持久卷(PV/PVC)存储管理

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kubernetesstorage

2025-06-13

Kubernetes 通过 PersistentVolume（PV）、PersistentVolumeClaim（PVC）和 StorageClass 三层抽象实现存储管理，将存储的供给与消费解耦。本文将全面讲解存储体系的核心概念和实践用法。

存储架构

PersistentVolume（PV）

PV 是集群级别的存储资源，由管理员预先创建或通过 StorageClass 动态供给：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv-01
  labels:
    type: nfs
    environment: production
spec:
  capacity:
    storage: 100Gi
  volumeMode: Filesystem         # Filesystem 或 Block
  accessModes:
    - ReadWriteMany              # 多节点读写
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs-storage
  mountOptions:
    - hard
    - nfsvers=4.1
  nfs:
    server: 192.168.1.100
    path: /exports/data

Access Modes（访问模式）

模式	缩写	描述
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+）

不同存储后端支持的访问模式不同：

存储类型	RWO	ROX	RWX
AWS EBS	支持	-	-
GCE PD	支持	支持	-
NFS	支持	支持	支持
Ceph RBD	支持	支持	-
CephFS	支持	支持	支持

Reclaim Policy（回收策略）

Retain：PVC 删除后 PV 变为 Released 状态，数据保留，需手动清理后重新绑定
Delete：PVC 删除后自动删除 PV 和底层存储资源（云盘等）
Recycle（已废弃）：执行 rm -rf /thevolume/*

PersistentVolumeClaim（PVC）

PVC 是用户对存储的请求声明：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: app-data-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi
  storageClassName: fast-ssd      # 指定 StorageClass
  selector:                        # 可选：选择特定 PV
    matchLabels:
      type: nfs
      environment: production

在 Pod 中使用 PVC：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-pod
spec:
  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /app/data
        - name: cache
          mountPath: /app/cache
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: app-data-pvc
    - name: cache
      emptyDir:
        sizeLimit: 1Gi          # 临时存储限制

StorageClass（存储类）

StorageClass 定义动态供给存储的方式，避免手动创建 PV：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-ssd
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"
provisioner: ebs.csi.aws.com     # CSI 驱动
parameters:
  type: gp3
  iops: "5000"
  throughput: "250"
  encrypted: "true"
  fsType: ext4
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true        # 允许在线扩容
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer  # 延迟绑定
mountOptions:
  - noatime
  - nodiratime

Volume Binding Mode

Immediate（默认）：PVC 创建后立即供给和绑定 PV
WaitForFirstConsumer：等到 Pod 调度到节点后再供给 PV（适用于拓扑限制的存储）

Volume Expansion（卷扩容）

StorageClass 设置 allowVolumeExpansion: true 后，可以在线扩容 PVC：

# 修改 PVC 的 storage 请求
kubectl patch pvc app-data-pvc -p '{"spec":{"resources":{"requests":{"storage":"100Gi"}}}}'

# 扩容后 PVC 状态
status:
  capacity:
    storage: 100Gi
  conditions:
    - type: FileSystemResizePending
      status: "True"
      message: "Waiting for user to (re-)start a pod to finish file system resize"

注意：

只能扩容，不能缩小
某些 CSI 驱动支持在线扩容（不需要重启 Pod）
文件系统类型的卷需要文件系统扩展支持（ext4、xfs 支持，某些旧版本不支持）

CSI 驱动

Container Storage Interface（CSI）是 Kubernetes 的标准存储插件接口：

# CSI Driver 对象
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: CSIDriver
metadata:
  name: ebs.csi.aws.com
spec:
  attachRequired: true
  podInfoOnMount: false
  volumeLifecycleModes:
    - Persistent
  fsGroupPolicy: File

常用 CSI 驱动：

驱动	存储后端	访问模式
ebs.csi.aws.com	AWS EBS	RWO
pd.csi.storage.gke.io	GCE PD	RWO, ROX
disk.csi.azure.com	Azure Disk	RWO
file.csi.azure.com	Azure Files	RWX
nfs.csi.k8s.io	NFS	RWX
rook-ceph.rbd.csi.ceph.com	Ceph RBD	RWO

StatefulSet 与 PVC

StatefulSet 通过 volumeClaimTemplates 为每个 Pod 自动创建独立的 PVC：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql-headless
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8.0
          ports:
            - containerPort: 3306
          volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /var/lib/mysql
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: root-password
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: data
      spec:
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        storageClassName: fast-ssd
        resources:
          requests:
            storage: 50Gi

自动创建的 PVC 命名规则：<volumeClaimTemplate-name>-<statefulset-name>-<ordinal>

kubectl get pvc
# NAME            STATUS   VOLUME     CAPACITY   ACCESS MODES
# data-mysql-0    Bound    pvc-xxx1   50Gi       RWO
# data-mysql-1    Bound    pvc-xxx2   50Gi       RWO
# data-mysql-2    Bound    pvc-xxx3   50Gi       RWO

注意：缩容 StatefulSet 不会自动删除 PVC，需手动清理。

Local Persistent Volume

Local PV 使用节点本地磁盘，提供更高的 I/O 性能，但牺牲了高可用（Pod 绑定到特定节点）：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner  # 不支持动态供给
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer    # 必须延迟绑定
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv-node1
spec:
  capacity:
    storage: 200Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /mnt/data                  # 节点本地路径
  nodeAffinity:                       # 必须指定节点亲和性
    required:
      nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
            - key: kubernetes.io/hostname
              operator: In
              values:
                - worker-node-01

Volume Snapshots

Volume Snapshot 允许对 PV 创建快照，用于备份和恢复：

# VolumeSnapshotClass
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshotClass
metadata:
  name: csi-ebs-snapclass
driver: ebs.csi.aws.com
deletionPolicy: Delete
---
# 创建快照
apiVersion: snapshot.storage.k8s.io/v1
kind: VolumeSnapshot
metadata:
  name: mysql-data-snapshot
spec:
  volumeSnapshotClassName: csi-ebs-snapclass
  source:
    persistentVolumeClaimName: data-mysql-0
---
# 从快照恢复
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mysql-data-restored
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: fast-ssd
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi
  dataSource:
    name: mysql-data-snapshot
    kind: VolumeSnapshot
    apiGroup: snapshot.storage.k8s.io

总结

Kubernetes 存储管理的关键实践：

使用 StorageClass 动态供给，避免手动管理 PV
设置 WaitForFirstConsumer 绑定模式，确保 PV 在正确的可用区创建
启用卷扩容（allowVolumeExpansion: true），便于后续调整容量
StatefulSet 的 PVC 需手动清理，缩容不会自动删除
Local PV 适用于高 I/O 场景，但需接受节点绑定的限制
定期创建 Volume Snapshot 备份关键数据

贡献者

withesse

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2026/3/14 13:09

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