K8S - Volume 与 PersistentVolume - 容器存储与数据持久化
一、引言
在 Kubernetes 中，容器默认采用临时存储（Ephemeral Storage），这意味着 Pod 一旦重启或重建，其内部数据将完全丢失。
然而，在生产环境中，许多关键应用（如数据库、日志系统、内容管理平台）都需要保证数据持久化与高可用性。为此，Kubernetes 提供了以下核心机制：
• Volume：为 Pod 提供临时或持久的存储挂载能力。
• PersistentVolume (PV)：集群级别的存储资源抽象，独立于 Pod 生命周期。
• PersistentVolumeClaim (PVC)：用户对存储资源的声明，可实现动态或静态绑定 PV。
二、核心原理
2.1 Volume：Pod 级别的存储机制
Volume 是 Pod 内部的存储抽象，其生命周期与 Pod 一致。常见类型如下：
局限性：
• 临时性存储无法满足数据持久化需求
• 配置复杂，缺乏资源解耦能力
2.2 PV 与 PVC：存储资源的解耦模型
Kubernetes 通过 PV/PVC 模型实现应用与底层存储的解耦：
PersistentVolume（PV）
• 静态供给：管理员预创建，指定容量、访问模式、类型等
• 动态供给：通过 StorageClass自动按需创建（如 AWS EBS）
关键字段：
• capacity: 存储容量，如 1Gi
• accessModes: 访问模式（ReadWriteOnce、ReadOnlyMany等）
• persistentVolumeReclaimPolicy: 回收策略（Retain、Delete）
PersistentVolumeClaim（PVC）
• 用户声明对存储的需求，K8s 自动匹配合适的 PV
StorageClass
• 定义动态供给模板（云存储参数、文件系统类型等）
• 实现 PV 的按需自动化创建
模型关系图：
# 静态供给流程
┌─────────────┐ 绑定 ┌─────────────┐
│ PV (预创建) │ ◄──────────────────── │ PVC │
└──────┬──────┘ └──────┬──────┘│ ││ 挂载 │▼ ▼
┌───────────────────────────────────────────────────┐
│ Pod │
│ (通过 volumes 字段引用 PVC) │
└───────────────────────────────────────────────────┘
# 动态供给流程
┌─────────────┐ 动态创建 ┌─────────────┐
│ StorageClass │ ───────────────────────►│ PV │
└───────┬──────┘ └──────┬──────┘│ 自动触发 │▼ ▼
┌─────────────┐ 绑定 ┌─────────────┐
│ PVC │ ◄────────────────────── │ Pod │
└─────────────┘ 挂载 └─────────────┘
2.3 核心参数详解
Access Modes（访问模式）
• ReadWriteOnce (RWO)：单节点读写（如云硬盘）
• ReadOnlyMany (ROX)：多节点只读
• ReadWriteMany (RWX)：多节点读写（需 NFS 或分布式存储支持）
Reclaim Policy（回收策略）
• Retain：PVC 删除后保留数据（需手动清理）
• Delete：PVC 删除后自动销毁数据（云平台默认）
• Recycle（已废弃）：清空数据再重用（不推荐）
三、实战演示：MySQL 数据持久化
3.1 环境准备（以 Minikube 为例）
# 安装工具
brew install kubectl minikube# 启动集群
minikube start --driver=docker
3.2 创建 PersistentVolume（静态供给）
步骤 1：定义 PV（测试用 hostPath）
mysql-pv.yaml：apiVersion: v1
kind: PersistentVolume # 资源类型
metadata:name: mysql-pv # PV名称，集群内唯一标识
spec:capacity:storage: 1Gi # 存储容量（GiB单位）accessModes:- ReadWriteOnce # 访问模式：单节点读写挂载persistentVolumeReclaimPolicy: Retain # 回收策略：删除PVC后保留数据（需手动清理）hostPath:path: /data/mysql # 节点本地存储路径（仅适合单节点测试环境）
注：ReadWriteOnce 表示同时只能被一个 Pod 挂载
步骤 2：部署并查看状态
kubectl apply -f mysql-pv.yaml
kubectl get pv # 状态应为 Available
输出：NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM STORAGECLASS REASON AGE
mysql-pv 1Gi RWO Retain Available 5s# 注意 STATUS 应为 Available
3.3 创建 PersistentVolumeClaim
步骤 1：定义 PVC
mysql-pvc.yaml：apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: mysql-pvc
spec:accessModes:- ReadWriteOnceresources:requests:storage: 1Gi
步骤 2：部署并绑定 PV
kubectl apply -f mysql-pvc.yaml
kubectl get pvc # 应为 Bound
kubectl get pv # 状态变为 Bound
输出：# 部署 PVC 后查看绑定状态
$ kubectl get pvc
NAME STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
mysql-pvc Bound mysql-pv 1Gi RWO 10s$ kubectl get pv # PV 状态变化
NAME CAPACITY ACCESS MODES RECLAIM POLICY STATUS CLAIM AGE
mysql-pv 1Gi RWO Retain Bound default/mysql-pvc 2m
3.4 部署 MySQL 并挂载 PVC
步骤 1：定义 Deployment
mysql-deployment.yaml：apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: mysql
spec:selector:matchLabels:app: mysql template:metadata:labels:app: mysql spec:containers:- name: mysqlimage: mysql:8.0 # 使用官方MySQL 8.0镜像env:- name: MYSQL_ROOT_PASSWORDvalue: "password" # 明文密码（生产环境应用Secret替代）ports:- containerPort: 3306 # 暴露MySQL默认端口volumeMounts:- name: mysql-storagemountPath: /var/lib/mysql # 挂载数据库存储路径（数据持久化）volumes:- name: mysql-storagepersistentVolumeClaim:claimName: mysql-pvc # 绑定预先创建的PVC（需确保存在）
步骤 2：部署并查看 Pod
kubectl apply -f mysql-deployment.yaml
kubectl get pods -l app=mysql
输出：# 查看 Pod 启动过程（展示完整生命周期）
$ kubectl get pods -l app=mysql --watch
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
mysql-8c6b66d88-7w2vs 0/1 ContainerCreating 0 10s
mysql-8c6b66d88-7w2vs 1/1 Running 0 25s # 最终状态
3.5 数据持久化验证
步骤 1：写入测试数据
kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=mysql -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}") -- \mysql -uroot -ppassword -e "CREATE DATABASE test;"
步骤 2：模拟 Pod 故障并验证数据
kubectl delete pod -l app=mysql
kubectl get pods -l app=mysql # 等待新 Pod 启动# 验证是否存在 test 数据库
kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=mysql -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}") -- \mysql -uroot -ppassword -e "SHOW DATABASES;"
预期结果：应包含 test数据库，验证数据持久化成功。# 写入测试数据后检查（显示完整输出）
$ kubectl exec -it mysql-8c6b66d88-7w2vs -- mysql -uroot -ppassword -e "SHOW DATABASES;"
+--------------------+
| Database |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql |
| performance_schema |
| sys |
| test | # 新增的测试数据库
+--------------------+# 删除 Pod 后观察新实例
$ kubectl delete pod mysql-8c6b66d88-7w2vs
pod "mysql-8c6b66d88-7w2vs" deleted$ kubectl get pods -l app=mysql
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
mysql-8c6b66d88-kk9xp 1/1 Running 0 45s # 新 Pod# 二次验证数据
$ kubectl exec -it $(kubectl get pod -l app=mysql -o name) -- mysql -uroot -ppassword -e "SHOW DATABASES;"
# 若出现错误"Error from server (NotFound): pods not found"，说明 Pod 尚未完全启动
四、生产环境最佳实践
StorageClass 示例（AWS EBS）
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: ebs-gp3
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:type: gp3 # 通用型 SSDfsType: ext4 # 文件系统类型iops: "3000" # 性能配置（可选）encrypted: "true" # 启用加密
生产环境必须项：
-
使用 CSI 驱动程序（非树内驱动）
-
启用存储加密（AWS KMS）
-
设置合理容量阈值（避免资源浪费）
五、总结
5.1 核心重点
• Volume：适用于 Pod 内部共享临时数据，但无法跨生命周期持久化。
• PV/PVC 模型：解耦存储供应与消费，支持动态供给与多类型后端存储。
• 核心选型建议：
• 根据业务需要选择 accessModes与 reclaimPolicy
• 生产环境优先使用动态供给 + 云存储方案
5.2 常见问题排查表
