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【Kubernetes基础--持久化存储原理】--查阅笔记5

article 2026/1/19 17:57:55

持久化存储机制

k8s 对于有状态的容器应用或对数据需要持久化的应用，不仅需要容器内的目录挂载到宿主机的目录或者 emptyDir 临时存储卷，而且需要更加可靠的存储来保存应用产生的重要数据，以便容器应用在重建之后仍然可以使用之前的数据。

k8s 1.0 版本引入了 PersistentVolume（PV）和 PersistentVolumeClaim（PVC）两个资源对象来实现对存储的管理子系统。

PV 是底层网络共享存储的抽象，将共享存储定义为一种“资源”，类比 Node 是一种容器应用可以“消费”的资源。PVC 则是用户对存储资源的一个“申请”。就像 Pod “消费” Node的资源一样，PVC 能够“消费” PV 资源。PVC 可以申请特定的存储空间和访问模式。

通常应用程序都会对存储设备的特性和性能有不同的要求，包括读写速度、并发性能、数据冗余等更高的要求，k8s 从1.4版本开始引入了一个新的资源对象 StorageClass，用于标记存储资源的特性和性能。到1.6版本时，StorageClass 和动态资源供应的机制得到了完善，实现了存储卷的按需创建，在共享存储的自动化管理进程中实现了重要的一步。

通过 StorageClass 的定义，管理员可以将存储资源定义为某种类别（Class），正如存储设备对于自身的配置描述（Profile），例如“快速存储”“慢速存储”“有数据冗余”“无数据冗余”等。用户根据 StorageClass 的描述就能够直观地得知各种存储资源的特性，就可以根据应用对存储资源的需求去申请存储资源了。

PV 详解

PV 作为存储资源，主要包括存储能力、访问模式、存储类型、回收策略、后端存储类型等信息的设置。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv1
spec:capacity:storage: 5Gi # 存储能力accessModes:  # 访问模式- ReadWriteOncepersistentVolumeReclaimPolicy: Recycle # 回收策略storageClassName: slow # 存储类别nfs:  # PV类型：网络文件系统path: /tmpserver: 172.17.0.2

PV 关键配置参数

存储能力（Capacity）：storage=xx
存储卷模式（Volume Mode）：volumeMode=xxx，Filesystem（文件系统）和Block（块设备），默认值为Filesystem
访问模式（Access Modes）：1. ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，并且只能被单个Node挂载；2. ReadOnlyMany（ROX）：只读权限，允许被多个Node挂载；3. ReadWriteMany（RWX）：读写权限，允许被多个Node挂载
存储类别（Class）：storageClassName=xxx
回收策略（Reclaim Policy）：persistentVolumeReclaimPolicy=xxx
挂载参数（Mount Options）：在将 PV 挂载到一个 Node 上时，根据后端存储的特点，可能需要设置额外的挂载参数，可以根据 PV 定义中的 mountOptions 字段进行设置
节点亲和性（Node Affinity）：限制只能通过某些Node访问Volume，可以在PV定义中的nodeAffinity字段进行设置。这个参数仅用于Local存储卷。

PV 生命周期的各个阶段

Available：可用状态，还未与某个PVC绑定
Bound：已与某个PVC绑定
Released：绑定的PVC已经删除，资源已释放，但没有被集群回收
Failed：自动资源回收失败

PVC 详解

PVC 作为用户对存储资源的需求申请，主要包括存储空间请求、访问模式、PV 选择条件和存储类别等信息的设置。

kind: PersistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:name: myclaim
spec:accessModes:  # 访问模式- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 8GistorageClassName: slowselector: # PV 条件选择matchLabels:release: "stable"matchExpressions:- {key: environment, operator: In, values: [dev]}

PVC 关键配置参数

资源请求（Resources）：描述对存储资源的请求，目前仅支持 request.storage 的设置，即存储空间大小
访问模式（Access Modes）：PVC 也可以设置访问模式，用于描述用户应用对存储资源的访问权限。其三种访问模式的设置与 PV 的设置相同
存储卷模式（Volume Modes）：PVC 也可以设置存储卷模式，用于描述希望使用的 PV 存储卷模式，包括文件系统和块设备
PV 选择条件（Selector）：通过对Label Selector的设置，可使PVC对于系统中已存在的各种PV进行筛选。
存储类别（Class）： PVC 在定义时可以设定需要的后端存储的类别（通过 storageClassName 字段指定），以减少对后端存储特性的详细信息的依赖。只有设置了该 Class 的 PV 才能被系统选出，并与该 PVC 进行绑定。

注意，PVC 和 PV 都受限于 Namespace，PVC 在选择 PV 时受到 Namespace 的限制，只有相同 Namespace 中的 PV 才可能与 PVC 绑定。Pod 在引用 PVC 时同样受 Namespace 的限制，只有相同 Namespace 中的 PVC 才能挂载到 Pod 内。

PV 和 PVC 的生命周期

资源供应：静态模式（Static，手工创建）和动态模式（Dynamic，通过StorageClass设置）。资源供应的结果就是创建好的PV。
资源绑定：根据 PVC 对存储资源的请求（存储空间和访问模式）在已存在的 PV 中选择一个，如果没有，PVC 则会无限期处于 Pending状态。PV 一旦绑定到某个 PVC 上，就会被这个 PVC 独占，不能再与其他 PVC 进行绑定了。
资源使用：Pod 使用 Volume 的定义，将 PVC 挂载到容器内的某个路径进行使用。在容器应用挂载了一个 PVC 后，就能被持续独占使用。不过，多个 Pod 可以挂载同一个 PVC，应用程序需要考虑多个实例共同访问一块存储空间的问题。
资源释放：删除 PVC，与该 PVC 绑定的 PV 将会被标记为“已释放”，但还不能立刻与其他 PVC 进行绑定。通过之前 PVC 写入的数据可能还被留在存储设备上，只有在清除之后该 PV 才能再次使用。
资源回收：对于 PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的 PVC 释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有 PV 的存储空间完成回收，才能供新的 PVC 绑定和使用。

StorageClass 详解

StorageClass 作为对存储资源的抽象定义，由系统自动完成 PV 的创建和绑定，实现了动态的资源供应。基于 StorageClass 的动态资源供应模式将逐步成为云平台的标准存储配置模式。

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

StorageClass 关键配置参数

提供者（Provisioner）：描述存储资源的提供者，也可以看作后端存储驱动。
参数（Parameters）：后端存储资源提供者的参数设置，不同的Provisioner包括不同的参数设置。

设置默认的 StorageClass

要在系统中设置一个默认的 StorageClass，则首先需要启用名为 DefaultStorageClass的admission controller，即在 kube-apiserver 的命令行参数 --admission-control 中增加：

--admission-control=...,DefaultStorageClass

在 StorageClass 的定义中设置一个 annotation：

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:name: goldannotations: storageclass.beta.kubernetes.io/is-default-class="true"
provisioner: kubernetes.io/gce-pd
parameters:type: pd-ssd

通过 kubectl create 创建，查看：

kubectl get sc
# NAME        TYPE
# gold (default)   kubernetes.io/gce-pd

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