在 Kubernetes（简称 K8s）集群中，容器的临时性特点使得数据持久化存储成为关键需求。如果没有持久化存储，容器重启后数据会丢失，这对于数据库、日志存储等场景来说是无法接受的。本文将从 K8s 存储核心概念入手，结合实际操作案例，详细讲解持久卷（PV）、持久卷申领（PVC）的使用，以及如何通过 NFS 实现跨节点的数据共享，帮助您快速掌握 K8s 存储配置技巧。

一、K8s 存储核心概念解析

在开始实践前，我们需要先理清 PV、PVC、StorageClass 这三个核心组件的定义与关系，它们共同构成了 K8s 的持久化存储体系。

1. 持久卷（PersistentVolume，PV）

PV 是集群中的一块 “独立存储资源”，由管理员预先创建或通过 StorageClass 动态生成，不受 Pod 生命周期影响。它可以对应物理机目录、NFS 共享目录、云存储（如 AWS EBS、阿里云 OSS）等多种存储介质，相当于 “存储池” 中的具体存储单元。

核心属性：

  • 容量（Capacity）：指定 PV 的存储大小，如 10Gi、50Gi。
  • 访问模式（Access Modes）：定义 PV 的读写权限，共 4 种（实际常用前 3 种）：
    • RWO（ReadWriteOnce）：仅允许单个节点挂载读写。
    • ROX（ReadOnlyMany）：允许多个节点挂载只读。
    • RWX（ReadWriteMany）：允许多个节点挂载读写（NFS、GlusterFS 等分布式存储支持）。
    • RWOP（ReadWriteOncePod）：仅允许单个 Pod 挂载读写（K8s 1.23 + 支持）。
  • 回收策略（Reclaim Policy）：PVC 删除后 PV 的处理方式：
    • Retain（保留）：PV 保留数据，需管理员手动清理（推荐生产环境使用）。
    • Delete（删除）：PV 随 PVC 删除，同时删除底层存储（如云存储卷）。
    • Recycle（回收）：清空 PV 数据后重新变为 “可用” 状态（已废弃，不推荐）。
  • 存储类（StorageClass）：PV 的 “分类标签”，PVC 通过指定 StorageClass 名称与 PV 绑定，实现存储资源的按需匹配。

2. 持久卷申领（PersistentVolumeClaim，PVC）

PVC 是用户对存储资源的 “请求单”，类似 Pod 对 CPU、内存的资源申请。用户无需关心底层存储细节（如存储介质、服务器地址），只需通过 PVC 声明所需的存储容量、访问模式和存储类，K8s 会自动匹配符合条件的 PV 并完成绑定。

核心逻辑：Pod 不直接使用 PV，而是通过 PVC 间接引用存储资源，层级关系为：Pod → Volume（引用PVC） → PVC → PV → 底层存储（如NFS、本地目录）

3. 存储类（StorageClass）

StorageClass 的核心作用是 “分类管理存储资源”，解决 PV 手动创建的繁琐问题。管理员可以为不同类型的存储（如高性能 SSD、普通机械硬盘、NFS）定义不同的 StorageClass，用户通过 PVC 指定 StorageClass，即可自动获取对应的存储资源（需搭配 Provisioner 实现动态 PV 创建）。

二、基础实践：本地目录 + PV+PVC 配置

首先从最简单的 “本地目录存储” 开始，演示 PV、PVC 的创建与使用，理解存储资源的绑定流程。

1. 环境准备

假设已拥有一个 K8s 集群（1 个 Master 节点 + 2 个 Node 节点），需在所有节点执行以下操作，创建存储目录并准备测试文件：

# 创建本地存储目录
mkdir -p /web/data
# 新建测试首页文件（用于后续验证数据挂载）
sh -c "echo 'Hello from Kubernetes storage' > /web/data/index.html"
# 验证文件是否创建成功
cat /web/data/index.html

执行结果应显示：Hello from Kubernetes storage，表示本地目录和测试文件已准备完成。

2. 创建 PV（持久卷）

PV 的配置通过 YAML 文件定义，需指定存储类型、容量、访问模式和本地目录路径。在 Master 节点创建pv-volume.yaml文件，内容如下：

vim pv-volume.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: task-pv-volume  # PV名称，需唯一
  labels:
    type: local  # 自定义标签，用于筛选
spec:
  storageClassName: sanchuang  # 存储类名称，PVC需匹配此值
  capacity:
    storage: 10Gi  # PV容量
  accessModes:
    - ReadWriteOnce  # 访问模式：单节点读写
  hostPath:
    path: "/web/data"  # 关联本地存储目录

执行以下命令创建 PV：

bash

# 应用YAML文件创建PV
kubectl apply -f pv-volume.yaml
# 查看PV状态（STATUS为Available表示可用）
kubectl get pv
# 查看PV详细信息（验证配置是否正确）
kubectl describe pv task-pv-volume

预期输出中，PV 的STATUS应为Available，StorageClass为sanchuang，Source字段显示HostPath: /web/data，表示 PV 创建成功且可。

3. 创建 PVC（持久卷申领）

PVC 需与 PV 的storageClassName和accessModes保持一致，否则会绑定失败（状态为 Pending）。在 Master 节点创建pvc-claim.yaml文件：

vim pvc-claim.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: task-pv-claim  # PVC名称，需唯一
spec:
  storageClassName: sanchuang  # 匹配PV的存储类名称
  accessModes:
    - ReadWriteOnce  # 匹配PV的访问模式
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi  # 申领3Gi存储（需小于PV容量10Gi）

执行命令创建 PVC 并验证绑定状态：

# 应用YAML文件创建PVC
kubectl apply -f pvc-claim.yaml
# 查看PVC状态（STATUS为Bound表示绑定成功）
kubectl get pvc

若输出中 PVC 的STATUS为Bound，VOLUME字段显示task-pv-volume（对应 PV 名称），说明 PVC 与 PV 已成功绑定。

4. 创建 Pod 使用 PVC 存储

创建一个 Nginx Pod，将 PVC 挂载到容器的 Nginx 网页目录（/usr/share/nginx/html），实现数据持久化。创建pod-pv-pvc.yaml文件：

vim pod-pv-pvc.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: task-pv-pod  # Pod名称
spec:
  nodeName: node1  # 定向调度到node1节点（可选）
  volumes:
    - name: task-pv-storage  # 卷名称，需与volumeMounts对应
      persistentVolumeClaim:
        claimName: task-pv-claim  # 引用PVC名称
  containers:
    - name: task-pv-container
      image: nginx  # 使用Nginx镜像
      imagePullPolicy: IfNotPresent  # 本地有镜像则不重新拉取
      ports:
        - containerPort: 80  # Nginx默认端口
          name: "http-server"
      volumeMounts:
        - mountPath: "/usr/share/nginx/html"  # 容器内挂载路径（Nginx网页目录）
          name: task-pv-storage  # 关联卷名称

执行命令创建 Pod 并验证：

bash

# 应用YAML文件创建Pod
kubectl apply -f pod-pv-pod.yaml
# 查看Pod状态（STATUS为Running表示正常运行）
kubectl get pod -o wide

待 Pod 运行后，通过 Pod 的 IP 地址访问 Nginx 服务，验证存储是否生效：

bash

# 替换为实际Pod的IP（从kubectl get pod -o wide输出中获取）
curl 10.224.166.180

预期输出Hello from Kubernetes storage，表示本地目录的测试文件已通过 PV/PVC 挂载到 Pod 中。

5. 验证数据持久化

修改 Node1 节点本地目录的index.html文件，模拟数据更新：

bash

# 在Node1节点执行，修改测试文件
vim /web/data/index.html
# 添加内容：welcome to sanchuang
# 保存后再次访问Pod
curl 10.224.166.180

预期输出包含welcome to sanchuang，说明容器内的数据随本地目录更新而同步，验证了数据持久化效果。

三、进阶实践：NFS+PV+PVC 实现跨节点共享

本地目录存储的局限性在于 “仅能在单个节点使用”，若 Pod 调度到其他节点，会无法访问存储。而 NFS（网络文件系统）支持跨节点共享目录，是 K8s 集群中常用的分布式存储方案。以下演示如何通过 NFS 实现多节点存储共享。

1. 搭建 NFS 服务器

步骤 1：选择 NFS 服务器节点

可在 K8s 集群内选择一个节点（如 Master 节点，IP：192.168.203.128）作为 NFS 服务器，也可使用独立服务器。

步骤 2：安装 NFS 服务

在NFS 服务器节点和所有 K8s 节点安装 NFS 工具（否则节点无法挂载 NFS 目录）：

bash

# 安装NFS工具（CentOS/RHEL系统）
yum install nfs-utils -y
步骤 3：配置 NFS 共享目录

在 NFS 服务器节点执行以下操作，创建共享目录并配置权限：

bash

# 创建NFS共享目录
mkdir -p /web/data
# 准备测试文件（与本地存储一致，便于后续验证）
echo "welcome to sanchuang !!" > /web/data/index.html
# 配置NFS共享（编辑/etc/exports文件）
vim /etc/exports
# 添加以下内容（允许192.168.203.0/24网段访问，权限为读写）
/web/data 192.168.203.0/24(rw,sync,all_squash)
# 刷新NFS配置（使共享生效）
exportfs -rv
# 启动NFS服务并设置开机自启
systemctl start nfs-server
systemctl enable nfs-server
# 关闭防火墙（避免端口拦截，生产环境可配置白名单）
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
步骤 4：验证 NFS 共享

在任意 K8s 节点（如 Node1）测试 NFS 挂载，确保跨节点访问正常：

bash

# 创建临时挂载目录
mkdir -p /pv_pvc_nfs
# 挂载NFS共享目录
mount 192.168.203.128:/web/data /pv_pvc_nfs/
# 查看挂载结果（若显示NFS目录，则挂载成功）
df -Th | grep nfs
# 验证文件访问（应显示NFS服务器上的测试内容）
cat /pv_pvc_nfs/index.html

若输出welcome to sanchuang !!，说明 NFS 服务器搭建成功，跨节点共享正常。

2. 创建 NFS 类型的 PV

与本地目录 PV 不同，NFS 类型的 PV 需指定 NFS 服务器地址和共享目录。在 Master 节点创建nfs-pv.yaml文件：

vim nfs-pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: sc-nginx-pv  # PV名称
  labels:
    type: sc-nginx-pv  # 自定义标签
spec:
  capacity:
    storage: 50Gi  # PV容量（需大于PVC申领容量）
  accessModes:
    - ReadWriteMany  # 支持多节点读写（NFS核心优势）
  storageClassName: nfs  # 存储类名称（PVC需匹配）
  nfs:
    path: "/web/data"  # NFS共享目录
    server: 192.168.203.128  # NFS服务器IP
    readOnly: false  # 非只读模式

执行命令创建 PV 并验证：

# 创建PV
kubectl apply -f nfs-pv.yaml
# 查看PV状态（STATUS为Available表示可用）
kubectl get pv

3. 创建 NFS 类型的 PVC

创建pvc-nfs.yaml文件，申领 NFS 类型的存储资源：

vim pvc-nfs.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: sc-nginx-pvc  # PVC名称
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany  # 匹配PV的多节点读写模式
  resources:
    requests:
      storage: 40Gi  # 申领40Gi存储（小于PV的50Gi）
  storageClassName: nfs  # 匹配NFS类型PV的存储类

执行命令创建 PVC 并验证绑定：

# 创建PVC
kubectl apply -f pvc-nfs.yaml
# 查看PVC状态（STATUS为Bound表示绑定成功）
kubectl get pvc

4. 部署多副本 Pod 使用 NFS 存储

为了体现 NFS “多节点共享” 的优势，使用 Deployment 创建 4 个 Nginx 副本，所有 Pod 共享 NFS 存储。创建pod-nfs.yaml文件：

vim pod-nfs.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment-nfs  # Deployment名称
  labels:
    app: nginx-nfs
spec:
  replicas: 4  # 4个Pod副本
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-nfs
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-nfs
    spec:
      volumes:
        - name: sc-pv-storage-nfs  # 卷名称
          persistentVolumeClaim:
            claimName: sc-nginx-pvc  # 引用NFS类型的PVC
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
          volumeMounts:
            - mountPath: "/usr/share/nginx/html"  # 容器内挂载路径
              name: sc-pv-storage-nfs  # 关联卷名称

执行命令部署 Pod 并验证：

# 部署Deployment
kubectl apply -f pod-nfs.yaml
# 查看Pod状态（4个Pod均为Running表示正常）
kubectl get pod -o wide

5. 验证多节点共享效果

通过 Pod 的 IP 地址访问 Nginx 服务，验证所有 Pod 均能读取 NFS 存储的文件：

# 替换为实际Pod的IP（从kubectl get pod -o wide输出中获取）
curl 10.224.166.136
curl 10.224.104.2

所有请求均应输出welcome to sanchuang !!，说明多节点 Pod 成功共享 NFS 存储。

6. 暴露 Service 供外部访问

为了让外部机器（如 Windows）能访问 NFS 存储的 Nginx 服务，创建 NodePort 类型的 Service。创建service-pod-nfs.yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-pod-nfs  # Service名称
spec:
  type: NodePort  # NodePort类型（外部可通过节点IP+端口访问）
  selector:
    app: nginx-nfs  # 匹配Deployment的Pod标签
  ports:
    - port: 80  # Service内部端口
      targetPort: 80  # Pod内部端口
      nodePort: 30007  # 外部访问端口（范围：30000-32767）

执行命令创建 Service 并验证：

# 创建Service
kubectl apply -f service-pod-nfs.yaml
# 查看Service信息（确认NodePort端口）
kubectl get svc

在 Windows 浏览器中输入http://K8s节点IP:30007（如http://192.168.203.130:30007），即可访问 Nginx 服务，显示 NFS 存储的网页内容。

7. 验证 NFS 数据同步更新

在 NFS 服务器节点修改index.html文件，模拟数据更新：

bash

# 在NFS服务器执行
vim /web/data/index.html
# 添加内容：welcome to sanchuang teacherfeng nfs pv pvc

再次通过浏览器或curl访问 Pod/Service，所有请求均会显示更新后的内容，验证了 NFS 数据的实时同步效果。

四、高级技巧：StorageClass 与动态 PV

在前面的实践中，PV 需要管理员手动创建，当集群规模较大时，手动管理 PV 效率低下。StorageClass 结合 Provisioner 可以实现 PV 的 “动态创建”，用户只需创建 PVC，K8s 会自动生成对应的 PV。

1. StorageClass 核心作用

  • 简化存储管理：管理员无需手动创建 PV，只需定义 StorageClass 模板。
  • 按需分配资源：用户通过 PVC 指定 StorageClass，自动获取匹配的存储资源。
  • 支持多存储类型：可为不同存储介质（如 SSD、NFS、云存储）定义不同的 StorageClass。

2. NFS 动态 PV 实现思路

要实现 NFS 动态 PV，需部署nfs-client-provisioner（NFS 客户端自动配置程序），它会监听 PVC 请求，自动在 NFS 服务器上创建目录并生成 PV。核心流程如下：

  1. 部署 NFS 服务器（已完成）。
  2. 部署nfs-client-provisioner（通过 Pod 运行）。
  3. 创建 StorageClass，关联nfs-client-provisioner。
  4. 用户创建 PVC，Provisioner 自动创建 PV 并绑定。

3. 动态 PV 优势

  • 无需手动创建 PV，减少管理员工作量。
  • PVC 删除后，PV 和 NFS 目录可自动清理（根据回收策略配置）。
  • 支持按 PVC 需求动态调整存储容量（需 NFS 服务器支持）。

五、常见问题与解决方案

在 K8s 存储配置过程中，容易遇到各种问题，以下是常见问题及解决方法：

1. PVC 状态一直为 Pending

  • 原因 1：PVC 的storageClassName与 PV 不匹配。
    • 解决：确保 PVC 的storageClassName与 PV 一致。
  • 原因 2：PVC 的accessModes与 PV 不匹配（如 PVC 请求 RWX，PV 仅支持 RWO）。
    • 解决：调整 PVC 或 PV 的accessModes，确保一致。
  • 原因 3：PVC 申领容量超过 PV 容量。
    • 解决：减小 PVC 的storage请求，或增大 PV 容量。

2. Pod 挂载 NFS 失败（状态为 CrashLoopBackOff）

  • 原因 1：K8s 节点未安装nfs-utils工具。
    • 解决：在所有节点执行yum install nfs-utils -y。
  • 原因 2：NFS 服务器防火墙未关闭，端口被拦截。
    • 解决：在 NFS 服务器执行systemctl stop firewalld，或配置 NFS 端口白名单。
  • 原因 3：NFS 共享目录权限不足（如未设置 777 权限）。
    • 解决：在 NFS 服务器执行chmod 777 /web/data，确保节点可读写。

3. 数据更新后 Pod 未同步

  • 原因：NFS 客户端缓存导致数据延迟。
    • 解决：在 PV 配置中添加 NFS 挂载参数（如mountOptions: ["noatime", "nodiratime"]），或重启 Pod 刷新缓存。

六、总结

本文从 K8s 存储核心概念出发，通过 “本地目录 + PV+PVC” 和 “NFS+PV+PVC” 两个实践案例，详细讲解了 K8s 持久化存储的配置流程。重点介绍了 NFS 的跨节点共享优势，以及 StorageClass 动态 PV 的实现思路，帮助您理解 “Pod→PVC→PV→底层存储” 的层级关系。

在实际生产环境中，需根据业务需求选择合适的存储方案：

  • 单节点存储需求：使用本地目录或 HostPath（适合测试环境）。
  • 多节点共享需求：使用 NFS、GlusterFS 等分布式存储（适合生产环境）。
  • 大规模集群：结合 StorageClass 与 Provisioner，实现 PV 动态创建，提升管理效率。

通过本文的实践，相信您已能熟练配置 K8s 存储，为容器应用提供稳定、可靠的持久化支持。

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