Kubernetes存储

Kubernetes存储

介绍

Kubernetes存储是容器编排系统中管理持久化数据的核心机制。与容器本身的临时存储不同，Kubernetes提供了多种方式将持久存储挂载到Pod中，确保数据在容器重启或迁移时不会丢失。本节将详细介绍Volume、PersistentVolume（PV）、PersistentVolumeClaim（PVC）和StorageClass等关键概念。

核心概念

Volume（卷）

Volume是Pod中可被多个容器访问的共享目录，生命周期与Pod绑定。常见类型包括：

• emptyDir：临时存储，随Pod删除而销毁
• hostPath：挂载节点文件系统（仅单节点测试使用）
• configMap/secret：挂载配置信息

示例YAML：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

PersistentVolume（PV）

集群级别的存储资源，由管理员预先配置。PV独立于Pod生命周期，支持多种后端存储（如NFS、iSCSI、云存储等）。

PV示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 10.0.0.1
    path: "/exports"

PersistentVolumeClaim（PVC）

用户对存储资源的请求，Kubernetes会根据PVC的请求（大小、访问模式等）自动绑定合适的PV。

PVC示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi

StorageClass

实现动态卷配置，允许按需创建PV而无需管理员手动干预。

StorageClass示例（AWS EBS）：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2

存储架构

graph LR Pod-->|使用|PVC PVC-->|绑定|PV PV-->|后端存储|物理存储 StorageClass-->|动态创建|PV

实际案例

数据库持久化

MySQL数据库使用PVC实现数据持久化：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        volumeMounts:
        - name: mysql-persistent-storage
          mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
      - name: mysql-persistent-storage
        persistentVolumeClaim:
          claimName: mysql-pv-claim

状态应用扩展

通过StatefulSet管理有状态应用，每个Pod获得独立的持久存储：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        volumeMounts:
        - name: www
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: www
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: "fast"
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

高级主题

卷快照

使用VolumeSnapshot API创建时间点备份：

apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: mysql-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-aws-vsc
  source:
    persistentVolumeClaimName: mysql-pvc

本地存储优化

使用Local PV实现低延迟访问：

$\text{访问延迟}=\frac{\text{网络延迟}}{\text{本地直连}}\times \text{IOPS}$

最佳实践

• 生产环境避免使用hostPath
• 为不同工作负载选择合适的StorageClass
• 监控PV/PVC使用情况防止存储耗尽
• 有状态应用优先使用StatefulSet

参见

• Kubernetes官方文档：Volumes
• CSI（Container Storage Interface）规范
• 各云厂商的持久存储解决方案