Kubernetes PVC持久化存储

前言

在Kubernetes集群中，容器的存储默认是临时的，当Pod重启或删除时，容器内的数据会丢失。对于数据库、日志系统、文件存储等需要持久化数据的应用场景，我们需要使用Kubernetes提供的持久化存储机制。PersistentVolumeClaim（PVC）是Kubernetes存储架构中的核心抽象，它将存储的使用者（Pod）和存储的提供者（PersistentVolume）解耦，使得应用开发者无需关心底层存储的具体实现细节。

PVC是什么？

PersistentVolumeClaim（PVC）是用户对存储资源的请求声明。它类似于Pod对计算资源（CPU、内存）的请求，但PVC请求的是存储资源。通过PVC，用户可以声明所需的存储大小、访问模式等需求，而无需关心存储的具体实现。

Kubernetes存储架构

Kubernetes的存储系统由三个核心概念组成：

概念	说明
`PV (PersistentVolume)`	集群中的一块存储资源，由管理员手动创建或通过`StorageClass`动态创建。`PV`是集群级别的资源，独立于`Pod`的生命周期。
`PVC (PersistentVolumeClaim)`	用户对存储资源的申请。`PVC`会自动绑定到满足条件的`PV`上。
`StorageClass`	定义了存储的类别和动态供应的参数，允许用户在创建`PVC`时自动创建对应的`PV`。

PVC解决了什么问题？

在传统容器部署中，直接使用volume挂载存储存在以下问题：

痛点案例1：存储配置与应用耦合

场景：某团队开发了一个微服务应用，需要在开发、测试、生产环境分别部署。

问题：

不同环境使用不同的存储后端（开发用本地存储，测试用NFS，生产用云存储）
每个环境都需要修改Pod配置中的volume定义
应用开发者需要了解每个环境的存储细节
迁移环境时需要大量修改配置文件

解决方案：

使用PVC抽象存储需求，应用只声明需要10Gi存储和读写模式
不同环境的集群管理员配置各自的StorageClass
应用配置在各环境保持一致，存储后端由PVC自动适配

痛点案例2：存储资源的复用和管理

场景：运维团队需要管理大量的存储资源，多个应用共享存储系统。

问题：

手动为每个应用分配存储空间，管理复杂
存储空间难以复用，删除应用后存储资源闲置
缺乏统一的存储配额和权限管理
存储扩容需要修改每个使用存储的Pod配置

解决方案：

使用PV池管理存储资源，支持动态分配和回收
通过PVC的生命周期管理实现存储的自动回收或保留
使用StorageClass实现存储配额、性能等级的分类管理
支持PVC扩容，无需修改Pod配置

痛点案例3：有状态应用的部署

场景：部署MySQL数据库集群，每个实例需要独立的持久化存储。

问题：

每个数据库实例需要独立且持久的数据目录
Pod重启后必须绑定到原来的存储，避免数据丢失
数据库扩容时需要自动创建新的存储卷
删除数据库实例时需要保留数据以便恢复

解决方案：

使用StatefulSet配合volumeClaimTemplates自动为每个副本创建PVC
PVC与Pod名称绑定，保证重启后存储的一致性
StorageClass的reclaimPolicy设置为Retain保留数据
支持数据库集群的弹性伸缩

PVC基础使用

访问模式

PVC支持以下访问模式（AccessModes）：

访问模式	缩写	说明
`ReadWriteOnce`	`RWO`	卷可以被单个节点以读写方式挂载。最常见，适用于大多数块存储。
`ReadOnlyMany`	`ROX`	卷可以被多个节点以只读方式挂载。适用于共享配置文件、静态资源等场景。
`ReadWriteMany`	`RWX`	卷可以被多个节点以读写方式挂载。需要存储系统支持，如`NFS`、`CephFS`等。
`ReadWriteOncePod`	`RWOP`	卷只能被单个`Pod`以读写方式挂载（`Kubernetes 1.22+`特性）。

简单的Pod使用PVC示例

以下是创建PVC并在Pod中使用的基本示例：

1. 创建PersistentVolume

首先创建一个PV（在使用动态供应前，通常需要管理员预先创建）：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-local-storage
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: local-storage # 可选
  hostPath:
    path: /data/k8s-storage
    type: DirectoryOrCreate

2. 创建PersistentVolumeClaim

在被Pod/Deployment使用前，用户需要创建对应的PVC申请存储：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-app-data
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  storageClassName: local-storage

说明：

accessModes：必须与可用PV的访问模式匹配
resources.requests.storage：请求的存储空间大小
storageClassName：指定存储类，如果不指定则使用默认StorageClass

3. 在Pod中使用PVC

创建Pod并挂载PVC：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-storage
  namespace: default
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx:latest
    volumeMounts:
    - name: data-volume
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: data-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-app-data

4. 验证存储挂载

# 查看PVC状态
kubectl get pvc pvc-app-data

# 输出示例
# NAME           STATUS   VOLUME              CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS    AGE
# pvc-app-data   Bound    pv-local-storage    10Gi       RWO            local-storage   2m

# 进入Pod验证挂载
kubectl exec -it app-with-storage -- df -h /usr/share/nginx/html

网络存储协议与使用

Kubernetes支持多种网络存储协议，可以将远程存储挂载到Pod中。以下介绍常见的网络存储协议及其使用方式。

NFS协议

NFS（Network File System）是最常用的网络文件系统协议，支持ReadWriteMany访问模式，允许多个Pod同时读写。

NFS服务端配置

假设你已经有一个NFS服务器nfs.team.local，导出目录为/hpc。如果需要搭建NFS服务器，可以参考以下步骤：

# 在NFS服务器上安装nfs-server（Ubuntu/Debian）
apt-get update
apt-get install -y nfs-kernel-server

# 创建共享目录
mkdir -p /data/nfs-share
chmod 777 /data/nfs-share

# 配置NFS导出
cat >> /etc/exports <<EOF
/data/nfs-share *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)
EOF

# 重启NFS服务
exportfs -ra
systemctl restart nfs-kernel-server

直接使用NFS卷

最简单的方式是直接在Pod中定义NFS卷：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-pod-direct
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx:latest
    volumeMounts:
    - name: nfs-volume
      mountPath: /data/hpc
  volumes:
  - name: nfs-volume
    nfs:
      server: nfs.team.local
      path: /hpc
      readOnly: false

通过PV/PVC使用NFS

推荐的方式是通过PV和PVC使用NFS存储：

1. 创建NFS PersistentVolume：

提示

类似的mount命令为：

sudo mount -t nfs -o rw,relatime,vers=3,rsize=1048576,wsize=1048576,hard,nolock,proto=tcp nfs.team.local:/hpc /data/hpc

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs-hpc
spec:
  capacity:
    storage: 100Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs-storage
  mountOptions:
    - vers=3
    - rsize=1048576
    - wsize=1048576
    - hard
    - nolock
    - proto=tcp
  nfs:
    server: nfs.team.local
    path: /hpc

说明：

mountOptions：对应命令mount -o的参数
- vers=3：使用NFSv3协议
- rsize=1048576：读缓冲区大小为1MB
- wsize=1048576：写缓冲区大小为1MB
- hard：硬挂载，网络中断时会重试
- nolock：不使用NFS文件锁
- proto=tcp：使用TCP协议

2. 创建PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-nfs-hpc
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi
  storageClassName: nfs-storage

3. 在Deployment中使用：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app-with-nfs
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: shared-data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: shared-data
        persistentVolumeClaim:
          claimName: pvc-nfs-hpc

由于NFS支持ReadWriteMany，这个Deployment的3个副本可以同时读写同一个存储卷。

CIFS/SMB协议

CIFS（Common Internet File System）也称为SMB（Server Message Block），主要用于Windows文件共享，也可以在Linux系统中使用。

使用CIFS卷示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-cifs-share
spec:
  capacity:
    storage: 50Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: cifs-storage
  mountOptions:
    - vers=3.0
    - dir_mode=0777
    - file_mode=0777
  csi:
    driver: smb.csi.k8s.io
    volumeHandle: smb-server.example.com/share
    volumeAttributes:
      source: "//smb-server.example.com/share"
    nodeStageSecretRef:
      name: cifs-secret
      namespace: default
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: cifs-secret
  namespace: default
type: Opaque
stringData:
  username: "myuser"
  password: "mypassword"

注意：从Kubernetes 1.26开始，内置的CIFS卷插件已被废弃，推荐使用CSI驱动（如csi-driver-smb）。

iSCSI协议

iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是基于TCP/IP的块存储协议，将SCSI命令封装在IP包中传输。

iSCSI存储示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-iscsi-storage
spec:
  capacity:
    storage: 20Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: iscsi-storage
  iscsi:
    targetPortal: 192.168.1.100:3260
    iqn: iqn.2021-01.com.example:storage.target01
    lun: 0
    fsType: ext4
    readOnly: false

说明：

targetPortal：iSCSI Target的IP地址和端口
iqn：iSCSI限定名称，标识存储目标
lun：逻辑单元号
fsType：文件系统类型

注意：使用iSCSI前，需要在Kubernetes节点上安装iscsi-initiator-utils：

# CentOS/RHEL
yum install -y iscsi-initiator-utils

# Ubuntu/Debian  
apt-get install -y open-iscsi

网络存储协议对比

协议	类型	访问模式	性能	适用场景
`NFS`	文件系统	`RWX`	中等	共享文件存储、日志收集、静态资源
`CIFS/SMB`	文件系统	`RWX`	中等	`Windows`环境、办公文件共享
`iSCSI`	块存储	`RWO`	高	数据库、高性能应用
`Ceph RBD`	块存储	`RWO`	高	云原生存储、大规模集群
`CephFS`	文件系统	`RWX`	中高	分布式文件存储

StorageClass动态存储供应

StorageClass提供了一种描述存储类别的方式，允许管理员定义不同类型的存储服务。使用StorageClass可以实现存储的动态供应，当用户创建PVC时自动创建对应的PV。

StorageClass工作原理

NFS动态存储供应

NFS本身不支持动态供应，需要使用外部供应器（如nfs-subdir-external-provisioner）。

1. 部署NFS Provisioner

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nfs-client-provisioner-runner
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumes"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "create", "delete"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["persistentvolumeclaims"]
    verbs: ["get", "list", "watch", "update"]
  - apiGroups: ["storage.k8s.io"]
    resources: ["storageclasses"]
    verbs: ["get", "list", "watch"]
  - apiGroups: [""]
    resources: ["events"]
    verbs: ["create", "update", "patch"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: run-nfs-client-provisioner
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: nfs-client-provisioner
    namespace: kube-system
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: nfs-client-provisioner-runner
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nfs-client-provisioner
  namespace: kube-system
spec:
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  selector:
    matchLabels:
      app: nfs-client-provisioner
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nfs-client-provisioner
    spec:
      serviceAccountName: nfs-client-provisioner
      containers:
      - name: nfs-client-provisioner
        image: registry.k8s.io/sig-storage/nfs-subdir-external-provisioner:v4.0.2
        volumeMounts:
        - name: nfs-client-root
          mountPath: /persistentvolumes
        env:
        - name: PROVISIONER_NAME
          value: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
        - name: NFS_SERVER
          value: nfs.team.local
        - name: NFS_PATH
          value: /hpc
      volumes:
      - name: nfs-client-root
        nfs:
          server: nfs.team.local
          path: /hpc

2. 创建StorageClass

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: nfs-client
  annotations:
    storageclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"
provisioner: k8s-sigs.io/nfs-subdir-external-provisioner
parameters:
  archiveOnDelete: "true"
  pathPattern: "${.PVC.namespace}-${.PVC.name}"
mountOptions:
  - vers=3
  - rsize=1048576
  - wsize=1048576
  - hard
  - nolock
  - proto=tcp
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: Immediate

说明：

provisioner：供应器名称，必须与Deployment中的PROVISIONER_NAME一致
parameters.archiveOnDelete：删除PVC时是否归档数据
parameters.pathPattern：子目录命名模式
reclaimPolicy：回收策略，Delete或Retain
volumeBindingMode：绑定模式，Immediate（立即绑定）或WaitForFirstConsumer（等待首次使用）

3. 使用动态供应创建PVC

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-nfs-dynamic
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: nfs-client

此时无需手动创建PV，nfs-client-provisioner会自动创建。

云存储动态供应

云服务商通常提供了CSI驱动支持动态供应，以阿里云为例：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: alicloud-disk-ssd
provisioner: diskplugin.csi.alibabacloud.com
parameters:
  type: cloud_ssd
  regionId: cn-hangzhou
  zoneId: cn-hangzhou-b
  fsType: ext4
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

StorageClass参数详解

参数	说明	可选值
provisioner	存储供应器	内置或外部供应器名称
parameters	供应器特定参数	依供应器而定
reclaimPolicy	回收策略	`Delete`（删除）、`Retain`（保留）
allowVolumeExpansion	是否允许扩容	`true`、`false`
volumeBindingMode	绑定模式	`Immediate`、`WaitForFirstConsumer`
mountOptions	挂载选项	文件系统挂载参数

Deployment使用PVC

Deployment适用于无状态应用，所有副本共享同一个PVC（需要存储支持ReadWriteMany）或每个副本使用独立的PVC（ReadWriteOnce）。

场景1：共享存储（ReadWriteMany）

多个副本共享同一份数据，适合静态资源服务器、日志收集等场景：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: shared-pvc
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 20Gi
  storageClassName: nfs-client
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-server
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-server
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - name: html-data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: html-data
        persistentVolumeClaim:
          claimName: shared-pvc

场景2：独立存储（ReadWriteOnce）

每个副本需要独立存储，但使用Deployment管理。需要为每个副本创建独立的PVC：

# 需要手动创建多个PVC
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: app-pvc-0
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: local-storage
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: app-pvc-1
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: local-storage
---
# 使用不同的Deployment分别挂载
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: app-instance-0
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      instance: "0"
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        instance: "0"
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: myapp:latest
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /data
      volumes:
      - name: data
        persistentVolumeClaim:
          claimName: app-pvc-0

注意：对于需要独立存储的有状态应用，推荐使用StatefulSet而不是Deployment。

StatefulSet使用PVC

StatefulSet专为有状态应用设计，提供了volumeClaimTemplates特性，可以为每个副本自动创建独立的PVC。

StatefulSet的存储特性

稳定的存储标识：每个Pod的PVC名称固定为<volumeClaimTemplate名称>-<StatefulSet名称>-<序号>
顺序创建和删除：Pod和PVC按序号顺序创建
持久化保留：删除StatefulSet时默认不会删除PVC，数据得以保留
扩缩容支持：扩容时自动创建新的PVC，缩容时保留PVC供后续恢复使用

MySQL集群示例

以下是一个使用StatefulSet部署MySQL集群的完整示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
  namespace: default
  labels:
    app: mysql
spec:
  ports:
  - port: 3306
    name: mysql
  clusterIP: None
  selector:
    app: mysql
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
  namespace: default
spec:
  serviceName: mysql
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:8.0
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: "MySecurePassword123"
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: "myapp"
        volumeMounts:
        - name: mysql-data
          mountPath: /var/lib/mysql
          subPath: mysql
        - name: mysql-conf
          mountPath: /etc/mysql/conf.d
      volumes:
      - name: mysql-conf
        configMap:
          name: mysql-config
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: mysql-data
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 50Gi
      storageClassName: nfs-client
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: mysql-config
  namespace: default
data:
  my.cnf: |
    [mysqld]
    default-storage-engine=INNODB
    character-set-server=utf8mb4
    max_connections=1000
    innodb_buffer_pool_size=1G

部署后会创建3个Pod和3个PVC：

Pod：mysql-0、mysql-1、mysql-2
PVC：mysql-data-mysql-0、mysql-data-mysql-1、mysql-data-mysql-2

每个MySQL实例都有独立的持久化存储，即使Pod重启也能保留数据。

Redis集群示例

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: redis-config
  namespace: default
data:
  redis.conf: |
    port 6379
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /data/nodes.conf
    cluster-node-timeout 5000
    appendonly yes
    dir /data
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: redis-cluster
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 6379
    targetPort: 6379
    name: client
  - port: 16379
    targetPort: 16379
    name: gossip
  clusterIP: None
  selector:
    app: redis-cluster
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis-cluster
  namespace: default
spec:
  serviceName: redis-cluster
  replicas: 6
  selector:
    matchLabels:
      app: redis-cluster
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis-cluster
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis:7.0-alpine
        ports:
        - containerPort: 6379
          name: client
        - containerPort: 16379
          name: gossip
        command:
        - redis-server
        args:
        - /conf/redis.conf
        volumeMounts:
        - name: redis-data
          mountPath: /data
        - name: redis-conf
          mountPath: /conf
      volumes:
      - name: redis-conf
        configMap:
          name: redis-config
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: redis-data
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi
      storageClassName: nfs-client

PostgreSQL集群示例

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgres
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 5432
    name: postgres
  clusterIP: None
  selector:
    app: postgres
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgres
  namespace: default
spec:
  serviceName: postgres
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: postgres
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgres
    spec:
      containers:
      - name: postgres
        image: postgres:15-alpine
        ports:
        - containerPort: 5432
          name: postgres
        env:
        - name: POSTGRES_PASSWORD
          value: "SecurePassword456"
        - name: POSTGRES_DB
          value: "myapp"
        - name: PGDATA
          value: /var/lib/postgresql/data/pgdata
        volumeMounts:
        - name: postgres-data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
        resources:
          requests:
            cpu: 500m
            memory: 1Gi
          limits:
            cpu: 1000m
            memory: 2Gi
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: postgres-data
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 100Gi
      storageClassName: nfs-client

存储最佳实践

1. 选择合适的访问模式

RWO（ReadWriteOnce）：适用于数据库、块存储，单节点读写
ROX（ReadOnlyMany）：适用于配置文件、静态资源的分发
RWX（ReadWriteMany）：适用于共享文件系统、多节点协作

2. 合理设置回收策略

Retain（保留）：用于重要数据，删除PVC后PV和数据保留，需要手动清理
Delete（删除）：用于临时数据或可重建的数据，删除PVC时自动清理PV和底层存储

3. 使用StorageClass分类管理

为不同性能要求的应用创建不同的StorageClass：

# 高性能SSD存储
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-ssd
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: io2
  iopsPerGB: "50"
reclaimPolicy: Delete
---
# 标准HDD存储
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard-hdd
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: sc1
reclaimPolicy: Delete

4. 启用存储扩容

在StorageClass中启用卷扩容：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: expandable-storage
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
allowVolumeExpansion: true

扩容PVC：

# 编辑PVC增加storage大小
kubectl edit pvc my-pvc

# 或使用patch命令
kubectl patch pvc my-pvc -p '{"spec":{"resources":{"requests":{"storage":"100Gi"}}}}'

5. 使用volumeBindingMode优化调度

对于拓扑感知的存储（如本地存储、云盘），使用WaitForFirstConsumer模式：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

这样可以确保PV在Pod调度到节点后再绑定，避免Pod因存储位置不匹配而无法调度。

6. 监控存储使用情况

# 查看PVC使用情况
kubectl get pvc -A

# 查看PV列表
kubectl get pv

# 查看StorageClass
kubectl get storageclass

# 查看Pod的存储挂载
kubectl describe pod <pod-name>

7. 数据备份策略

对于重要数据，建议：

使用VolumeSnapshot进行定期快照
将数据同步到对象存储（如S3）
使用专业备份工具（如Velero）

常见问题排查

1. PVC一直处于Pending状态

原因：

没有匹配的PV可用
StorageClass不存在或配置错误
存储配额已满

排查方法：

# 查看PVC详情
kubectl describe pvc <pvc-name>

# 查看事件
kubectl get events --sort-by='.lastTimestamp'

# 检查StorageClass
kubectl get storageclass

2. Pod无法挂载PVC

原因：

节点缺少必要的存储客户端（如nfs-common、open-iscsi）
存储服务器网络不通
权限配置错误

排查方法：

# 查看Pod事件
kubectl describe pod <pod-name>

# 在节点上测试挂载
mount -t nfs nfs.team.local:/hpc /mnt/test

# 查看kubelet日志
journalctl -u kubelet -f

3. 存储性能问题

优化建议：

调整NFS的rsize、wsize参数
使用SSD替代HDD
启用缓存机制
考虑使用分布式存储系统

4. 删除Namespace时PVC无法删除

原因：PVC可能被保护或存在Finalizer

解决方法：

# 查看PVC的finalizers
kubectl get pvc <pvc-name> -o yaml | grep finalizers -A 5

# 移除finalizers
kubectl patch pvc <pvc-name> -p '{"metadata":{"finalizers":null}}'

总结

PersistentVolumeClaim（PVC）是Kubernetes存储架构的核心抽象，通过将存储的使用和供应解耦，极大地简化了应用的存储管理。本文详细介绍了：

PVC基础概念：PV、PVC、StorageClass三者的关系和作用
网络存储协议：NFS、CIFS、iSCSI等协议的使用方法和配置示例
动态存储供应：通过StorageClass实现存储的自动创建和管理
实际应用场景：Deployment和StatefulSet中使用PVC的完整示例
最佳实践：存储选型、配置优化、监控和故障排查

通过合理使用PVC和StorageClass，可以实现灵活、可靠、高效的持久化存储方案，满足各类有状态应用的需求。无论是数据库、缓存、文件系统还是日志存储，Kubernetes的存储系统都能提供良好的支持。

前言​

PVC是什么？​

Kubernetes存储架构​

PVC解决了什么问题？​

痛点案例1：存储配置与应用耦合​

痛点案例2：存储资源的复用和管理​

痛点案例3：有状态应用的部署​

PVC基础使用​

访问模式​

简单的Pod使用PVC示例​

1. 创建PersistentVolume​

2. 创建PersistentVolumeClaim​

3. 在Pod中使用PVC​

4. 验证存储挂载​

网络存储协议与使用​

NFS协议​

NFS服务端配置​

直接使用NFS卷​

通过PV/PVC使用NFS​

CIFS/SMB协议​

使用CIFS卷示例​

iSCSI协议​

iSCSI存储示例​

网络存储协议对比​

StorageClass动态存储供应​

StorageClass工作原理​

NFS动态存储供应​

1. 部署NFS Provisioner​

2. 创建StorageClass​

3. 使用动态供应创建PVC​

云存储动态供应​

StorageClass参数详解​

Deployment使用PVC​

场景1：共享存储（ReadWriteMany）​

场景2：独立存储（ReadWriteOnce）​

StatefulSet使用PVC​

StatefulSet的存储特性​

MySQL集群示例​

Redis集群示例​

PostgreSQL集群示例​

存储最佳实践​

1. 选择合适的访问模式​

2. 合理设置回收策略​

3. 使用StorageClass分类管理​

4. 启用存储扩容​

5. 使用volumeBindingMode优化调度​

6. 监控存储使用情况​

7. 数据备份策略​

常见问题排查​

1. PVC一直处于Pending状态​

2. Pod无法挂载PVC​

3. 存储性能问题​

4. 删除Namespace时PVC无法删除​

总结​

前言

PVC是什么？

Kubernetes存储架构

PVC解决了什么问题？

痛点案例1：存储配置与应用耦合

痛点案例2：存储资源的复用和管理

痛点案例3：有状态应用的部署

PVC基础使用

访问模式

简单的Pod使用PVC示例

1. 创建PersistentVolume

2. 创建PersistentVolumeClaim

3. 在Pod中使用PVC

4. 验证存储挂载

网络存储协议与使用

NFS协议

NFS服务端配置

直接使用NFS卷

通过PV/PVC使用NFS

CIFS/SMB协议

使用CIFS卷示例

iSCSI协议

iSCSI存储示例

网络存储协议对比

StorageClass动态存储供应

StorageClass工作原理

NFS动态存储供应

1. 部署NFS Provisioner

2. 创建StorageClass

3. 使用动态供应创建PVC

云存储动态供应

StorageClass参数详解

Deployment使用PVC

场景1：共享存储（ReadWriteMany）

场景2：独立存储（ReadWriteOnce）

StatefulSet使用PVC

StatefulSet的存储特性

MySQL集群示例

Redis集群示例

PostgreSQL集群示例

存储最佳实践

1. 选择合适的访问模式

2. 合理设置回收策略

3. 使用StorageClass分类管理

4. 启用存储扩容

5. 使用volumeBindingMode优化调度

6. 监控存储使用情况

7. 数据备份策略

常见问题排查

1. PVC一直处于Pending状态

2. Pod无法挂载PVC

3. 存储性能问题

4. 删除Namespace时PVC无法删除

总结