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K8s 静态持久化存储详解

news 2025/10/28 0:33:00

在 Kubernetes（简称 K8s）集群中，容器本身的存储具有临时性，一旦容器删除或重启，内部数据会随之丢失。为实现数据持久化，K8s 提供了 Volume（存储卷） 机制，通过将容器内目录与底层存储资源挂载关联，确保数据长期保留。本文将详细介绍 K8s 静态存储中常用的 Volume 类型、使用流程及操作实践。

一、K8s 静态存储核心概念

1.1 静态存储定义

静态存储是指由集群管理员预先创建或配置底层存储资源（如本地目录、NFS 共享目录等），再通过 K8s 资源定义将其挂载到 Pod 中的存储方式。区别于动态存储（由 StorageClass 自动创建存储资源），静态存储的资源分配和管理需人工干预，适用于存储需求固定、资源可提前规划的场景。

1.2 常用 Volume 类型对比

不同 Volume 类型对应不同的底层存储机制，适用于不同业务场景，核心差异如下表所示：

类型核心作用数据生命周期适用场景
emptyDir提供 Pod 内临时目录随 Pod 销毁而删除容器间临时数据共享、缓存数据
hostPath将宿主机目录挂载到容器内独立于 Pod，宿主机目录长期保留需持久化单节点数据（如日志存储）
NFS挂载远程 NFS 服务器共享目录独立于 Pod 和节点，长期保留多节点 Pod 共享数据（如静态资源）
PersistentVolumeClaim (PVC)基于 PersistentVolume (PV) 申请存储资源与 PV 生命周期绑定，长期保留生产环境中标准化存储申请流程

1.3 Volume 通用使用流程

无论使用哪种 Volume 类型，在 Pod 中挂载存储的核心流程一致，分为两步：

  • 定义 Volume：在 Pod 的 spec.volumes 字段中声明存储卷，指定 Volume 类型及关联的底层资源（如 hostPath 路径、NFS 服务器地址等）。
  • 容器挂载 Volume：在 Pod 的 spec.containers.volumeMounts 字段中，将已定义的 Volume 挂载到容器内的指定目录（mountPath）。

二、常用 Volume 类型实操指南

2.1 emptyDir：Pod 级临时存储

emptyDir 是最简单的 Volume 类型，本质是宿主机上为 Pod 临时创建的目录，Pod 删除后目录及数据会被自动清理，适用于临时数据存储场景（如容器间数据共享、临时缓存）。

2.1.1 创建 emptyDir 类型 Pod
  • 编写 YAML 文件（emptydir.yaml），定义 Pod 及 emptyDir 存储卷：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: pod-empty  # Pod 名称
spec:containers:- name: container-empty  # 容器名称image: nginx:1.25  # 基础镜像imagePullPolicy: IfNotPresent  # 镜像拉取策略（本地有则不拉取）volumeMounts:- mountPath: /cache  # 容器内挂载路径name: cache-volume  # 关联的 Volume 名称（需与下方一致）volumes:- name: cache-volume  # Volume 名称emptyDir: {}  # 声明为 emptyDir 类型
  • 执行命令创建 Pod：
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f emptydir.yamlpod/pod-empty created
2.1.2 验证 emptyDir 存储效果
  • 进入 Pod 内部，在挂载路径 /cache 下创建测试目录：
[root@master1 yaml]# kubectl exec -it pod-empty -- /bin/bashroot@pod-empty:/# cd /cacheroot@pod-empty:/cache# mkdir cache-test  # 创建测试目录root@pod-empty:/cache# ls -altotal 0drwxrwxrwx 3 root root 24 Sep 27 02:58 .drwxr-xr-x 1 root root 52 Sep 27 02:52 ..drwxr-xr-x 2 root root  6 Sep 27 02:58 cache-test  # 测试目录已创建
  • 查看 Pod 调度节点及 UID（用于定位宿主机上的 emptyDir 实际路径）：
# 查看 Pod 调度节点[root@master1 yaml]# kubectl get pods -o wide | grep emptypod-empty                      1/1     Running   0             2m30s   10.244.102.98   node2   <none>           <none># 查看 Pod UID[root@master1 yaml]# kubectl get pods pod-empty -o yaml | grep uiduid: cc47ce66-a887-4117-9f9f-d1ba389f88b3
  • 登录调度节点（node2），查看 emptyDir 实际存储路径：

emptyDir 在宿主机的默认路径为 /var/lib/kubelet/pods//volumes/kubernetes.io~empty-dir/<Volume 名称>，可看到之前创建的 cache-test 目录：

[root@node2 pods]# tree cc47ce66-a887-4117-9f9f-d1ba389f88b3/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volumecc47ce66-a887-4117-9f9f-d1ba389f88b3/volumes/kubernetes.io~empty-dir/cache-volume└── cache-test  # 之前在 Pod 内创建的测试目录
2.1.3 验证 Pod 删除后数据清理

删除 Pod 后，emptyDir 对应的宿主机目录会被自动删除：

# 删除 Pod[root@master1 yaml]# kubectl delete -f emptydir.yamlpod "pod-empty" deleted# 登录调度节点，确认目录已删除[root@node2 pods]# ls /var/lib/kubelet/pods/cc47ce66-a887-4117-9f9f-d1ba389f88b3ls: cannot access '/var/lib/kubelet/pods/cc47ce66-a887-4117-9f9f-d1ba389f88b3': No such file or directory

2.2 hostPath：宿主机目录挂载

hostPath 将 Pod 内目录与宿主机的指定目录挂载关联，即使 Pod 删除或重建，宿主机目录中的数据仍会保留。适用于需要在单节点内持久化数据的场景（如节点本地日志存储、单节点应用配置文件）。

2.2.1 hostPath 核心字段
字段含义说明是否必填
path宿主机上的目录或文件路径（需确保路径格式正确，如 /data1）是
type路径校验类型（可选）：- Directory：宿主机必须已存在该目录- DirectoryOrCreate：目录不存在则自动创建- FileOrCreate：文件不存在则自动创建否
2.2.2 创建 hostPath 类型 Pod
  • 编写 YAML 文件（hostpath.yaml），定义双容器 Pod 并挂载 hostPath：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-hostpath  # Pod 名称
spec:containers:# 第一个容器（Nginx）- image: nginx:1.25imagePullPolicy: IfNotPresentname: test-nginxvolumeMounts:- mountPath: /test-nginx  # 容器内挂载路径name: test-volume       # 关联的 Volume 名称# 第二个容器（Tomcat）- image: tomcat:8.5-jre8-alpineimagePullPolicy: IfNotPresentname: test-tomcatvolumeMounts:- mountPath: /test-tomcat  # 容器内挂载路径name: test-volume       # 关联同一个 Volume（实现容器间数据共享）# 定义 hostPath 类型 Volumevolumes:- name: test-volumehostPath:path: /data1  # 宿主机路径type: DirectoryOrCreate  # 目录不存在则自动创建
  • 执行命令创建 Pod 并查看调度节点：
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f hostpath.yamlpod/test-hostpath created# 查看 Pod 状态及调度节点[root@master1 yaml]# kubectl get pods test-hostpath -o wideNAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE            NOMINATED NODE   READINESS GATEStest-hostpath   2/2     Running   0          84s   10.244.102.99   node2   <none>           <none>
2.2.3 验证 hostPath 数据持久化
  • 登录调度节点（node2），确认宿主机目录已创建并添加测试目录：
[root@node2 ~]# cd /data1  # 宿主机挂载路径[root@node2 data1]# mkdir aa  # 创建测试目录[root@node2 data1]# ls -altotal 0drwxr-xr-x   3 root root  16 Sep 27 11:22 .dr-xr-xr-x. 19 root root 269 Sep 27 11:19 ..drwxr-xr-x   2 root root   6 Sep 27 11:22 aa  # 测试目录
  • 进入两个容器，验证测试目录是否同步：
# 进入 Tomcat 容器[root@master1 yaml]# kubectl exec -it test-hostpath -c test-tomcat -- /bin/sh/usr/local/tomcat # cd /test-tomcat//test-tomcat # lsaa  # 宿主机创建的测试目录已同步/test-tomcat # exit# 进入 Nginx 容器[root@master1 yaml]# kubectl exec -it test-hostpath -c test-nginx -- /bin/bashroot@test-hostpath:/# cd /test-nginx/root@test-hostpath:/test-nginx# lsaa  # 测试目录同步（实现双容器数据共享）
  • 验证 Pod 删除后数据保留：

删除 Pod 后，宿主机 /data1 目录及 aa 测试目录仍会保留：

# 删除 Pod[root@master1 yaml]# kubectl delete -f hostpath.yamlpod "test-hostpath" deleted# 登录宿主机查看目录[root@node2 data1]# ls -altotal 0drwxr-xr-x   3 root root  16 Sep 27 11:22 .dr-xr-xr-x. 19 root root 269 Sep 27 11:19 ..drwxr-xr-x   2 root root   6 Sep 27 11:22 aa  # 数据未丢失

2.3 NFS：网络共享存储

NFS（Network File System，网络文件系统）是一种分布式存储协议，K8s 可通过 NFS 类型 Volume 将远程 NFS 服务器的共享目录挂载到 Pod 中。数据存储在 NFS 服务器上，独立于 Pod 和节点，适用于多节点 Pod 共享数据的场景（如静态网站资源、数据库备份）。

2.3.1 前提条件

需提前部署 NFS 服务器，并创建共享目录（如 /data/volumes），同时配置客户端（K8s 节点）可访问 NFS 服务器（通过 exports 文件授权）。

2.3.2 创建 NFS 类型 Pod
  • 编写 YAML 文件（nfs.yaml），定义 Nginx Pod 并挂载 NFS 共享目录：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-nfs-volume  # Pod 名称
spec:containers:- name: test-nfsimage: nginx:1.25imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80  # Nginx 默认端口protocol: TCPvolumeMounts:- name: nfs-volumes  # 关联的 Volume 名称mountPath: /usr/share/nginx/html  # Nginx 网页根目录（挂载后替换为 NFS 目录）# 定义 NFS 类型 Volumevolumes:- name: nfs-volumesnfs:path: /data/volumes  # NFS 服务器共享目录server: 192.168.197.181  # NFS 服务器 IP 地址
  • 执行命令创建 Pod 并查看状态：
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f nfs.yamlpod/test-nfs-volume created# 查看 Pod 状态及 IP[root@master1 yaml]# kubectl get pods -o wide | grep test-nfs-volumetest-nfs-volume                1/1     Running   0             74s   10.244.102.100   node2   <none>           <none>
2.3.3 验证 NFS 数据同步
  • 在 NFS 服务器共享目录下创建测试文件：
# 登录 NFS 服务器（192.168.197.181）[root@master1 ~]# cd /data/volumes/[root@master1 volumes]# vi index.html  # 创建 Nginx 测试页面[root@master1 volumes]# cat index.htmlHello  # 页面内容
  • 验证 Pod 内文件同步：

通过 Pod IP 访问 Nginx 服务，或直接进入容器查看文件，确认 NFS 目录内容已同步：

# 访问 Pod IP（验证 Nginx 页面）[root@master1 volumes]# curl 10.244.102.100Hello  # 与 NFS 服务器上的 index.html 内容一致# 进入 Pod 查看文件[root@master1 volumes]# kubectl exec -it test-nfs-volume -- /bin/bashroot@test-nfs-volume:/# cat /usr/share/nginx/html/index.htmlHello  # 内容同步

2.4 PV & PVC：标准化存储申请

在生产环境中，直接使用 NFS 或 hostPath 存在管理成本高、权限控制复杂的问题。K8s 引入 PV（PersistentVolume，持久卷） 和 PVC（PersistentVolumeClaim，持久卷声明） 机制，将存储资源与 Pod 解耦：

  • PV：由集群管理员创建，代表底层实际存储资源（如 NFS 目录、云盘），包含存储容量、访问模式、回收策略等属性。
  • PVC：由开发人员创建，代表 Pod 对存储的需求（如容量、访问模式），K8s 会自动匹配满足条件的 PV 并绑定，实现 “按需申请”。
http://www.dtcms.com/a/528316.html

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