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【Kubernetes】Kubernetes 如何管理存储？PV 和 PVC 是如何工作的？

news 来源：原创 2025/6/16 6:42:07

在 Kubernetes 中，存储管理是通过 Persistent Volume (PV) 和 Persistent Volume Claim (PVC) 来实现的。

它们为容器化应用提供持久化存储，使得应用在重启或重新调度时仍然能够访问数据。

1. 存储管理概述

Kubernetes 的存储管理是基于 持久化卷 (Persistent Volume) 和 持久化卷声明 (Persistent Volume Claim) 的模型。这个模型将存储的生命周期与 Pod 的生命周期分开，允许存储资源在 Pod 之间共享和复用。

Persistent Volume (PV)：代表集群中的存储资源。它是由集群管理员预先配置的存储资源。PV 可以是本地磁盘、NFS、iSCSI、云存储（如 AWS EBS、Google Cloud Persistent Disk 等）等多种类型。
Persistent Volume Claim (PVC)：是用户对存储的请求，声明了需要多少存储空间、访问模式等。Pod 使用 PVC 来请求存储资源，Kubernetes 会根据 PVC 的要求动态地绑定到合适的 PV 上。
StorageClass：在某些存储后端（如云提供商的块存储）中，可以使用 StorageClass 来动态创建 PV。当 PVC 被创建时，如果没有指定具体的 PV，Kubernetes 会根据 PVC 的要求和 StorageClass 动态地为 PVC 创建合适的 PV。

2. PV 和 PVC 的工作原理

1. Persistent Volume (PV)

PV 是集群中的存储资源。集群管理员预先配置和创建 PV，通常在 YAML 配置文件中定义。PV 的配置包含以下信息：

存储的容量
存储类型（如 NFS、iSCSI、云块存储）
访问模式（ReadWriteOnce、ReadOnlyMany、ReadWriteMany）
绑定方式（静态绑定或动态绑定）

例如，创建一个 NFS 类型的 PV：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs-storage
  nfs:
    path: /mnt/data
    server: nfs-server.example.com

capacity：定义了 PV 的存储容量（如 5Gi）。
accessModes：定义了 PV 的访问模式，通常有：
- ReadWriteOnce (RWO)：只能由一个节点以读写方式挂载。
- ReadOnlyMany (ROX)：可以由多个节点以只读方式挂载。
- ReadWriteMany (RWX)：可以由多个节点以读写方式挂载。
persistentVolumeReclaimPolicy：定义 PV 被释放后如何处理，常见的选项有：
- Retain：保留 PV，等待管理员手动处理。
- Recycle：回收 PV。
- Delete：删除 PV。
nfs：定义了 NFS 类型的存储服务器和路径。

2. Persistent Volume Claim (PVC)

PVC 是用户对存储的请求，指定了所需的存储容量、访问模式等。PVC 是 Pod 中存储卷的需求，Kubernetes 根据 PVC 的请求动态绑定到合适的 PV。

例如，创建一个 PVC 请求 5Gi 的存储空间：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  storageClassName: nfs-storage

accessModes：指定存储卷的访问模式，必须与 PV 的访问模式兼容。
resources.requests.storage：指定 PVC 请求的存储容量。
storageClassName：指定存储类，如果没有明确指定，Kubernetes 将使用默认的存储类（如果有的话）。

3. PVC 与 PV 的绑定

当 PVC 被创建时，Kubernetes 会尝试找到一个满足以下条件的 PV：

存储容量足够。
存储类型与 PVC 请求的类型匹配。
访问模式与 PVC 请求的访问模式匹配。

如果满足条件，Kubernetes 会将 PVC 与 PV 进行绑定。这个绑定是 动态的，并且一旦绑定，PVC 就会引用该 PV，直到 PVC 被删除或释放。

4. StorageClass 和动态卷供应

如果没有预先配置 PV，Kubernetes 可以使用 StorageClass 来动态创建 PV。StorageClass 定义了存储提供商和存储类型的信息。通过定义不同的 StorageClass，用户可以请求不同类型的存储（如云存储或本地存储）。

例如，创建一个 StorageClass 来使用 AWS EBS 存储：

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

当 PVC 被创建时，如果指定了 StorageClass，Kubernetes 会根据该 StorageClass 动态创建 PV，并将 PVC 绑定到该 PV 上。

5. Pod 使用 PVC

一旦 PVC 被绑定到 PV，Pod 就可以使用 PVC 来访问存储。Pod 使用 PVC 作为存储卷的引用，通过在 spec.volumes 中挂载 PVC：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-app
spec:
  containers:
    - name: my-container
      image: my-image
      volumeMounts:
        - mountPath: /data
          name: my-storage
  volumes:
    - name: my-storage
      persistentVolumeClaim:
        claimName: my-pvc

在这个示例中，Pod 使用 my-pvc PVC 来挂载存储卷，容器可以通过 /data 路径访问存储。

3. PV 和 PVC 的生命周期

PV 生命周期：PV 是由管理员预先创建的，可以通过静态或动态方式绑定到 PVC。一旦 PVC 被删除，PV 会进入释放状态（根据 PV 的 persistentVolumeReclaimPolicy 决定是否删除或保留）。
PVC 生命周期：PVC 是由用户创建的，它表示存储的需求。PVC 的生命周期由 Pod 的生命周期决定，Pod 删除时，PVC 也会被删除（除非手动删除 PVC）。