k8s 存储
·
一、K8s 存储核心组件分类
按用途和特性，K8s 存储相关组件可分为以下几类：
| 组件类型 | 作用说明 | 适用场景 |
|---|---|---|
| ConfigMap | 存储非敏感配置数据（如配置文件、环境变量），以键值对形式存在 | 应用配置文件（如 Nginx 配置、数据库连接地址） |
| Secret | 存储敏感数据（如密码、Token、证书），数据会被 Base64 编码（非加密） | 数据库密码、API 密钥、SSL 证书 |
| Downward API | 将 Pod 自身的元数据（如名称、IP、标签）注入到容器内部 | 容器需要知道自身在 K8s 中的信息（如 Pod 名称） |
| Volume | 为 Pod 提供临时或持久化存储空间，生命周期与 Pod 一致 | Pod 内多容器共享数据、临时文件存储 |
| PV/PVC | PV（PersistentVolume）是集群级别的持久化存储，PVC（PersistentVolumeClaim）是 Pod 对 PV 的 “申请” | 长期持久化数据（如数据库数据、用户上传文件） |
二、详细讲解与实操练习
以下按组件类型逐一讲解，每个组件都包含：作用详解 → YAML 配置（带注释）→ 创建 → 验证 → 清理 步骤，确保环境干净。
1. ConfigMap（配置映射）
核心作用：存储非敏感的配置信息，让配置与容器镜像解耦（无需修改镜像就能更新配置）。数据形式：键值对（key: value）或配置文件内容。
（1）创建 ConfigMap（两种方式）
方式 1：通过 YAML 定义键值对（适合简单配置）
configmap-demo.yaml：
apiVersion: v1 # ConfigMap 属于核心组，API 版本 v1
kind: ConfigMap # 资源类型：ConfigMap
metadata:
name: app-config # ConfigMap 名称（需唯一）
data: # 配置数据（键值对形式）
app.env: "production" # 键：app.env，值：production（环境标识）
log.level: "info" # 键：log.level，值：info（日志级别）
nginx.conf: | # 键：nginx.conf，值：多行文本（Nginx 配置文件内容）
server {
listen 80;
server_name localhost;
location / {
root /usr/share/nginx/html;
index index.html;
}
}
配置说明：
data字段是核心，支持单值（如app.env）和多行文本（如nginx.conf，用|标识）。- 多行文本适合存储完整的配置文件（如 Nginx、Redis 配置）。
方式 2：通过文件创建（适合已有配置文件）
如果有现成的配置文件（如 app.properties），可直接创建：
# 先创建一个配置文件
echo "max_connections=100" > app.properties
# 通过文件创建 ConfigMap（--from-file=文件名）
kubectl create configmap app-config-file --from-file=app.properties
（后续练习以方式 1 为例，方式 2 可自行测试）
（2）创建 ConfigMap
kubectl apply -f configmap-demo.yaml
（3）查看 ConfigMap 信息
kubectl get configmap app-config # 查看基本信息
kubectl describe configmap app-config # 查看详细数据
# 预期输出中会显示 data 下的所有键值对
（4）在 Pod 中使用 ConfigMap（3 种方式）
ConfigMap 中的数据可通过 环境变量、命令行参数、文件挂载 三种方式注入到 Pod 中。
方式 A：作为环境变量注入
pod-using-configmap-env.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-env-config
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.25
env: # 环境变量配置
- name: ENV # 容器内的环境变量名
valueFrom:
configMapKeyRef:
name: app-config # 引用的 ConfigMap 名称
key: app.env # 引用 ConfigMap 中的键
- name: LOG_LEVEL # 另一个环境变量
valueFrom:
configMapKeyRef:
name: app-config
key: log.level
创建并验证：
kubectl apply -f pod-using-configmap-env.yaml
# 进入 Pod 查看环境变量
kubectl exec -it pod-env-config -- env | grep -E "ENV|LOG_LEVEL"
# 预期输出：
# ENV=production
# LOG_LEVEL=info
方式 B：作为命令行参数注入（基于环境变量）
pod-using-configmap-cmd.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-cmd-config
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
env: # 先定义环境变量
- name: ENV
valueFrom:
configMapKeyRef:
name: app-config
key: app.env
command: ["/bin/sh", "-c", "echo '当前环境：$ENV'"] # 命令行中引用环境变量
创建并验证：
kubectl apply -f pod-using-configmap-cmd.yaml
# 查看 Pod 日志（命令输出）
kubectl logs pod-cmd-config
# 预期输出：当前环境：production
方式 C：作为文件挂载到容器
pod-using-configmap-file.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-file-config
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.25
volumeMounts: # 挂载存储卷到容器内的目录
- name: config-volume # 存储卷名称（与下面 volumes.name 对应）
mountPath: /etc/config # 容器内的挂载路径（会自动创建）
volumes: # 定义存储卷，关联 ConfigMap
- name: config-volume
configMap:
name: app-config # 关联的 ConfigMap 名称
配置说明：
- ConfigMap 中的每个键会被挂载为
/etc/config目录下的一个文件，文件内容为对应的值。 - 例如：
app.env键会生成/etc/config/app.env文件，内容为production。
创建并验证：
kubectl apply -f pod-using-configmap-file.yaml
# 进入 Pod 查看挂载的文件
kubectl exec -it pod-file-config -- ls /etc/config # 列出文件
kubectl exec -it pod-file-config -- cat /etc/config/nginx.conf # 查看 nginx 配置
# 预期输出：ConfigMap 中定义的 nginx.conf 内容
（5）清理资源
# 删除 Pod
kubectl delete pod pod-env-config pod-cmd-config pod-file-config
# 删除 ConfigMap
kubectl delete configmap app-config
# 验证：kubectl get configmap,po 确认无相关资源
2. Secret（密钥）
核心作用：存储敏感数据（如密码、Token），与 ConfigMap 类似，但数据会被 Base64 编码（注意：Base64 是编码而非加密，生产环境需配合加密插件使用）。数据形式：键值对，值需为 Base64 编码（或通过 YAML 自动编码）。
（1）创建 Secret（两种方式）
方式 1：通过 YAML 定义（自动编码）
secret-demo.yaml：
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: app-secret # Secret 名称
type: Opaque # 类型：默认 Opaque（通用密钥），其他类型如 kubernetes.io/tls（证书）
data: # 敏感数据（值会被自动 Base64 编码）
db.password: "cGFzc3dvcmQxMjM=" # 原始值：password123（已手动 Base64 编码）
api.token: "dG9rZW4xMjM=" # 原始值：token123（已手动 Base64 编码）
stringData: # 可选：直接写原始值（K8s 会自动转为 Base64 编码，推荐用这个）
db.username: "admin" # 原始值：admin（无需手动编码）
配置说明：
data：值必须是 Base64 编码后的字符串（可通过echo -n "password123" | base64生成）。stringData：直接写原始值，K8s 会自动编码，更方便（推荐使用）。type: Opaque：表示通用密钥，其他类型如kubernetes.io/tls用于存储 TLS 证书。
方式 2：通过命令行创建（自动编码）
kubectl create secret generic app-secret-cli \
--from-literal=db.password=password123 \
--from-literal=db.username=admin
# --from-literal：直接指定键值对（自动编码）
（后续练习以方式 1 为例）
（2）创建 Secret
kubectl apply -f secret-demo.yaml
（3）查看 Secret 信息
kubectl get secret app-secret # 查看基本信息
kubectl describe secret app-secret # 查看键（值会隐藏，显示为 <non-sensitive>）
# 查看原始数据（解码 Base64）：
kubectl get secret app-secret -o jsonpath='{.data.db\.username}' | base64 -d
# 预期输出：admin（解码后的值）
（4）在 Pod 中使用 Secret（与 ConfigMap 类似）
Secret 也可通过 环境变量 或 文件挂载 注入到 Pod 中（敏感数据推荐用文件挂载，避免环境变量泄露）。
方式 A：作为环境变量注入
pod-using-secret-env.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-env-secret
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
env:
- name: DB_USER # 环境变量名
valueFrom:
secretKeyRef:
name: app-secret # 引用的 Secret 名称
key: db.username # 引用的键
- name: DB_PASS
valueFrom:
secretKeyRef:
name: app-secret
key: db.password
command: ["/bin/sh", "-c", "echo '用户名：$DB_USER，密码：$DB_PASS'; sleep 3600"]
创建并验证：
kubectl apply -f pod-using-secret-env.yaml
kubectl logs pod-env-secret
# 预期输出：用户名：admin，密码：password123
方式 B：作为文件挂载（推荐）
pod-using-secret-file.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-file-secret
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
volumeMounts:
- name: secret-volume
mountPath: /etc/secret # 挂载路径（权限默认是 0400，更安全）
readOnly: true # 只读挂载（敏感数据不允许修改）
volumes:
- name: secret-volume
secret:
secretName: app-secret # 关联的 Secret 名称
创建并验证：
kubectl apply -f pod-using-secret-file.yaml
# 进入 Pod 查看挂载的文件
kubectl exec -it pod-file-secret -- ls /etc/secret
kubectl exec -it pod-file-secret -- cat /etc/secret/db.username
# 预期输出：admin
（5）清理资源
kubectl delete pod pod-env-secret pod-file-secret
kubectl delete secret app-secret
# 验证：确认资源已删除
3. Downward API（向下 API）
核心作用：将 Pod 自身的元数据（如名称、IP、标签、注解）注入到容器内部，让容器知道自己在 K8s 中的 “身份信息”。注入方式：环境变量 或 文件挂载。
（1）通过环境变量注入 Pod 元数据
pod-downward-api-env.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-downward-env
labels: # Pod 的标签（后续会被注入）
app: demo
env: test
annotations: # Pod 的注解（后续会被注入）
author: "k8s learner"
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
env:
# 注入 Pod 名称
- name: POD_NAME
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: metadata.name # 元数据路径：Pod 名称
# 注入 Pod IP
- name: POD_IP
valueFrom:
fieldRef:
fieldPath: status.podIP # 状态路径：Pod IP
# 注入 Pod 标签（需用 configMapKeyRef 嵌套）
- name: POD_LABELS
valueFrom:
configMapKeyRef:
name: pod-info # 临时 ConfigMap 名称（由 downwardAPI 生成）
key: labels
command: ["/bin/sh", "-c", "echo 'Pod 名称：$POD_NAME，IP：$POD_IP，标签：$POD_LABELS'; sleep 3600"]
# 定义 downwardAPI 存储卷（用于注入标签、注解等复杂元数据）
volumes:
- name: pod-info
downwardAPI:
items:
- path: "labels" # 生成的文件名
fieldRef:
fieldPath: metadata.labels # 注入 Pod 标签
配置说明：
- 简单元数据（如名称、IP）可直接通过
fieldRef注入环境变量。 - 复杂元数据（如标签、注解）需先通过
downwardAPI存储卷生成文件，再通过环境变量引用。
（2）创建并验证
kubectl apply -f pod-downward-api-env.yaml
kubectl logs pod-downward-env
# 预期输出（IP 可能不同）：
# Pod 名称：pod-downward-env，IP：10.244.1.20，标签：app=demo,env=test
（3）通过文件挂载注入 Pod 元数据
pod-downward-api-file.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-downward-file
labels:
app: demo
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
volumeMounts:
- name: pod-info-volume
mountPath: /etc/podinfo # 挂载路径，元数据会生成文件
command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 3600"]
volumes:
- name: pod-info-volume
downwardAPI:
items:
- path: "pod_name" # 文件名：pod_name
fieldRef:
fieldPath: metadata.name # 文件内容：Pod 名称
- path: "namespace" # 文件名：namespace
fieldRef:
fieldPath: metadata.namespace # 文件内容：Pod 所在命名空间
- path: "annotations" # 文件名：annotations
fieldRef:
fieldPath: metadata.annotations # 文件内容：Pod 注解
创建并验证：
kubectl apply -f pod-downward-api-file.yaml
# 进入 Pod 查看挂载的文件
kubectl exec -it pod-downward-file -- ls /etc/podinfo
kubectl exec -it pod-downward-file -- cat /etc/podinfo/pod_name
# 预期输出：pod-downward-file
（4）清理资源
kubectl delete pod pod-downward-env pod-downward-file
# 验证：确认 Pod 已删除
4. Volume（存储卷）
核心作用：为 Pod 提供存储空间，解决容器内文件临时存储的问题（容器重启后数据丢失）。特点：Volume 的生命周期与 Pod 一致（Pod 删除，Volume 也删除），支持多种类型（如 emptyDir、hostPath、nfs 等）。
（1）emptyDir（临时存储卷）
作用：在 Pod 启动时创建，所有容器可共享，Pod 删除时数据丢失（适合临时缓存、多容器共享数据）。
pod-volume-emptydir.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-emptydir
spec:
containers:
- name: container1
image: busybox:1.36
volumeMounts:
- name: shared-volume # 挂载存储卷
mountPath: /data1 # 容器 1 的挂载路径
command: ["/bin/sh", "-c", "echo 'hello from container1' > /data1/message; sleep 3600"]
- name: container2
image: busybox:1.36
volumeMounts:
- name: shared-volume # 同一个存储卷
mountPath: /data2 # 容器 2 的挂载路径
command: ["/bin/sh", "-c", "cat /data2/message; sleep 3600"] # 读取容器 1 写入的文件
volumes: # 定义 emptyDir 存储卷
- name: shared-volume
emptyDir: {} # 空配置，表示使用默认临时存储
创建并验证：
kubectl apply -f pod-volume-emptydir.yaml
# 查看 container2 的日志（应能读到 container1 写入的内容）
kubectl logs pod-emptydir -c container2 # -c 指定容器
# 预期输出：hello from container1
（2）hostPath（节点路径卷）
作用：将节点（Node）上的文件或目录挂载到 Pod 中，数据会保存在节点上（Pod 重启后数据不丢失，但节点故障会丢失）。
pod-volume-hostpath.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-hostpath
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.25
volumeMounts:
- name: node-log # 挂载存储卷
mountPath: /host/log # 容器内的挂载路径
volumes:
- name: node-log
hostPath:
path: /var/log # 节点上的实际路径（挂载节点的日志目录）
type: Directory # 类型：目录（确保节点上存在该目录）
创建并验证：
kubectl apply -f pod-volume-hostpath.yaml
# 进入 Pod 查看节点的日志文件（实际是挂载的节点 /var/log 目录）
kubectl exec -it pod-hostpath -- ls /host/log
# 应能看到节点上的日志文件（如 syslog、messages 等）
（3）清理资源
kubectl delete pod pod-emptydir pod-hostpath
# 验证：确认 Pod 已删除
5. PV & PVC（持久化存储）
核心问题：Volume 的生命周期与 Pod 绑定，无法长期保存数据。PV 和 PVC 解决了这个问题：
- PV（PersistentVolume）：集群管理员提前创建的 “存储资源”（如磁盘、NFS 共享目录），生命周期独立于 Pod。
- PVC（PersistentVolumeClaim）：用户（Pod）对 PV 的 “申请”，类似 “租房：PV 是房子，PVC 是租房合同”。
（1）创建 PV（以 hostPath 为例，生产环境常用 NFS、云存储等）
pv-demo.yaml：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
name: pv-demo # PV 名称
spec:
capacity: # 存储容量
storage: 1Gi # 1GB
accessModes: # 访问模式
- ReadWriteOnce # 只能被一个节点以读写方式挂载
persistentVolumeReclaimPolicy: Retain # 回收策略：Retain（保留数据，手动清理）
hostPath: # 存储类型：hostPath（节点路径，仅用于测试）
path: /data/pv # 节点上的实际路径（需提前在节点创建：mkdir -p /data/pv）
配置说明：
-
accessModes：
ReadWriteOnce（RWO）：单节点读写。ReadOnlyMany（ROX）：多节点只读。ReadWriteMany（RWX）：多节点读写（如 NFS 支持）。
-
persistentVolumeReclaimPolicy：PV 回收策略（Retain 保留数据，Delete 自动删除，Recycle 清空数据）。
提前在节点创建目录（所有节点或调度目标节点）：
# 进入节点执行（或通过 kubectl debug 临时进入）
mkdir -p /data/pv
（2）创建 PVC（申请 PV）
pvc-demo.yaml：
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
name: pvc-demo # PVC 名称
spec:
accessModes:
- ReadWriteOnce # 需与 PV 的 accessModes 匹配
resources:
requests:
storage: 1Gi # 申请 1GB 存储（需 ≤ PV 的 capacity）
说明：PVC 会自动匹配满足条件（容量、访问模式）的 PV，绑定后即可使用。
（3）创建使用 PVC 的 Pod
pod-using-pvc.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-pvc
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.36
volumeMounts:
- name: pv-storage # 挂载存储卷
mountPath: /data # 容器内挂载路径
command: ["/bin/sh", "-c", "echo '持久化数据' > /data/test.txt; sleep 3600"]
volumes:
- name: pv-storage
persistentVolumeClaim:
claimName: pvc-demo # 关联的 PVC 名称
（4）创建并验证持久化效果
# 1. 创建 PV
kubectl apply -f pv-demo.yaml
# 2. 创建 PVC（会自动绑定到 PV）
kubectl apply -f pvc-demo.yaml
# 3. 创建 Pod
kubectl apply -f pod-using-pvc.yaml
# 查看 PV 和 PVC 状态（确认绑定）
kubectl get pv pv-demo # STATUS 应为 Bound
kubectl get pvc pvc-demo # STATUS 应为 Bound
# 验证数据写入
kubectl exec -it pod-pvc -- cat /data/test.txt # 预期输出：持久化数据
# 测试持久化：删除 Pod 后重建，数据仍存在
kubectl delete pod pod-pvc
kubectl apply -f pod-using-pvc.yaml # 重建 Pod
kubectl exec -it pod-pvc -- cat /data/test.txt # 仍能看到数据
（5）清理资源
# 1. 先删除 Pod（否则 PV 无法删除）
kubectl delete pod pod-pvc
# 2. 删除 PVC
kubectl delete pvc pvc-demo
# 3. 删除 PV（如果回收策略是 Retain，需手动清理节点数据）
kubectl delete pv pv-demo
# 4. 清理节点上的残留数据（在节点执行）
rm -rf /data/pv
三、总结
| 存储组件 | 核心作用 | 生命周期 | 典型用法 |
|---|---|---|---|
| ConfigMap | 存储非敏感配置 | 独立于 Pod | 环境变量、配置文件挂载 |
| Secret | 存储敏感数据（Base64 编码） | 独立于 Pod | 密码、证书挂载 |
| Downward API | 注入 Pod 元数据 | 与 Pod 一致 | 容器获取自身名称、IP 等信息 |
| Volume | 为 Pod 提供临时 / 共享存储 | 与 Pod 一致 | emptyDir 多容器共享、hostPath 节点存储 |
| PV/PVC | 长期持久化存储（生命周期独立于 Pod） | PV 独立于 Pod | 数据库数据、用户文件持久化 |
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