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K8s学习笔记(十二) volume存储卷

news 2025/10/4 5:28:41

在 Kubernetes 中，Volume（存储卷） 是解决容器存储问题的核心组件。它的核心作用是：为 Pod 中的容器提供 “持久化” 或 “共享” 的存储空间，弥补容器文件系统的临时性（容器重启后数据丢失）和隔离性（同一 Pod 内容器无法直接共享文件）的缺陷。

1 为什么需要 Volume？

容器的文件系统是 “临时的、隔离的”，这会导致 3 个问题：

  1. 数据丢失：容器重启后，内部文件会被重置（比如 Nginx 容器重启，之前上传的静态文件会消失）。
  2. 跨容器共享：同一 Pod 内的多个容器（如 “应用容器 + 日志收集容器”）需要共享数据（如日志文件），但容器间默认无法直接访问对方的文件系统。
  3. 持久化存储：需要将数据长期保存（如数据库数据），即使 Pod 被删除，数据也不能丢失。

Volume 正是为解决这些问题而生：

  • 它是Pod 级别的存储资源（与 Pod 生命周期绑定，Pod 删除后 Volume 才会被清理，除非是持久化存储）。
  • 可以被 Pod 内的多个容器同时挂载，实现数据共享。
  • 支持多种存储类型（本地磁盘、网络存储、配置文件等），灵活满足不同场景。

2 Volume 的核心概念（必懂）

  1. 生命周期：与 Pod 一致（Pod 创建时 Volume 被创建，Pod 删除时 Volume 被清理）。但注意：若 Volume 使用的是外部存储（如 NFS、PV），则底层数据会保留（仅 K8s 的 Volume 对象被删除）。
  2. 定义方式：
    • 在 Pod 的spec.volumes中定义 “卷”（说明卷的类型、来源等）。
    • 在容器的spec.containers.volumeMounts中定义 “挂载”（说明将卷挂载到容器内的哪个路径）。
  3. 核心关联：volumes.name与volumeMounts.name必须一致，用于绑定卷和挂载点。

3 常见 Volume 类型

K8s 支持数十种 Volume 类型，这里按 “使用场景” 挑出最常用的 6 种，掌握它们就能应对 80% 的需求。

3.1 emptyDir：Pod 内临时共享存储（最基础）

  • 特点：在 Pod 创建时自动创建的临时目录，存储在节点的本地磁盘（或内存），Pod 删除后数据丢失。
  • 适用场景：同一 Pod 内容器间临时共享数据（如日志缓存、临时计算结果）。
示例：两个容器共享 emptyDir

创建一个 Pod，包含 “写文件容器” 和 “读文件容器”，通过 emptyDir 共享数据：

# pod-emptyDir.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-emptyDir
spec:containers:- name: writer  # 写文件的容器image: busybox:1.35command: ["sh", "-c", "while true; do echo $(date) > /shared/data.txt; sleep 5; done"]  # 每5秒写当前时间到文件volumeMounts:- name: shared-vol  # 挂载名为shared-vol的卷mountPath: /shared  # 挂载到容器内的/shared目录- name: reader  # 读文件的容器image: busybox:1.35command: ["sh", "-c", "while true; do cat /shared/data.txt; sleep 5; done"]  # 每5秒读取文件volumeMounts:- name: shared-vol  # 必须和volumes.name一致mountPath: /shared  # 挂载到容器内的/shared目录volumes:  # 定义卷- name: shared-vol  # 卷的名字，与上面的volumeMounts.name对应emptyDir:medium: ""  # 存储介质：默认磁盘；设为"Memory"则使用内存（tmpfs，速度快但容量受限于内存）
操作与验证：
# 创建Pod
kubectl apply -f pod-emptyDir.yaml# 查看reader容器的输出（会每隔5秒显示当前时间）
kubectl logs -f pod-emptyDir -c reader
# 输出示例：
# Fri Oct  2 15:30:00 UTC 2025
# Fri Oct  2 15:30:05 UTC 2025# 验证数据共享：进入writer容器，查看/shared目录
kubectl exec -it pod-emptyDir -c writer -- sh
ls /shared  # 会看到data.txt，内容与reader输出一致

3.2 hostPath：挂载节点本地目录（测试用）

  • 特点：将 Pod 所在节点的本地文件或目录挂载到容器内，数据会保留在节点上（Pod 删除后数据不丢，但 Pod 调度到其他节点时无法访问）。
  • 适用场景：测试环境中需要持久化数据（如本地数据库测试），或需要访问节点文件（如挂载节点的/var/log收集日志）。
示例：挂载节点的/opt/hostpath-data目录
# pod-hostPath.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-hostPath
spec:containers:- name: test-containerimage: busybox:1.35command: ["sh", "-c", "while true; do echo $(date) >> /data/hostpath.log; sleep 10; done"]volumeMounts:- name: hostpath-volmountPath: /data  # 容器内的/data目录映射到节点的/opt/hostpath-datavolumes:- name: hostpath-volhostPath:path: /opt/hostpath-data  # 节点上的目录type: DirectoryOrCreate  # 目录不存在则自动创建（支持File、Directory等类型）
操作与验证：
# 创建Pod
kubectl apply -f pod-hostPath.yaml# 找到Pod所在节点
kubectl get pod pod-hostPath -o wide
# 输出示例（NODE字段为节点名）：
# NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE           NOMINATED NODE
# pod-hostPath   1/1     Running   0          1m    10.200.166.182   192.168.121.111     <none># 登录节点k8s-node-1，查看/opt/hostpath-data目录
ssh node1
cat /opt/hostpath-data/hostpath.log  # 会看到持续追加的时间日志（证明数据持久化到节点）

注意：hostPath 的局限性 —— 多节点集群中，若 Pod 调度到其他节点，会访问新节点的/opt/hostpath-data（数据不共享），生产环境慎用！

3.3 nfs：跨节点共享的网络存储

  • 特点：挂载 NFS 服务器的共享目录，支持多节点 Pod 共享数据（无论 Pod 调度到哪个节点，都能访问同一 NFS 目录）。
  • 适用场景：需要跨节点共享数据的场景（如多 Pod 写日志、静态资源共享）。
部署 NFS 服务器

NFS 服务器 IP 为192.168.121.109，共享目录为/data/k8sdata/chenjun666（需配置允许 K8s 节点访问）。

apt install nfs-servermkdit -p /data/k8sdata/chenjun666vim /etc/export
/data/k8sdata *(rw,no_root_squash)systemctl restart nfs-server.servicesystemctl enable nfs-server.servicesystemctl status nfs-server.service# 检查挂载
root@master1:~/yaml/volume_pod# showmount -e 192.168.121.109
Export list for 192.168.121.109:
/data/k8sdata *
示例：Pod 挂载 NFS 共享目录
# pod-nfs.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-nfs
spec:containers:- name: nfs-containerimage: busybox:1.35command: ["sh", "-c", "while true; do echo $(date) >> /nfs/data.log; sleep 10; done"]volumeMounts:- name: nfs-volmountPath: /nfs  # 容器内挂载点volumes:- name: nfs-volnfs:server: 192.168.121.109  # NFS服务器IPpath: /data/k8sdata/chenjun666  # NFS共享目录
验证：

在 NFS 服务器上查看/nfs/shared/data.log，会看到 Pod 持续写入的日志（即使 Pod 调度到其他节点，数据仍会写入同一文件）。

3.4 configMap：挂载配置文件（非敏感配置）

  • 特点：将 ConfigMap（K8s 的配置资源）中的键值对或文件，以文件形式挂载到容器内，方便配置管理（无需修改镜像即可更新配置）。
  • 适用场景：应用的配置文件（如 Nginx 的nginx.conf、应用的app.properties）。
步骤 1：创建 ConfigMap（配置源）
# configmap-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:name: app-config
data:# 键值对形式（会被挂载为文件，文件名=键，内容=值）app.properties: |env=productionlog_level=info# 直接定义文件内容（如nginx.conf）nginx.conf: |server {listen 80;root /usr/share/nginx/html;}

kubectl apply -f configmap-demo.yaml
步骤 2：Pod 挂载 ConfigMap
# pod-configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-configmap
spec:containers:- name: nginximage: nginx:alpinevolumeMounts:- name: config-vol  # 卷名mountPath: /etc/config  # 挂载到容器内的/etc/config目录readOnly: true  # 配置文件通常设为只读volumes:- name: config-volconfigMap:name: app-config  # 关联的ConfigMap名称# 可选：只挂载部分键（默认挂载所有）# items:# - key: nginx.conf#   path: my-nginx.conf  # 重命名为my-nginx.conf
验证：
kubectl apply -f pod-configmap.yaml# 进入容器，查看挂载的配置文件
kubectl exec -it pod-configmap -- sh
ls /etc/config  # 会看到app.properties和nginx.conf
cat /etc/config/app.properties  # 输出配置内容

注意：ConfigMap 更新后，挂载的文件会在几秒内自动同步（无需重启 Pod）。

3.5 secret：挂载敏感信息（密码、证书）

  • 特点：与 ConfigMap 类似，但用于存储敏感信息（密码、Token、证书），数据会被 Base64 编码（非加密，需配合 RBAC 控制访问）。
  • 适用场景：数据库密码、API 密钥、TLS 证书等。
步骤 1：创建 Secret（敏感信息）
# secret-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: app-secret
type: Opaque  # 通用类型
data:# 注意：值必须是Base64编码（echo -n "mypass123" | base64 生成）db-password: bXlwYXNzMTIz  # 原始值：mypass123tls.crt: LS0tLS1CRUdJTiBDRVJUSUZJQ0FURS0tLS0tC...  # 证书内容的Base64编码

kubectl apply -f secret-demo.yaml
步骤 2：Pod 挂载 Secret
# pod-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-secret
spec:containers:- name: appimage: busybox:1.35command: ["sleep", "3600"]volumeMounts:- name: secret-volmountPath: /etc/secret  # 挂载到容器内的/etc/secretreadOnly: true  # 敏感信息通常只读volumes:- name: secret-volsecret:secretName: app-secret  # 关联的Secret名称
验证：
kubectl apply -f pod-secret.yaml# 进入容器，查看解密后的敏感信息
kubectl exec -it pod-secret -- sh
cat /etc/secret/db-password  # 输出：mypass123（自动解码Base64）

4 pv/pvc

在 Kubernetes 中，PV（PersistentVolume，持久卷） 和 PVC（PersistentVolumeClaim，持久卷声明） 是解决 “持久化存储” 问题的核心机制，核心目标是解耦存储资源的 “供应” 和 “使用”—— 让运维人员负责提供存储（PV），开发人员只需声明存储需求（PVC），无需关心底层存储细节。

4.1 一句话理清关系

  • PV：相当于 “提前准备好的仓库”（由运维创建），是集群中的存储资源实体（比如一块云硬盘、一个 NFS 目录），属于 “集群级资源”（不绑定命名空间）。
  • PVC：相当于 “仓库使用申请单”（由开发创建），是 Pod 对存储的需求声明（比如 “要 10GB 空间、可读写”），属于 “命名空间级资源”（和 Pod 在同一命名空间）。
  • 绑定：PVC 会自动匹配满足条件的 PV（容量、访问模式等一致），绑定后一对一专属使用，其他 PVC 无法占用。

4.2 PV：运维视角的 “存储资源包”

PV 是对底层存储（如本地磁盘、NFS、云硬盘）的 “封装”，每个 PV 都对应一块实际存储。创建时必须明确其核心属性，这些属性直接决定能否被 PVC 匹配。

4.2.1 PV 核心属性（绑定的关键）
属性作用重点值 / 示例
capacity存储容量（最基础的匹配条件）storage: 10Gi（支持 Gi、Ti）
accessModes访问模式（决定 PV 能被如何挂载，核心匹配条件）3 种模式（下文详解）
persistentVolumeReclaimPolicy回收策略（PV 释放后如何处理数据，防数据泄露）Retain（保留数据）、Delete（删除）
storageClassName存储类（关联 StorageClass，用于动态供应；空则为 “裸 PV”）fast（自定义存储类）或空
claimRef已绑定的 PVC（自动生成，无需手动设置）-
关键：accessModes（访问模式）

决定 PV 的 “共享能力”，PVC 的访问模式必须是 PV 的子集（比如 PV 支持RWO，PVC 只能请求RWO）。

模式含义（核心！）适用场景支持存储类型举例
ReadWriteOnce (RWO)只允许1 个节点以 “读写” 挂载（同一节点的多个 Pod 可共享）单实例应用（MySQL、Redis 主节点）云硬盘（EBS）、本地磁盘
ReadOnlyMany (ROX)允许多个节点以 “只读” 挂载多节点共享静态资源（如图片）NFS、GlusterFS
ReadWriteMany (RWX)允许多个节点以 “读写” 挂载（最灵活，但支持的存储少）分布式应用（Hadoop、多 Pod 写日志）NFS、CephFS

注意：RWO的 “One” 指 “一个节点”，不是 “一个 Pod”—— 同一节点的多个 Pod 可以共享挂载。

4.2.2 静态供应 PV 示例（手动创建）

用hostPath（仅测试用，生产不推荐）创建 PV：

# pv-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:name: pv-demo
spec:capacity:storage: 10Gi  # 容量10GBaccessModes:- ReadWriteOnce  # 单节点读写persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  # 释放后保留数据storageClassName: ""  # 不关联存储类（裸PV）hostPath:  # 实际存储是节点的/opt/pv-data目录path: /opt/pv-datatype: DirectoryOrCreate  # 目录不存在则自动创建

操作：

kubectl apply -f pv-demo.yaml
kubectl get pv pv-demo  # 状态为Available（等待PVC绑定）

4.3 PVC：开发视角的 “存储需求单”

PVC 是对存储的 “需求声明”，开发只需定义 “要什么”（容量、访问模式等），K8s 会自动匹配合适的 PV。

4.3.1 PVC 核心属性（匹配 PV 的条件）
属性作用示例
resources.requests请求的容量（必须≤PV 的 capacity）storage: 10Gi
accessModes请求的访问模式（必须是 PV 访问模式的子集）- ReadWriteOnce
storageClassName请求的存储类（必须和 PV 的一致；空则匹配 “裸 PV”）fast（匹配对应存储类的 PV）
4.3.2 PVC 绑定 PV 示例

创建 PVC 匹配上面的pv-demo：

# pvc-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvc-demonamespace: default  # 必须和Pod同命名空间
spec:accessModes:- ReadWriteOnce  # 和PV的访问模式一致resources:requests:storage: 10Gi  # 和PV的容量一致storageClassName: ""  # 和PV的存储类一致（空）

操作：

kubectl apply -f pvc-demo.yaml
kubectl get pvc pvc-demo  # 状态变为Bound（绑定成功）
kubectl get pv pv-demo    # PV状态也变为Bound，CLAIM列显示绑定的PVC
4.3.3 Pod 如何使用 PVC？

Pod 通过volumes引用 PVC，将 PV 挂载到容器内：

# pod-using-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-using-pvcnamespace: default
spec:containers:- name: nginximage: nginx:alpinevolumeMounts:- name: data-vol  # 卷名（和下面volumes.name对应）mountPath: /usr/share/nginx/html  # PV挂载到容器内的目录volumes:- name: data-volpersistentVolumeClaim:claimName: pvc-demo  # 引用的PVC名称

验证：在 Pod 内创建文件，会同步到 PV 对应的节点目录（/opt/pv-data）。

4.4 动态供应：用 StorageClass 自动创建 PV

静态供应（手动创建 PV）适合少量存储，生产环境更推荐动态供应—— 通过 StorageClass 自动创建 PV，无需运维手动干预。

4.4.1 StorageClass 的作用
  • 作为 “PV 模板”：定义存储类型（如 NFS、云盘）、访问模式、回收策略等。
  • 动态创建 PV：当 PVC 请求某个 StorageClass 时，K8s 自动调用存储插件（如 NFS-Provisioner）创建 PV 并绑定。
4.4.2 动态供应示例（NFS 为例）

假设已部署 NFS 服务器（192.168.1.100:/nfs/data）和 NFS 插件（nfs-subdir-external-provisioner）。

创建 StorageClass：

# storageclass-nfs.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:name: nfs-sc
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner  # NFS插件的provisioner
parameters:archiveOnDelete: "true"  # 删除PV时归档数据
reclaimPolicy: Delete  # 动态PV的回收策略
allowVolumeExpansion: true  # 允许PVC扩容

创建 PVC 引用 StorageClass：

# pvc-nfs.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:name: pvc-nfs
spec:accessModes:- ReadWriteMany  # NFS支持RWXresources:requests:storage: 5GistorageClassName: nfs-sc  # 引用上面的StorageClass

操作：

kubectl apply -f storageclass-nfs.yaml
kubectl apply -f pvc-nfs.yaml
kubectl get pvc pvc-nfs  # 会快速Bound（自动创建PV）
kubectl get pv  # 能看到一个自动生成的PV（名称类似pvc-xxx）

4.5 PV/PVC 生命周期（从创建到释放）

  1. 供应：静态（手动创 PV）或动态（StorageClass 自动创 PV），状态为Available。
  2. 绑定：PVC 匹配到 PV 后，二者状态变为Bound（一对一绑定）。
  3. 使用：Pod 引用 PVC 挂载 PV，数据写入底层存储。
  4. 释放：删除 PVC 后，PV 状态变为Released，数据处理由reclaimPolicy决定：
    • Retain：保留数据，PV 需手动清理后才能复用。
    • Delete：自动删除 PV 和底层存储（慎用，数据会丢失）。

4.6 常见问题与排错

  1. PVC 一直 Pending：
    • 原因：无匹配的 PV（容量不足、访问模式不兼容、存储类不匹配）。
    • 排查：kubectl describe pvc 你的PVC名，看 Events（如 “no PV matches access modes [RWX]”）。
  2. PV 绑定后无法使用：
    • 原因：底层存储不可用（如 NFS 服务器宕机、云盘未挂载）。
    • 排查：检查存储后端状态，或查看 Pod 事件（kubectl describe pod 你的Pod名）。
  3. PVC 扩容失败：
    • 前提：StorageClass 开启allowVolumeExpansion: true，且底层存储支持扩容。
    • 操作：编辑 PVC 的resources.requests.storage（如从 10Gi 改为 20Gi）。

总结

  • 核心分工：运维管 PV/StorageClass（供应存储），开发管 PVC/Pod（使用存储）。
  • 绑定关键：容量、访问模式、存储类必须匹配。

5 Volume vs 容器文件系统 vs PV/PVC（关键区别）

对比项容器文件系统Volume（如 emptyDir、hostPath）PV/PVC（通过 persistentVolumeClaim 类型）
生命周期与容器一致（容器重启丢失）与 Pod 一致（Pod 删除后清理）独立于 Pod（PV 由集群管理，数据长期保留）
数据持久化能力无有限（hostPath 仅节点内持久化）强（依赖外部存储，如 NFS、云盘）
跨节点共享不支持hostPath 不支持，nfs 支持支持（取决于 PV 的存储类型）
适用场景临时缓存（无需持久化）同一 Pod 内共享、节点级临时持久化生产环境持久化存储（数据库、业务数据）

6 常见问题与注意事项

  1. Volume 挂载后权限问题：容器内挂载目录的权限可能与预期不符（如 root 权限），可通过volumeMounts.readOnly: true设为只读，或在 Pod 的securityContext中调整用户 ID（runAsUser）。
  2. emptyDir 占满磁盘：emptyDir 默认使用节点磁盘，若写入大量数据可能占满磁盘，建议重要数据用 PV 或 NFS，临时数据可设medium: Memory（但受限于内存大小）。
  3. ConfigMap/Secret 更新延迟：更新后通常 10 秒内同步到容器，但如果是 “子路径挂载”（subPath），则不会自动同步（需重启 Pod）。

7 总结

  • 临时共享数据（同一 Pod 内）→ emptyDir
  • 节点级测试持久化 → hostPath
  • 跨节点共享数据 → nfs
  • 非敏感配置文件 → configMap
  • 敏感信息 → secret
  • 生产环境持久化存储 → persistentVolumeClaim（关联 PV）
http://www.dtcms.com/a/438071.html

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