Kubernetes存储全解析：从临时卷到持久化方案

一、卷（Volume）基础概念

在Kubernetes中，Volume（卷）是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，解决了容器文件系统短暂性和数据共享的问题。

二、临时卷（emptyDir）

概念

emptyDir是最简单的卷类型，在Pod被分配到Node时创建，初始为空目录。Pod删除时，emptyDir中的数据也会被永久删除。

典型场景

• 临时数据交换
• 容器间共享文件
• 缓存目录

YAML示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

实践建议

1. 适合临时性数据，重要数据不要依赖emptyDir
2. 可通过sizeLimit设置存储大小限制
3. 默认使用节点磁盘，也可指定为内存（tmpfs）

三、持久卷（PV）与持久卷声明（PVC）

架构关系

持久卷（PV）示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv0001
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: slow
  hostPath:
    path: /data/pv0001/

持久卷声明（PVC）示例

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi
  storageClassName: slow

实践建议

1. 生产环境避免使用hostPath，推荐网络存储（如NFS、Ceph、云存储）

2. 注意accessModes的三种模式区别：

   • ReadWriteOnce（RWO）：单节点读写
   • ReadOnlyMany（ROX）：多节点只读
   • ReadWriteMany（RWX）：多节点读写

3. 回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）：

   • Retain：手动回收
   • Recycle：自动删除数据（已废弃）
   • Delete：自动删除PV（云存储支持）

四、存储类（StorageClass）

动态供给流程

StorageClass示例

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
  fsType: ext4

实践建议

1. 不同云平台使用对应的provisioner

2. 合理设置volumeBindingMode：

   • Immediate：立即绑定
   • WaitForFirstConsumer：延迟绑定（适合拓扑敏感的存储）
3. 利用allowVolumeExpansion: true支持卷扩容

五、配置与密钥管理

ConfigMap使用示例

# 创建ConfigMap
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    color=blue
    size=large

# Pod中引用
spec:
  containers:
    - name: app
      envFrom:
        - configMapRef:
            name: app-config

Secret使用示例

# 创建Secret（base64编码）
echo -n 'admin' | base64
echo -n 'password123' | base64

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: db-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=
  password: cGFzc3dvcmQxMjM=

# Pod中引用
spec:
  containers:
    - name: db
      env:
        - name: DB_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: db-secret
              key: username

实践建议

1. Secret虽然经过base64编码，但不是加密的，需要：

   • 启用KMS加密
   • 使用RBAC限制访问
   • 考虑Vault等专业方案

2. ConfigMap更新后，需要：

   • 重启Pod（默认方式）
   • 或使用sidecar监控变更（如Reloader）
3. 大型配置文件建议使用volume方式挂载

六、存储方案选型指南

七、常见问题排查

1. PVC一直处于Pending状态

   • 检查StorageClass是否正确
   • 检查PV是否可用（kubectl get pv）
   • 检查存储后端是否正常

2. Pod挂载Volume失败

   • 检查volumeMounts路径是否冲突
   • 检查PVC是否已绑定（kubectl get pvc）
   • 检查节点存储插件是否正常

3. ConfigMap更新不生效

   • 确认使用volume方式挂载（支持热更新）
   • 检查更新时间戳（kubectl get cm -o yaml）
   • 考虑使用Reloader等工具

通过合理选择存储方案，可以满足从开发测试到生产环境的各种数据持久化需求。建议在非生产环境充分测试不同方案的性能和可靠性。