Kubernetes持久化存储与数据卷详解

本文将详细探讨 Kubernetes (K8s) 中持久化存储和数据卷的使用，涵盖以下三个主要方面：

1. K8s Volume 的应用场景
2. PV（Persistent Volumes）、PVC（Persistent Volume Claims）和 StorageClass 的基本概念及操作解析
3. PV/PVC 体系的设计与实现原理

一、Volumes 概述

Pod Volumes

Pod Volumes 是解决容器间数据共享和持久化问题的关键。具体场景包括：

• 当 Pod 中某个容器异常退出后重新启动时，如何确保之前生成的重要数据不丢失？
• 同一 Pod 内多个容器需要共享数据时应如何处理？

1. 本地存储：如 emptyDir 和 hostPath。
2. 网络存储：分为 in-tree 和 out-of-tree 两种方式，out-of-tree 更加灵活，是社区推荐的方式。
3. Projected Volumes：用于挂载 secret 或 configmap 等配置信息。
4. PV 与 PVC：本文重点讨论的内容。

Persistent Volumes (PV)

PV 的引入解决了 Pod Volumes 的生命周期与 Pod 绑定的问题。常见场景有：

• Pod 重建销毁时如何复用数据？
• 宿主机宕机迁移 Pod 时如何保持数据一致？
• 多个 Pod 之间如何共享数据？
• 如何对数据卷进行扩展操作，如快照和调整大小？

PVC 设计意图

PVC 的设计简化了用户对存储的使用，通过声明所需的存储大小和访问模式来实现职责分离。用户只需关心存储需求，而不需要了解具体的实现细节。PV 由集群管理员统一运维和管控，PVC 则让用户仅需声明自己的存储需求。

Static Volume Provisioning

静态供给由集群管理员预先创建 PV，用户提交 PVC 时，K8s 内部组件会自动绑定合适的 PV。这种方式难以预测用户的真实需求，可能导致资源浪费。

Dynamic Volume Provisioning

动态供给允许用户按需创建 PV，通过 StorageClass 模板文件指定存储参数，结合用户需求动态生成 PV。这种方式提高了灵活性和资源利用率。

二、用例解读

接下来介绍如何使用 Pod Volumes、PV、PVC 及 StorageClass。

Pod Volumes 的使用涉及在 pod yaml 文件中声明卷的名字和类型，并通过 volumeMounts 字段指定挂载路径。subPath 用于隔离多个容器共享同一个卷时的数据，readOnly 字段用于只读挂载。

静态 PV 使用中，集群管理员先创建 PV 对象，用户再通过 PVC 声明存储需求，最后创建 Pod 使用该 PV。动态 PV 使用则通过 StorageClass 动态生成 PV。

PV 的重要字段包括 Capacity、AccessModes、ReclaimPolicy、StorageClassName 和 NodeAffinity。其中 AccessModes 定义了存储的访问模式，ReclaimPolicy 定义了 PV 在 PVC 删除后的处理方式。

三、操作演示

通过实际环境演示静态和动态 Provisioning 的具体操作。静态 Provisioning 主要使用阿里云 NAS 文件存储，动态 Provisioning 使用阿里云云盘。演示内容包括创建 PV、PVC 和 Pod，并展示其状态流转和数据共享特性。