6. k8s 之存储配置

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1. 什么是 PV（PersistentVolume）？

PV（PersistentVolume） 是 Kubernetes 中表现持久化存储资源的对象。它抽象了底层存储系统的细节（如云存储、NFS、当地磁盘等），答应用户通过声明式配置（YAML）利用存储资源，而无需关心存储的详细实现。
焦点特点

• 集群级资源：由管理员预先创建或通过 StorageClass 动态生成。
• 与存储后端解耦：支持多种存储范例（如 AWS EBS、NFS、HostPath 等）。
• 生命周期独立于 Pod：Pod 删除后，PV 及其数据仍然保留。
• 需通过 PVC（PersistentVolumeClaim）绑定：用户通过 PVC 申请存储资源，PVC 会匹配并绑定到符合条件的 PV。

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2. 在 Linux 系统中创建 PV 的步骤

在 Kubernetes 中创建 PV 不直接依赖 Linux 系统本身的操作，而是通过 Kubernetes API 界说。以下是常见的几种 PV 范例及其配置方法：

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场景 1：利用 hostPath（节点当地目录）

实用场景

• 开发测试环境。
• 单节点集群（如 Minikube）。
步骤

• 在 Linux 节点上创建目录：
  
  1. sudo mkdir -p /mnt/data
  2. sudo chmod 777 /mnt/data  # 确保容器有写入权限

  复制代码
• 界说 PV YAML 文件：
  
  1. # hostpath-pv.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolume
  4. metadata:
  5.   name: pv-hostpath
  6. spec:
  7.   capacity:
  8.     storage: 10Gi      # 存储容量
  9.   accessModes:
  10.     - ReadWriteOnce    # 访问模式（单节点读写）
  11.   persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  # 回收策略（保留数据）
  12.   hostPath:
  13.     path: /mnt/data    # 节点本地目录
  14.     type: DirectoryOrCreate  # 目录不存在则自动创建

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• 创建 PV：
  
  1. kubectl apply -f hostpath-pv.yaml

  复制代码
• 验证：
  
  1. kubectl get pv
  2. # 输出示例：
  3. # NAME           CAPACITY  ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS      CLAIM
  4. # pv-hostpath    10Gi      RWO           Retain          Available

  复制代码

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场景 2：利用 NFS（网络共享存储）

实用场景

• 多节点集群共享存储。
• 需要跨节点读写数据的应用（如文件服务器）。
步骤

• 在 Linux 系统中配置 NFS 服务端：
  
  1. # 在 NFS 服务器上操作
  2. sudo apt install nfs-kernel-server
  3. sudo mkdir -p /nfs_share
  4. sudo chmod 777 /nfs_share
  5. echo "/nfs_share *(rw,sync,no_subtree_check)" | sudo tee -a /etc/exports
  6. sudo systemctl restart nfs-server

  复制代码
• 界说 PV YAML 文件：
  
  1. # nfs-pv.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolume
  4. metadata:
  5.   name: pv-nfs
  6. spec:
  7.   capacity:
  8.     storage: 100Gi     # 存储容量
  9.   accessModes:
  10.     - ReadWriteMany    # 多节点读写
  11.   persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  12.   nfs:
  13.     server: 192.168.1.100  # NFS 服务器 IP
  14.     path: /nfs_share       # NFS 共享目录

  复制代码
• 创建 PV：
  
  1. kubectl apply -f nfs-pv.yaml

  复制代码

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场景 3：利用当地卷（Local Volume）

实用场景

• 需要高性能当地存储（如数据库）。
• 利用当地磁盘或 SSD。
步骤

• 在节点上预备磁盘或目录：
  
  1. sudo mkdir -p /mnt/local-ssd
  2. sudo chmod 777 /mnt/local-ssd

  复制代码
• 界说 PV YAML 文件：
  
  1. # local-pv.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolume
  4. metadata:
  5.   name: pv-local
  6. spec:
  7.   capacity:
  8.     storage: 500Gi
  9.   accessModes:
  10.     - ReadWriteOnce
  11.   persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  12.   local:
  13.     path: /mnt/local-ssd  # 本地目录
  14.   nodeAffinity:           # 限制 PV 只能被调度到特定节点
  15.     required:
  16.       nodeSelectorTerms:
  17.       - matchExpressions:
  18.         - key: kubernetes.io/hostname
  19.           operator: In
  20.           values:
  21.           - node1  # 节点名称

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• 创建 PV：
  
  1. kubectl apply -f local-pv.yaml

  复制代码

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3. PV 的关键配置参数

(1) 访问模式（Access Modes）

• ReadWriteOnce (RWO)：单节点读写。
• ReadOnlyMany (ROX)：多节点只读。
• ReadWriteMany (RWX)：多节点读写。
(2) 接纳策略（Reclaim Policy）

• Retain：删除 PVC 后保留 PV 和数据（需手动清理）。
• Delete：自动删除 PV 和底层存储（仅限动态供给的云存储）。
• Recycle（已废弃）：擦除数据后重新绑定。
(3) 存储类别（StorageClass）

• 动态供给 PV 时需指定 StorageClass，静态 PV 可省略或设为空字符串。

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4. 验证 PV 绑定到 PVC

• 创建 PVC：
  
  1. # pvc.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolumeClaim
  4. metadata:
  5.   name: my-pvc
  6. spec:
  7.   accessModes:
  8.     - ReadWriteOnce
  9.   resources:
  10.     requests:
  11.       storage: 10Gi
  12.   # storageClassName: ""  # 空字符串表示使用静态 PV

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• 绑定 PV：
  
  1. kubectl apply -f pvc.yaml
  3. kubectl get pv,pvc
  4. # 输出示例：
  5. # NAME             STATUS  CLAIM           CAPACITY
  6. # pv-hostpath      Bound   default/my-pvc  10Gi

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5. 常见问题

(1) PV 无法绑定到 PVC

• 原因：PVC 的 accessModes、storage 或 storageClassName 不匹配。
• 办理：查抄 PV 和 PVC 的配置是否一致。
(2) 容器无法写入 PV

• 原因：目录权限不足或存储后端故障。
• 办理：

1. kubectl exec -it <pod-name> -- ls -l /data  # 检查挂载点权限
2. kubectl describe pv <pv-name>               # 查看 PV 事件日志

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总结

• PV 是存储资源的抽象：由管理员创建或动态供给，供应用通过 PVC 申请。
• 常用 PV 范例：hostPath（当地目录）、nfs（网络存储）、local（高性能当地盘）。
• 关键配置：访问模式、容量、接纳策略和节点亲和性（Local PV）。
• 操作流程：界说 PV → 创建 PVC → 挂载到 Pod。
在 Kubernetes 中配置存储的焦点是通过 持久化存储卷（Persistent Volume, PV） 和 持久化存储声明（Persistent Volume Claim, PVC） 实现数据持久化和动态管理。以下是详细的存储配置指南：

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1. 焦点概念

概念作用PersistentVolume (PV)集群级别的存储资源（如云存储、NFS、当地磁盘），由管理员创建或动态生成。PersistentVolumeClaim (PVC)用户对存储资源的申请，指定容量、访问模式等要求，绑定到 PV。StorageClass (SC)动态生成 PV 的模板（如 AWS EBS、GCP PD），按需创建存储资源。

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2. 存储配置步骤

(1) 静态供给（手动创建 PV）

场景：已有存储资源（如 NFS、当地磁盘），需手动绑定。

步骤：

• 创建 PV（以 NFS 为例）：
  
  1. # nfs-pv.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolume
  4. metadata:
  5.   name: pv-nfs
  6. spec:
  7.   capacity:
  8.     storage: 10Gi
  9.   accessModes:
  10.     - ReadWriteMany
  11.   persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  12.   nfs:
  13.     server: 192.168.1.100
  14.     path: /data/nfs

  复制代码
  1. kubectl apply -f nfs-pv.yaml

  复制代码
• 创建 PVC（匹配 PV）：
  
  1. # pvc.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolumeClaim
  4. metadata:
  5.   name: pvc-nfs
  6. spec:
  7.   accessModes:
  8.     - ReadWriteMany
  9.   resources:
  10.     requests:
  11.       storage: 10Gi
  12.   storageClassName: ""  # 空字符串表示手动绑定

  复制代码
  1. kubectl apply -f pvc.yaml

  复制代码
• 挂载到 Pod：
  
  1. # pod.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: Pod
  4. metadata:
  5.   name: my-pod
  6. spec:
  7.   containers:
  8.   - name: app
  9.     image: nginx
  10.     volumeMounts:
  11.     - name: nfs-volume
  12.       mountPath: /usr/share/nginx/html
  13.   volumes:
  14.   - name: nfs-volume
  15.     persistentVolumeClaim:
  16.       claimName: pvc-nfs

  复制代码

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(2) 动态供给（自动创建 PV）

场景：利用云存储（如 AWS EBS、GCP PD），按需自动生成 PV。

步骤：

• 创建 StorageClass：
  
  1. # storageclass-aws.yaml
  2. apiVersion: storage.k8s.io/v1
  3. kind: StorageClass
  4. metadata:
  5.   name: aws-gp3
  6. provisioner: ebs.csi.aws.com
  7. parameters:
  8.   type: gp3
  9. volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer  # 延迟绑定到 Pod 调度
  10. reclaimPolicy: Delete

  复制代码
  1. kubectl apply -f storageclass-aws.yaml

  复制代码
• 创建 PVC（触发动态供给）：
  
  1. # pvc-dynamic.yaml
  2. apiVersion: v1
  3. kind: PersistentVolumeClaim
  4. metadata:
  5.   name: pvc-dynamic
  6. spec:
  7.   accessModes:
  8.     - ReadWriteOnce
  9.   resources:
  10.     requests:
  11.       storage: 50Gi
  12.   storageClassName: aws-gp3  # 引用 StorageClass

  复制代码
  1. kubectl apply -f pvc-dynamic.yaml

  复制代码
• 挂载到 Deployment：
  
  1. # deployment.yaml
  2. apiVersion: apps/v1
  3. kind: Deployment
  4. metadata:
  5.   name: web-app
  6. spec:
  7.   template:
  8.     spec:
  9.       containers:
  10.       - name: nginx
  11.         image: nginx
  12.         volumeMounts:
  13.         - name: dynamic-storage
  14.           mountPath: /data
  15.       volumes:
  16.       - name: dynamic-storage
  17.         persistentVolumeClaim:
  18.           claimName: pvc-dynamic

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3. 存储范例与实用场景

存储范例配置方式实用场景示例临时存储emptyDir容器间共享临时数据（如缓存）日记处理中心效果当地存储hostPath 或 local开发测试、单节点高性能存储当地数据库、测试环境网络存储NFS/CephFS多节点共享读写文件服务器、共享配置云存储StorageClass 动态供给生产环境持久化存储（跨节点可用）AWS EBS、Azure Disk、GCP PD配置/密钥ConfigMap/Secret注入配置文件或敏感信息数据库毗连字符串、TLS 证书

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4. 高级配置本领

(1) 子路径隔离

同一 PVC 挂载到多个 Pod 时，利用 subPath 隔离目录：

1. volumeMounts:
2. - name: shared-storage
3.   mountPath: /app/data
4.   subPath: app1  # 使用 PVC 中的子目录

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(2) 文件权限控制

通过 securityContext 设置文件系统权限：

1. securityContext:
2.   fsGroup: 1000    # 设置挂载目录的组 ID
3.   runAsUser: 1000  # 容器运行的用户 ID

复制代码

(3) 存储扩容

动态供给的 PVC 支持在线扩容（需存储插件支持）：

1. kubectl edit pvc pvc-dynamic  # 修改 spec.resources.requests.storage

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(4) 多 Pod 共享存储

利用 ReadWriteMany 访问模式的存储（如 NFS）：

1. # pvc.yaml
2. spec:
3.   accessModes:
4.     - ReadWriteMany

复制代码

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5. 常见问题排查

(1) PVC 处于 Pending 状态

• 原因：无可用 PV 或 StorageClass 配置错误。
• 办理：

1. kubectl describe pvc <pvc-name>  # 查看事件日志
2. kubectl get storageclass         # 检查 StorageClass 是否存在

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(2) 容器无法写入存储卷

• 原因：权限不足或存储后端故障。
• 办理：

1. kubectl exec -it <pod-name> -- ls -l /data  # 检查挂载点权限
2. kubectl logs <storage-plugin-pod>           # 查看存储插件日志

复制代码

(3) PV 无法接纳

• 原因：接纳策略为 Retain，需手动删除 PV 和底层数据。
• 办理：

1. kubectl delete pv <pv-name>  # 手动清理

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6. 最佳实践

• 生产环境优先利用动态供给：避免手动管理 PV，进步资源利用率。
  
• 公道选择访问模式：
  • ReadWriteOnce：数据库等单节点读写场景。
  • ReadWriteMany：文件共享、内容管理系统（CMS）。
  
• 定期备份重要数据：纵然利用持久化存储，也需通过工具（如 Velero）备份。
  
• 监控存储利用情况：集成 Prometheus 监控 PVC 利用率，预防存储不足。
  

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总结

通过 PV/PVC 和 StorageClass，Kubernetes 提供了机动且强大的存储管理本领。无论是当地开发照旧云上生产环境，公道配置存储卷可确保应用数据的高可用性和持久性。根据业务需求选择合适的存储范例，并团结动态供给、权限控制等高级特性，能够显著提拔运维服从。

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