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第6章 存储

　
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本章目标：理解 K8s 存储三件套 PV / PVC / StorageClass，会挂本地存储、NFS，理解读写模式，知道数据备份的基本思路。

6.1 为什么需要存储

Pod 是"一次性的"：重启、迁移、重建都会发生。容器文件系统里写的东西，Pod 一没就全没了。

但现实里很多应用有数据要保存：

  • 数据库文件（MySQL、PostgreSQL）
  • 上传的用户文件、图片
  • 应用生成的报表、日志归档

K8s 的解决方案：存储与 Pod 解耦——数据放在"卷（Volume）"上，卷的生命周期独立于 Pod。

Pod ──(挂载)──> Volume ──> 后端存储（本地盘 / NFS / 云盘 / S3...）
                     ▲
        PVC（申请单）──┘    PV（实际资源）    StorageClass（自动造 PV 的模板）

6.2 三件套：PV、PVC、StorageClass

用"租房"类比秒懂：

概念 类比 说明
PV（PersistentVolume，持久卷） 一套具体的房子 集群级存储资源，由管理员或 StorageClass 动态创建
PVC（PersistentVolumeClaim，声明） 租房申请单 用户（应用）声明"我要 10G 读写存储"，K8s 给它绑定一个 PV
StorageClass 房源中介规则 定义"什么样的 PV 可以被自动创建"（存储后端、默认大小等）

绑定规则：PVC 申请 10G，就绑定一个容量 ≥10G、读写模式兼容的 PV。PVC 被 Pod 引用后，即使 Pod 删除重建，数据还在（删除 PVC 才释放数据，且要看 reclaimPolicy）。

6.2.1 读写模式（AccessModes）

模式 缩写 含义
ReadWriteOnce RWO 只能被一个节点上的 Pod 读写（最常用；多副本 Pod 必须在同一节点）
ReadOnlyMany ROX 多个节点可读
ReadWriteMany RWX 多个节点可读写（需要 NFS 等支持）
ReadWriteOncePod RWOP 只允许一个 Pod（1.22+）

6.2.2 回收策略（reclaimPolicy）

  • Retain：PVC 删除后 PV 数据保留，需人工清理（数据重要选这个）。
  • Delete：PVC 删除后 PV 及其数据一起删。
  • Recycle：已废弃，别用。

6.3 动手实验 1：用 StorageClass 动态创建存储（推荐方式）

minikube 自带 standard StorageClass（底层是本地路径 local-path 插件）。

6.3.1 先看现有的 StorageClass

kubectl get storageclass
# 输出示例：
# NAME       PROVISIONER            RECLAIMPOLICY   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
# standard   rancher.io/local-path  Delete          true                   1d

6.3.2 创建 PVC + 使用它的 Pod

# pvc-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: app-data
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi          # StorageClass 会自动创建 PV 并绑定
  # storageClassName: standard   # 不写则用默认 SC
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: data-demo
spec:
  containers:
    - name: writer
      image: busybox:1.36
      command: ["sh", "-c", "while true; do echo \"$(date) hello\" >> /data/test.log; sleep 2; done"]
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /data
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: app-data
kubectl apply -f pvc-demo.yaml
kubectl get pvc                 # STATUS 应为 Bound
kubectl get pod data-demo -o wide

# 看数据真的写进去了
kubectl exec data-demo -- cat /data/test.log

# 关键实验：删掉 Pod，数据还在吗？
kubectl delete pod data-demo
# 重建（apply 整个文件即可）
kubectl apply -f pvc-demo.yaml
kubectl exec data-demo -- cat /data/test.log
# 之前的内容还在！这就是持久化

6.3.3 扩容 PVC

kubectl patch pvc app-data -p '{"spec":{"resources":{"requests":{"storage":"2Gi"}}}}'
kubectl get pvc
# 很多存储支持在线扩容；local-path 支持

6.4 动手实验 2：手动创建 PV + PVC（理解绑定过程）

# manual-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-manual
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  local:
    path: /tmp/pv-data        # 节点上的本地目录
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
            - key: kubernetes.io/hostname
              operator: In
              values:
                - minikube     # 本地 PV 只能被指定节点使用
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-manual
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
  volumeName: pv-manual       # 指定绑定这个 PV
# 先在 minikube 节点上准备目录
minikube ssh -- mkdir -p /tmp/pv-data

kubectl apply -f manual-pv.yaml
kubectl get pv pvc
# PV 状态：Bound；PVC 状态：Bound

kubectl delete -f manual-pv.yaml
# PV 变 Released（Retain 策略，数据还在），PVC 删除
kubectl get pv

6.5 动手实验 3：NFS 存储（多节点共享，RWX）

生产中小规模集群常用 NFS。这里演示 YAML 结构（需要一台 NFS 服务器，可用 minikube 自身模拟）：

# nfs-pv.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany           # NFS 支持多节点读写
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  nfs:
    server: 192.168.1.100     # 你的 NFS 服务器 IP
    path: /exports/k8s
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-nfs
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

云环境则用各家的"云盘 StorageClass"（阿里云盘、EBS、PD 等），原理与 local 一样：SC 动态创建云盘 PV。注意云盘一般是 RWO，多副本写要用 NFS 类 RWX 存储或数据库自身的副本方案。

6.6 在 Deployment / StatefulSet 中使用 PVC

6.6.1 Deployment 挂载

# 与 6.3 的 Pod 一样，把 spec 放进 Deployment 的 template 即可
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: app-with-data
spec:
  replicas: 1          # RWO 存储多副本要注意：Pod 必须在同一节点
  selector:
    matchLabels:
      app: app-with-data
  template:
    metadata:
      labels:
        app: app-with-data
    spec:
      containers:
        - name: app
          image: busybox:1.36
          command: ["sh", "-c", "sleep 3600"]
          volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /data
      volumes:
        - name: data
          persistentVolumeClaim:
            claimName: app-data

6.6.2 StatefulSet 自动创建 PVC

第 4 章讲过 volumeClaimTemplates：StatefulSet 会为每个副本自动创建独立 PVC（data-xxx-0/1/2），这是数据库集群的标准做法。

6.6.3 emptyDir（临时存储）

Pod 内多容器共享、Pod 删除即清空——第 3 章边车示例用过：

  volumes:
    - name: cache
      emptyDir: {}

6.7 备份与恢复的基本思路

K8s 存储负责"挂载"，不负责"备份"。生产备份思路：

# 1) 数据库类：用应用自身工具做逻辑备份，结果写到 RWX 存储或对象存储
kubectl exec -it mysql-0 -- sh -c "mysqldump -uroot -pPASS mydb > /backup/dump.sql"

# 2) 通用方案：起一个一次性 Pod 挂载同一个 PVC 查看/拷贝
kubectl run backup-tmp --rm -it \
  --image=busybox:1.36 \
  -- sh -c "ls /data"

更完整的方案是 Velero（集群级备份工具，含 PV 快照），本书不展开，生产搜索"Velero 教程"即可。

6.8 排障速查

症状 原因/处理
PVC 一直 Pending 没有满足条件的 PV；kubectl describe pvc xxx 看 Events（容量/访问模式/SC 不对）
Pod Pending 且事件有 volume ... failed to bind 同上看 PVC
Pod 里挂载点是空的 检查 mountPath、PV 的 nodeAffinity 是否匹配所在节点
删了 PVC 数据消失 reclaimPolicy: Delete 或 SC 默认 Delete；重要数据用 Retain
多副本起不来 + RWO 存储 RWO 只允许单节点挂载，检查 Pod 分布或改用 RWX

6.9 本章小结

  • 三件套心智模型：PVC 是申请单，PV 是房源，StorageClass 是中介规则。
  • 优先用 StorageClass 动态供给，少手写 PV。
  • RWO 最常用；多节点读写要 RWX（NFS/云 NAS）。
  • 数据在 Pod 之外：删 Pod 数据在，删 PVC 按策略走。
  • 备份是应用/工具的事（mysqldump、Velero），K8s 只负责挂载。

下一章：配置与密钥——让代码和配置分离。

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