第 8 章：Kubernetes Volume 完整教程：EmptyDir、HostPath、PV、PVC、StorageClass 一次讲清

逐光老顽童
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上一章讲了 ConfigMap 和 Secret。本章讲存储。容器本身是无状态的，但业务需要持久化数据，Volume 就是解决这个问题的。

8.1 为什么容器需要 Volume

Docker 容器默认是可写的，但容器删除后，所有数据都会丢失。这叫容器存储层的短暂性。K8s 的 Volume 机制让 Pod 可以访问持久化存储，即使 Pod 被调度到不同节点，数据仍然可以保留。

K8s 里的 Volume 分为两大类：

  • 临时存储：和 Pod 生命周期绑定，Pod 删了就消失。如 EmptyDir。
  • 持久化存储：独立于 Pod 生命周期，Pod 删了数据还在。如 PV、PVC。

Volume 类型

8.2 EmptyDir：和 Pod 同生共死

EmptyDir 是最简单的 Volume 类型。Pod 创建时分配一个空目录，Pod 内所有容器可以共享读写。Pod 删除后，目录里的数据也删除。

典型用法：

  • 主容器写日志，sidecar 读取后上传
  • 两个容器共享临时数据
  • 缓存目录
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: share-cache
spec:
  containers:
  - name: writer
    image: busybox:1.28
    command: ["sh", "-c", "while true; do echo $(date) >> /cache/log.txt; sleep 5; done"]
    volumeMounts:
    - name: cache
      mountPath: /cache
  - name: reader
    image: busybox:1.28
    command: ["sh", "-c", "while true; do cat /cache/log.txt; sleep 5; done"]
    volumeMounts:
    - name: cache
      mountPath: /cache
  volumes:
  - name: cache
    emptyDir: {}

创建后，两个容器共享 /cache 目录。writer 写入文件，reader 读取文件。

emptyDir 也可以指定介质类型：

volumes:
- name: cache
  emptyDir:
    medium: Memory

medium: Memory 表示用内存做临时文件系统，性能高，但 Pod 删除数据丢失，适合临时缓存。

8.3 HostPath：生产环境的坑

HostPath 把节点上的文件或目录挂载到 Pod 里。用法简单，但问题很多：

volumes:
- name: log
  hostPath:
    path: /var/log/myapp
    type: DirectoryOrCreate

问题：

  1. 多节点不一致：Pod 在 k8s-node1 上写 /var/log/myapp，重启后被调度到 k8s-node2，数据就找不到了
  2. 安全风险：Pod 可以读取节点上的敏感路径，如 /etc/kubernetes
  3. 调度依赖：Pod 被绑定到特定节点，K8s 的调度优势被浪费

HostPath 只适合：

  • 单节点测试环境
  • 需要访问节点特定设备的场景（如监控 agent 读取 /proc）
  • 节点本地日志收集

生产环境的多节点集群里，HostPath 是反模式。应该用 PV/PVC。

8.4 PV、PVC、StorageClass 的关系

这是 K8s 持久化存储最核心的三个对象：

PV/PVC/StorageClass 关系

8.4.1 PV（PersistentVolume）

PV 是集群里一块真实的存储资源，由管理员预先创建，或由 StorageClass 动态分配。它代表一块磁盘、一个 NFS 目录、一个 iSCSI LUN 等。

8.4.2 PVC（PersistentVolumeClaim）

PVC 是用户申请存储的声明。用户说"我要 5Gi 的 ReadWriteOnce 存储"，K8s 会找到合适的 PV 绑定，或者通过 StorageClass 动态创建 PV。

8.4.3 StorageClass

StorageClass 定义存储的"类型"和"分配方式"。它指定了 provisioner（谁来创建存储），比如 local-path、NFS、AWS EBS 等。

用户创建 PVC → StorageClass 通知 provisioner → provisioner 创建 PV → PV 与 PVC 绑定 → Pod 挂载 PVC
对象谁创建作用
PV管理员或 provisioner真实存储
PVC用户申请存储
StorageClass管理员定义动态分配策略

8.5 动态供给与回收策略

8.5.1 动态供给

StorageClass 的核心价值是动态供给。用户提交 PVC 时，如果没有匹配的 PV，StorageClass 会自动创建一个。

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: standard
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp3
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer

volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer 表示等 Pod 调度后再创建 PV，这样可以避免 PV 和 Pod 不在同一个可用区的问题。

8.5.2 回收策略

PV 的回收策略决定 PVC 删除后，PV 怎么处理：

策略含义
RetainPVC 删除后，PV 保留，数据还在，需要管理员手动清理
DeletePVC 删除后，PV 自动删除，数据清空
Recycledeprecated，不建议用

生产环境默认 Delete 省事，但重要数据建议用 Retain，避免误删。

8.6 ReadWriteOnce vs ReadWriteMany

PVC 需要声明访问模式：

访问模式说明
ReadWriteOnce（RWO）只能被一个节点挂载为读写
ReadOnlyMany（ROX）可以被多个节点挂载为只读
ReadWriteMany（RWX）可以被多个节点同时挂载为读写
ReadWriteOncePod只能被一个 Pod 挂载为读写（K8s 1.27+）

单节点数据库用 RWO，多个副本需要共享存储的场景用 RWX。例如 NFS 支持 RWX，本地磁盘通常只支持 RWO。

8.7 local-path-provisioner 实战

我们的 3 节点集群没有云厂商存储，可以用 local-path-provisioner 来模拟动态供给。它会根据 PVC 在节点本地创建目录，并分配 PV。

安装：

$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/rancher/local-path-provisioner/v0.0.24/deploy/local-path-provisioner.yaml

查看默认 StorageClass：

$ kubectl get storageclass
NAME                   PROVISIONER             RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE
local-path (default)   rancher.io/local-path   Delete          WaitForFirstConsumer

创建 PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: web-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  storageClassName: local-path
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

把 PVC 挂载到 Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web-with-pvc
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:alpine
    volumeMounts:
    - name: data
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: web-pvc

创建后验证：

$ kubectl apply -f pvc-pod.yaml

$ kubectl get pvc
NAME      STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   STORAGECLASS
web-pvc   Bound    pvc-7d4f8c2b-...                           1Gi        local-path

$ kubectl get pv
NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY
pvc-7d4f8c2b-...                           1Gi        RWO            Delete

$ kubectl exec -it web-with-pvc -- sh -c "echo hello > /usr/share/nginx/html/index.html"

$ kubectl delete pod web-with-pvc
$ kubectl apply -f pvc-pod.yaml

$ kubectl exec -it web-with-pvc -- cat /usr/share/nginx/html/index.html
hello

数据保留了下来。

8.8 完整 YAML 示例：Deployment + PVC

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: app-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  storageClassName: local-path
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: app
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: app
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: nginx:alpine
        volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: data
        persistentVolumeClaim:
          claimName: app-pvc

注意：Deployment 副本数为 1，因为 PVC 是 RWO。如果副本数大于 1，多个 Pod 可能调度到不同节点，无法共享同一个 RWO PVC。

8.9 本章小结

  • Volume 解决容器数据持久化问题
  • EmptyDir 适合临时共享存储，生命周期和 Pod 一致
  • HostPath 在多节点生产环境是反模式，除非特殊场景
  • PV 是真实存储，PVC 是用户申请，StorageClass 控制动态分配
  • 动态供给和回收策略是生产存储的核心配置
  • 访问模式 RWO/RWO/RWX 要根据应用选择
  • local-path-provisioner 适合裸金属或本地测试环境

8.10 课后练习

  1. 创建一个 EmptyDir Pod，让两个容器共享文件，验证数据随 Pod 删除而消失。
  2. 安装 local-path-provisioner，查看默认 StorageClass 和 provisioner。
  3. 创建 PVC 并挂载到 Pod，写入数据后删除重建 Pod，验证数据持久化。
  4. 尝试把 Deployment 副本数改为 2，挂载同一个 RWO PVC，观察报错并理解原因。
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