Kubernetes(八)——PV和PVC

不想画图2026-01-22 17:51

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前言

容器存储天生具备短暂性，数据易随容器销毁丢失。本文从基础存储卷到动态供给，拆解各类容器持久化方案，附实操步骤助力落地。

一、容器存储短暂性问题

容器的文件系统是临时性的：

1）容器崩溃重启后，容器内数据会丢失；

2）同一个 Pod 内的多个容器无法直接共享文件。

Kubernetes 的 Volume 抽象 解决了这两个问题：

通过 Pause 容器 让多个容器共享同一个 Volume，从而实现文件共享与持久化。

二、emptyDir存储卷

特点：

  • Pod 调度到节点时自动创建；
  • Pod 删除后数据也随之销毁；
  • 仅适合临时缓存或容器间数据共享。

创建示例：

复制代码 
mkdir /opt/volumes
cd /opt/volumes
vim pod-emptydir.yaml

# API版本：Pod是K8s的核心资源，属于v1版本
apiVersion: v1
# 资源类型：这里声明要创建的是Pod
kind: Pod
# 元数据：用于描述Pod的基础信息
metadata:
  # Pod的名称，在命名空间内唯一
  name: pod-emptydir
  # Pod所属的命名空间，默认就是default
  namespace: default
  # 自定义标签：用于筛选、关联其他资源（比如Service）
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
# 规格：Pod的核心配置，定义容器、存储卷等
spec:
  # 容器列表：一个Pod可以包含多个容器，这里定义两个Nginx容器
  containers:
  # 第一个容器的配置
  - name: myapp-nginx  # 容器名称，自定义且在Pod内唯一
    # 镜像替换为官方Nginx最新版（原镜像ikubernetes/myapp:v1替换）
    image: nginx:latest
    # 镜像拉取策略：本地有就用本地，没有再从仓库拉
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    # 端口配置：声明容器要暴露的端口（Nginx默认80端口）
    ports:
    - name: http  # 端口名称，自定义
      containerPort: 80  # 容器内部的端口号
    # 容器挂载配置：将存储卷挂载到容器内指定目录
    volumeMounts:
    # 要挂载的存储卷名称（必须和下方volumes里的name一致）
    - name: html
      # 挂载到容器内的目录（Nginx默认的网页根目录）
      mountPath: /usr/share/nginx/html/

  # 第二个容器的配置
  - name: busybox-nginx  # 容器名称，自定义且在Pod内唯一
    # 镜像替换为官方Nginx最新版（原镜像busybox:latest替换）
    image: nginx:latest
    # 镜像拉取策略：本地有就用本地，没有再从仓库拉
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    # 同样挂载名为html的存储卷
    volumeMounts:
    # 要挂载的存储卷名称（和第一个容器共用同一个）
    - name: html
      # 挂载到该容器内的/data目录
      mountPath: /data/
    # 容器启动命令：持续往/data/index.html写入当前时间（每2秒一次）
    command: ['/bin/sh','-c','while true;do echo $(date) >> /data/index.html;sleep 2;done']

  # 存储卷定义：Pod级别的存储，供容器挂载使用
  volumes:
  # 存储卷名称（和容器volumeMounts里的name对应）
  - name: html
    # 存储卷类型：emptyDir（Pod存在时生效，Pod删除则数据丢失，用于Pod内容器共享数据）
    emptyDir: {}

kubectl apply -f pod-emptydir.yaml

验证：在上面定义了2个容器，其中一个容器是输入日期到index.html中，然后验证访问nginx的html是否可以获取日期。以验证两个容器之间挂载的emptyDir实现共享。

三、hostPath 存储卷

特点：

  • 将节点（宿主机）上的目录挂载到容器；

  • 可实现持久化；

  • 但节点故障会导致数据丢失。
    创建示例：

    1）在 node01 节点上创建挂载目录
    mkdir -p /data/pod/volume1
    echo 'node01.benet.com' > /data/pod/volume1/index.html

    2）在 node02 节点上创建挂载目录
    mkdir -p /data/pod/volume1
    echo 'node02.benet.com' > /data/pod/volume1/index.html

    1. 创建 Pod 资源
      vim pod-hostpath.yaml

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
    name: pod-hostpath
    namespace: default
    spec:
    containers:
    - name: myapp
    image: nginx
    # 定义容器挂载内容
    volumeMounts:
    # 使用的存储卷名称，需和下方volumes的name一致
    - name: html
    # 挂载至容器中哪个目录
    mountPath: /usr/share/nginx/html
    # 读写挂载方式，默认为读写模式（false）
    readOnly: false
    # volumes字段定义Pod关联的存储卷（hostPath为宿主机路径）
    volumes:
    # 存储卷名称
    - name: html
    # 存储卷类型为hostPath（关联宿主机路径）
    hostPath:
    # 宿主机上的目录路径
    path: /data/pod/volume1
    # 类型：宿主机无此目录则自动创建
    type: DirectoryOrCreate

kubectl apply -f pod-hostpath.yaml

验证结果如下所示：

删除重建pod，查看效果

kubectl delete -f pod-hostpath.yaml

kubectl apply -f pod-hostpath.yaml

查看结果一致

Pod 删除重建后仍能访问相同内容，说明数据持久化。

四、NFS网络共享卷

1、特点

  • 多节点共享数据；
  • 数据集中存放于 NFS 服务端；
  • 支持 RWX（多路读写）

2、创建步骤

2.1、在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务

复制代码 
# 查看rpcbind nfs-utils是否安装，没有则yum 安装
rpm -q rpcbind nfs-utils
yum install -y nfs-utils rpcbind

# 共享卷路径
mkdir /data/volumes -p
chmod 777 /data/volumes
# 配置共享卷共享网段
vim /etc/exports #NFS 的配置文件为/etc/exports，文件内容默认为空（无任何共享）
/data/volumes 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)

systemctl start rpcbind
systemctl start nfs
systemctl enable rpcbind
systemctl enable nfs

# 验证
netstat -antulp | grep rpc
# 查看共享卷是否生效
showmount -e

2.2、master节点操作

复制代码 
vim pod-nfs-vol.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-nfs
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: html
    nfs:
      path: /data/volumes
      server: stor01

# node节点设置stor01解析主机名称
vim /etc/hosts
192.168.10.102 stor01
# node节点安装nfs客户端
yum install -y nfs-utils

2.3、在nfs服务器上创建index.html

echo "

nfs stor01

" >/data/volumes/index.html

2.4、 master节点操作并且验证

删除nfs相关pod，再重新创建，可以得到数据的持久化存储

kubectl delete -f pod-nfs-vol.yaml

kubectl apply -f pod-nfs-vol.yaml

2.5、其他跨主机持久化工具

NAS、GFS、Ceph、SAN

Ceph 是一款开源的、分布式的统一存储系统，它能同时提供文件存储、块存储和对象存储三种接口，且具备高可用、高扩展、无中心架构的特点，是容器化（如 Kubernetes）和云计算场景中主流的持久化存储方案之一。

五、PV和PVC持久化机制

1、 PV与PVC的概念

1）PV 全称叫做 Persistent Volume，持久化存储卷。它是用来描述或者说用来定义一个存储卷的，这个通常都是由运维工程师来定义。

2）PVC 的全称是 Persistent Volume Claim，是持久化存储的请求。它是用来描述希望使用什么样的或者说是满足什么条件的 PV 存储。

PVC 的使用逻辑：在 Pod 中定义一个存储卷（该存储卷类型为 PVC），定义的时候直接指定大小，PVC 必须与对应的 PV 建立关系，PVC 会根据配置的定义去 PV 申请，而 PV 是由存储空间创建出来的。PV 和 PVC 是 Kubernetes 抽象出来的一种存储资源

2、PV和PVC生命周期

PV和PVC之间的相互作用遵循这个生命周期

Provisioning（配置）--> Binding（绑定）--> Using（使用）--> Releasing（释放）--> Recycling（回收）

  • Provisioning，即 PV 的创建，可以直接创建 PV（静态方式），也可以使用 StorageClass 动态创建
  • Binding，将 PV 分配给 PVC
  • Using，Pod 通过 PVC 使用该 Volume，并可以通过准入控制StorageProtection（1.9及以前版本为PVCProtection） 阻止删除正在使用的 PVC
  • Releasing，Pod 释放 Volume 并删除 PVC
  • Reclaiming，回收 PV，可以保留 PV 以便下次使用，也可以直接从云存储中删除

3、pv的状态

根据这 5 个阶段，PV 的状态有以下 4 种：

Available（可用）：表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定

Bound（已绑定）：表示 PV 已经绑定到 PVC

Released（已释放）：表示 PVC 被删掉，但是资源尚未被集群回收

Failed（失败）：表示该 PV 的自动回收失败

4、一个PV从创建到销毁的具体流程如下

1）一个PV创建完后状态会变成Available，等待被PVC绑定。

2）一旦被PVC邦定，PV的状态会变成Bound，就可以被定义了相应PVC的Pod使用。

3）Pod使用完后会释放PV，PV的状态变成Released。

4）变成Released的PV会根据定义的回收策略做相应的回收工作。有三种回收策略，Retain、Delete和 Recycle。

策略：

  • Retain：保留数据，需手动清理；retain就是保留现场，K8S集群什么也不做，等待用户手动去处理PV里的数据，处理完后，再手动R删除PV。
  • Delete：自动删除存储资源；
  • Recycle：清空数据重新可用（仅 NFS / HostPath 支持）。 K8S会将PV里的数据删除，然后把PV的状态变成Available，又可以被新的PVC绑定使用。

5、pv示例解析

复制代码 
kubectl explain pv  # 查看pv的定义方式
metadata: # 由于 PV 是集群级别的资源，即 PV 可以跨 namespace 使用，
# 所以 PV 的 metadata 中不用配置 namespace
kubectl explain pv.spec #查看pv定义的规格
spce:
  nfs:（定义存储类型）
    path:（定义挂载卷路径）
      server:（定义服（定义访问模型，务器名称）
accessModes:有以下三种访问模型，以列表的方式存在，也就是说可以定义多个访问模式） * * *
  - ReadWriteOnce #（RWO）存储可读可写，但只支持被单个 Pod 挂载
  - ReadOnlyMany #（ROX）存储可以以只读的方式被多个 Pod 挂载
  - ReadWriteMany #（RWX）存储可以以读写的方式被多个 Pod 共享

capacity:（定义存储能力，一般用于设置存储空间）
  storage: 2Gi （指定大小）
storageClassName: （自定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain #回收策略（Retain/Delete/Recycle） ** *

#Retain（保留）：当删除与之绑定的PVC时候，这个PV被标记为released（PVC与PV解绑但还没有执行回
收策略）且之前的数据依然保存在该PV上，但是该PV不可用，需要手动来处理这些数据并删除该PV。
#Delete（删除）：删除与PV相连的后端存储资源（只有 AWS EBS, GCE PD, Azure Disk 和 Cinder
支持）
#Recycle（回收）：删除数据，效果相当于执行了 rm -rf /thevolume/* （只有 NFS 和 HostPath
支持）

kubectl explain pvc #查看PVC的定义方式
KIND: PersistentVolumeClaim
VERSION: v1
FIELDS:
  apiVersion <string>
  kind <string>
  metadata <Object>
  spec <Object>

#PV和PVC中的spec关键字段要匹配，比如存储（storage）大小、访问模式（accessModes）、存储类名
# 称（storageClassName）
spec:
  accessModes: （定义访问模式，必须是PV的访问模式的子集）
  resources:
    requests:
      storage: （定义申请资源的大小）
  storageClassName: （定义存储类名称，此配置用于绑定具有相同类别的PVC和PV）

六、NFS+PV+PVC实战

1、配置nfs存储

复制代码 
cd /data/volumes/
mkdir v{1,2,3,4,5}

vim /etc/exports
/data/volumes/v1 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v2 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v3 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v4 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)
/data/volumes/v5 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash)

showmount -e

2、定义PV

vim pv-demo.yaml

复制代码 
# 定义5个PV，指定NFS挂载路径、访问模式和存储大小
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume # 资源类型：持久化卷（PV）
metadata:
  name: pv001 # PV的唯一名称，集群内不能重复
  labels:
    name: pv001 # 给PV打标签，PVC可通过标签筛选绑定该PV
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v1 # NFS服务器上的共享目录路径（需提前在NFS服务端创建）
    server: stor01 # NFS服务器的地址（主机名/IP，需保证K8s节点能解析/访问）
  # 访问模式：支持的挂载方式（数组形式，可写多个）
  # ReadWriteMany(RWX)：多Pod可同时读写；ReadWriteOnce(RWO)：仅单个Pod读写
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  # 存储容量配置：该PV提供的存储空间大小
  capacity:
    storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv002
  labels:
    name: pv002
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v2
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv003
  labels:
    name: pv003
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v3
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv004
  labels:
    name: pv004
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v4
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 4Gi
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv005
  labels:
    name: pv005
spec:
  nfs:
    path: /data/volumes/v5
    server: stor01
  accessModes: ["ReadWriteMany","ReadWriteOnce"]
  capacity:
    storage: 5Gi

结果如下：

3、定义PVC+Pod

这里定义了pvc的访问模式为多路读写，该访问模式必须在前面pv定义的访问模式之中。定义PVC申请的大小为2Gi，此时PVC会自动去匹配多路读写且大小为2Gi的PV，匹配成功获取PVC的状态即为Bound

复制代码 
vim pod-vol-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
  namespace: default
spec:
  accessModes: ["ReadWriteMany"]
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-vol-pvc
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ingix
    volumeMounts:
    - name: html
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: html
    persistentVolumeClaim:
      claimName: mypvc

结果如下：

4、测试访问

复制代码 
# 在存储服务器上创建index.html，并写入数据，通过访问Pod进行查看，可以获取到相应的页面。
cd /data/volumes/v3/
echo "welcome to use pv3" > index.html

kubectl get pods -o wide
curl 10.244.2.101

七、StorageClass + NFS 动态存储

1、为什么要使用动态存储

通过 nfs-client-provisioner 实现 自动 PV 创建

Kubernetes 本身支持的动态 PV 创建不包括 NFS，所以需要使用外部存储卷插件分配PV。详见：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/storage/storage-classes/

卷插件称为 Provisioner（存储分配器），NFS 使用的是 nfs-client，这个外部PV。

Provisioner：用于指定 Volume 插件的类型，包括内置插件（如 kubernetes.io/aws-ebs）和外部插件（如 exte卷插件会使用已经配置好的 NFS 服务器自动创建 rnal-storage 提供的 ceph.com/cephfs）。

2、在stor01节点上安装nfs，并配置nfs服务

复制代码 
mkdir /opt/k8s
chmod 777 /opt/k8s/

vim /etc/exports
/opt/k8s 192.168.10.0/24(rw,no_root_squash,sync)
systemctl restart nfs

3、创建 Service Account

创建 Service Account，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限，设置 nfs-client 对 PV，PVC，StorageClass 等的规则

复制代码 
vim nfs-client-rbac.yaml
#创建 Service Account 账户，用来管理 NFS Provisioner 在 k8s 集群中运行的权限

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
---
# 创建集群角色
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-clusterrole
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["persistentvolumes"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["persistentvolumeclaims"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
- apiGroups: ["storage.k8s.io"]
  resources: ["storageclasses"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["events"]
  verbs: ["list", "watch", "create", "update", "patch"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["endpoints"]
  verbs: ["create", "delete", "get", "list", "watch", "patch", "update"]
---
# 集群角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-clusterrolebinding
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kubectl apply -f nfs-client-rbac.yaml

4、部署 NFS Provisioner

NFS Provisione(即 nfs-client)，有两个功能：一个是在 NFS 共享目录下创建挂载点(volume)，另一个则是将 PV 与 NFS 的挂载点建立关联。

复制代码 
#由于 1.20 版本启用了 selfLink，所以 k8s 1.20+ 版本通过 nfs provisioner 动态生成pv会报错，解决方法如下：
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
spec: 
  containers: 
    - command: 
      - kube-apiserver 
      - --feature-gates=RemoveSelfLink=false #添加这一行 
      - --advertise-address=192.168.10.19
...... 
kubectl apply -f /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml 
kubectl delete pods kube-apiserver -n kube-system 
kubectl get pods -n kube-system | grep apiserver

创建 NFS Provisioner

复制代码 
vim nfs-client-provisioner.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner # 指定Service Account账户
      containers:
      - name: nfs-client-provisioner
        image: quay.io/external_storage/nfs-client-provisioner:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        volumeMounts:
        - name: nfs-client-root
          mountPath: /persistentvolumes
        env:
        - name: PROVISIONER_NAME
          value: nfs-storage # 配置provisioner的Name，确保该名称与StorageClass资源中的provisioner名称保持一致
        - name: NFS_SERVER
          value: stor01 # 配置绑定的nfs服务器
        - name: NFS_PATH
          value: /opt/k8s # 配置绑定的nfs服务器目录
      volumes: # 申明nfs数据卷
      - name: nfs-client-root
        nfs:
          server: stor01
          path: /opt/k8s

5、创建 StorageClass

创建 StorageClass，负责建立 PVC 并调用 NFS provisioner 进行预定的工作，并让 PV 与 PVC 建立关联

复制代码 
vim nfs-client-storageclass.yaml

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-client-storageclass
provisioner: nfs-storage # 这里的名称要和provisioner配置文件中的环境变量PROVISIONER_NAME保持一致
parameters:
  archiveOnDelete: "false" # false表示在删除PVC时不会对数据进行存档，即直接删除NFS上对应的目录和数据

kubectl apply -f nfs-client-storageclass.yaml

6、测试 PVC + Pod

复制代码 
vim test-pvc-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: test-nfs-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteMany
  storageClassName: nfs-client-storageclass # 关联StorageClass对象（修正了原拼写错误）
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-storageclass-pod
spec:
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    args:
    - "sleep 3600"
    volumeMounts:
    - name: nfs-pvc
      mountPath: /mnt
  restartPolicy: Never
  volumes:
  - name: nfs-pvc
    persistentVolumeClaim:
      claimName: test-nfs-pvc # 与PVC名称保持一致

pod/test-storageclass-pod created

7、验证结果

● PVC 自动创建并绑定 PV；

● NFS 服务端自动生成对应目录；

● 在 Pod 中写入文件，NFS 端可见文件内容

  1. PVC 通过 StorageClass 自动申请到空间
  2. 查看 NFS 服务器上是否生成对应的目录，自动创建的 PV 会以
    n a m e s p a c e − {namespace}- namespace−{pvcName}-${pvName} 的目录格式放到 NFS 服务器上
  3. 进入 Pod 在挂载目录 /mnt 下写一个文件，然后查看 NFS 服务器上是否存在该文件
    kubectl exec -it test-storageclass-pod sh
    cd /mnt/
    echo 'this is test file' > test.txt
    4)发现 NFS 服务器上存在，说明验证成功
    cat /opt/k8s/test.txt

总结

本文覆盖容器持久化全流程实操，从基础卷到 PV/PVC 及动态存储，按需选型即可兼顾数据稳定与运维效率，适配不同业务场景。

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