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一文读懂K8S的PV和PVC以及实践攻略_pv pvc 如何应用

网友: 技术文档 2025-07-30 11:46:42

博客主页：StevenZeng学堂

本文专栏: 一文读懂Kubernetes | 一文读懂Harbor | 云原生安全实战指南

❤️ 摘要：作为当今最火的开源云原生系统，Kubernetes 是拥有一系列创新的组件和概念，其中最重要的组件和概念之一是 Kubernetes存储卷。Volume 组件是实现了数据持久性和共享的功能核心。本篇文章将详细介绍 Kubernetes（K8S）中的存储卷（Volume）机制，包括 Persistent Volume (PV)、Persistent Volume Claim (PVC) 和后端存储的使用，为帮助大家更好地理解三者之间的关系。

目录

  • 1 概念
    • 1.1 什么是存储卷？
    • 1.2 存储卷的类型与使用场景
    • 1.3 存储类（Storage Class）
    • 1.4 PV（Persistent Volume）
    • 1.5 PVC (Persistent Volume Claim）
    • 1.6 动态卷（Dynamic Volume Provisioning）
    • 1.7 PV、PVC 与后端存储的关系
  • 2 实战：PV 和 PVC 的部署攻略
    • 2.1 实验准备
    • 2.2 部署NFS Server
    • 2.3 Master节点挂载测试
    • 2.4 创建 PV和PVC
    • 2.5 观察PV和PVC的状态
    • 2.6 Pod挂载不同PVC测试
      • 2.6.1 创建Pod并挂载ReadWriteOnce的PV
      • 2.6.2 创建Pod并挂载ReadWriteOncePod的PV
      • 2.6.3 创建Pod并挂载ReadWriteMany的PV
      • 2.6.4 创建Pod并挂载ReadOnlyMany的PV
    • 2.7 PV的回收策略测试
      • 2.7.1 手动删除并回收卷
  • 3 总结
  • 4 参考文献

1 概念

1.1 什么是存储卷？


在容器化环境中，因为容器的生命周期是临时的，所以伴随产生的数据默认也是临时的。当容器重启或崩溃后，其内部数据将丢失。因此，Kubernetes 引入了存储卷（Volume），为应用提实现数据持久化的能力。

1.2 存储卷的类型与使用场景

存储类型 描述 适用场景 emptyDir Pod 生命周期内的临时存储 适合临时数据存储，如缓存、临时文件等。 hostPath 将宿主机上的文件系统目录挂载到Pod中。 适用于需要访问宿主机文件系统的场景，但可能会带来宿主机与Pod间的紧耦合问题，影响Pod的调度灵活性。 NFS 使用网络文件系统协议进行数据共享，适合多Pod之间共享数据。 多个 Pod 共享访问同一文件，适合数据共享、日志收集等。 块存储 直接使用云服务提供的块存储，支持动态创建和挂载。 适合在云上部署的生产环境，支持持久性和自动扩展。 分布式文件系统 这些分布式文件系统适合在高可用性和大规模集群中使用，提供更好的性能和冗余支持。 企业级应用、大数据处理等场景。

1.3 存储类（Storage Class）

在这里插入图片描述

在 Kubernetes 中，存储类是一个抽象，让用户无需提前准备 PV，而是根据需要由集群自动分配存储。StorageClass 决定了如何创建、配置和管理存储卷（如云盘、本地盘、NFS 等），实现按需动态分配。

简单来说，StorageClass就是一个存储策略模板，用户通过它告诉 Kubernetes：“我需要的存储资源符合这些规则，请帮我动态生成合适的存储卷。”

1.4 PV（Persistent Volume）

PV 是集群中的一个存储资源，可以由管理员创建或使用存储类动态创建，并定义了存储容量、访问模式、后端存储等规则。

以下是PV的特性：

  • 生命周期独立于 Pod，不会因为 Pod 删除而消失。
  • PV 是集群级的资源，管理员负责创建。
  • 支持多种存储类型，如本地磁盘、NFS、Cephfs等。
  • 支持不同的访问模式，如 ReadWriteOnce（一次只能一个 Pod 写入）和 ReadWriteMany（多个 Pod 可同时写入）。

1.5 PVC (Persistent Volume Claim）

PVC 是用户对持久存储的请求声明，它规定了存储容量和访问权限等需求，并以一种抽象方法通知Kubernetes 集群，再由Kubernetes 自动匹配合适的 PV，并进行绑定。这样对用户屏蔽了后端存储，实现存储统一管理。

以下是PVC的特性：

  • PVC 解耦了应用与存储资源，使开发人员不需要直接处理具体的存储细节。
  • 如果没有符合条件的 PV，PVC 会处于“待绑定”状态，直到管理员创建满足条件的 PV。
  • PVC类似于 Pod， Pod 消耗节点资源（CPU和内存），PVC 消耗 PV 资源，通常与PV是1对1的关系。

1.6 动态卷（Dynamic Volume Provisioning）

PV由管理员提前创建提供给用户使用，称为静态卷。

当用户在提交 PVC 时，K8S 根据 StorageClass 自动创建 PV，而不需要管理员提前准备好存储卷，称为动态卷。

当然，如果要实现动态卷， 必须设置存储类，否则Kubernetes无法创建PV，如果PVC设置storageClassName字段为“”，也不会自动创建动态卷。

1.7 PV、PVC 与后端存储的关系

以“租房场景”来说明StorageClass、PV、PVC 与后端存储之间的关系。

  • 后端存储： 物业公司（如 NFS、AWS EBS 等）是所有房源的真正提供者。它们负责实际存储资源的供应，例如：云存储、NFS、本地磁盘。
  • StorageClass： 类似租房平台上的房型模板。它定义了不同租房规则，比如：标准单间（普通低成本存储）、豪华公寓（高性能大容量存储）、短租房（临时存储）。用户在提交租房申请（PVC）时，可以指定采用哪种房型模板（StorageClass）。根据这个模板，平台会自动生成实际的房源（PV）。
  • PV： 类似已经发布到平台上的“具体房子”。每个 PV 是由后端存储提供的资源，例如：某间20平方的单人房（块存储），或某间共享公寓（文件存储）。
  • PVC ：租客提交的租房申请。它描述了租客希望租到的房屋类型和条件，例如：面积（容量）、入住规则（只允许一人入住，或带宠物共住）、房型要求（公寓、小区、城中村）。Kubernetes 会根据 PVC 提交的条件，自动匹配合适的 PV。如果没有符合条件的 PV，系统会根据 StorageClass 动态生成一个 PV，并绑定给 PVC。
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2 实战：PV 和 PVC 的部署攻略

❔ 说明：以NFS作为后端存储，验证PV和PVC相关策略。

2.1 实验准备

  • nfs server系统： Ubuntu22.04
  • Kubernetes环境: v1.29.7

2.2 部署NFS Server

安装nfs-server

apt install -y nfs-kernel-server nfs-common

配置nfs, 把数据目录挂着到ssd磁盘

sudo mkdir -p /ssd/datasudo chown nobody:nogroup /ssd/datasudo chmod 777 /ssd/data

编辑/etc/exports文件

/ssd/data *(rw,sync)

❔ 参数说明：

  • /ssd/data：指定服务器上的共享目录路径。
  • *：表示允许所有的客户端访问该共享。如果是业务环境要求访问限制，可以替换为特定的IP地址或子网，例如 Kubernetes集群的网段。
  • rw ：read-write，表示客户端具有读写该共享目录的权限。如果设置为 ro<
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