/v2
  server: 192.168.166.7

• 创建 PVC

  pvc.yaml

  apiVersion: v1
  kind: PersistentVolumeClaim
  metadata:
  name: my-pvc
  spec:
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
  requests:
  storage: 2Gi

• 在 Pod 中使用 PVC

  pod_pvc.yaml

  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
  name: pod-pvc
  spec:
  containers:
  - name: nginx
  image: nginx
  volumeMounts:
  - name: nginx-html
  mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: nginx-html
  persistentVolumeClaim:
  claimName: my-pvc # 关联PVC

特点

• 解耦存储管理和使用
• 支持多种回收策略
• 静态供应需要预先创建 PV

六、StorageClass：动态存储供应

StorageClass 用于动态创建 PV，解决了静态 PV 维护成本高的问题，管理员通过定义 StorageClass 作为 PV 的模板，Kubernetes 可根据 PVC 自动创建匹配的 PV。

核心组件

• Provisioner：存储供应者，决定使用哪种存储插件创建 PV
• StorageClass：定义 PV 属性和使用的 Provisioner
• NFS Provisioner：用于 NFS 的自动供应程序

部署步骤

• 创建服务账号和权限

  sa.yaml

  apiVersion: v1
  kind: Namespace
  metadata:
  name: newnfs

  apiVersion: v1
  kind: ServiceAccount
  metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: newnfs

  省略ClusterRole、ClusterRoleBinding等权限配置

• 部署 NFS Provisioner（配置略，需指定 NFS 服务器地址和共享目录）

• 创建 StorageClass

  apiVersion: storage.k8s.io/v1
  kind: StorageClass
  metadata:
  name: nfs-storage
  provisioner: nfs-client-provisioner # 与Provisioner名称一致
  reclaimPolicy: Delete # 回收策略
  allowVolumeExpansion: true # 允许卷扩展

• 创建 PVC 使用 StorageClass

  apiVersion: v1
  kind: PersistentVolumeClaim
  metadata:
  name: dynamic-pvc
  spec:
  storageClassName: nfs-storage # 指定StorageClass
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
  requests:
  storage: 5Gi

特点

• 动态创建 PV，减少运维成本
• 支持卷扩展
• 可定义多种存储类型满足不同需求

总结

Kubernetes 提供了多种持久化存储方案，适用于不同场景：

• emptyDir：临时存储，随 Pod 生命周期
• hostPath：节点本地存储，适用于单节点场景
• NFS：网络共享存储，支持多节点访问
• PVC/PV：解耦存储供应和使用，适合静态存储管理
• StorageClass：动态供应 PV，适合大规模集群