Kubernetes存储架构与CSI接口调用实战 - 第3节

3.1 PersistentVolume（PV）与 PersistentVolumeClaim（PVC）定义

在 Kubernetes 存储体系中，PersistentVolume（PV） 和 PersistentVolumeClaim（PVC） 是一对核心抽象，将存储的供给与消费彻底解耦。PV 由管理员预先配置或通过 StorageClass 动态供给，PVC 则是用户对存储资源的请求。这种设计让应用开发者无需关心底层存储实现，而存储管理员可以集中管理存储资源池。

3.1.1 PersistentVolume（PV）—— 存储资源

PV 是集群中的一块存储资源，独立于任何 Pod 存在。它可以是 NFS、iSCSI、Ceph RBD、GCE Persistent Disk、AWS EBS 等任意存储后端。PV 的生命周期由集群管理员管理，包含容量、访问模式、回收策略、存储类等关键属性。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs-01
spec:
  capacity:
    storage: 50Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs-storage
  nfs:
    path: /data/k8s-volumes
    server: 192.168.1.100

3.1.2 PersistentVolumeClaim（PVC）—— 存储请求

PVC 是用户对存储资源的请求声明。用户只需声明所需容量、访问模式和存储类，Kubernetes 控制平面会自动寻找或动态创建满足条件的 PV 并完成绑定。PVC 是 Pod 与 PV 之间的中间层，Pod 通过 PVC 挂载存储，无需感知 PV 的具体后端类型。

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-app-data
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: nfs-storage

3.2 PV 与 PVC 的绑定关系

当用户创建 PVC 后，Kubernetes 控制平面中的 PersistentVolumeController 会持续扫描集群中的 PV，寻找满足 PVC 条件的 PV 进行绑定。绑定过程遵循以下匹配规则：

• 容量匹配：PV 的容量必须 大于等于 PVC 请求的容量。
• 访问模式匹配：PV 必须支持 PVC 声明的访问模式。
• StorageClass 匹配：PVC 指定 storageClassName 时，PV 必须具有相同的类名；PVC 未指定时，仅匹配未设置 storageClassName 的 PV。
• 标签选择器匹配：如果 PVC 设置了 selector，PV 必须满足所有标签条件。
• 状态约束：PV 必须处于 Available 状态。

3.3 PV 生命周期管理

PV 的生命周期包含五个阶段：Provisioning → Available → Bound → Released → Reclaim。理解每个阶段的状态转换和回收策略，是生产环境中存储管理的关键。

3.3.1 生命周期阶段

3.3.2 回收策略（Reclaim Policy）

当 PVC 被删除后，PV 的回收策略决定了后续行为：

• Retain（保留）：PV 进入 Released 状态，数据保留，管理员可以手动恢复或清理数据后重新使用。这是最安全的策略，适合生产环境。
• Delete（删除）：PV 及其关联的后端存储资源（如 AWS EBS 卷、GCE PD）会被自动删除。适合动态供给场景。
• Recycle（回收）：已废弃，Kubernetes 1.20+ 不再推荐。执行 rm -rf /volume/* 清空数据后 PV 回到 Available 状态。

3.4 绑定模式与动态供给

Kubernetes 支持两种 PV 供给模式：

• 静态供给（Static Provisioning）：管理员预先创建一批 PV，PVC 创建时从中匹配绑定。适合存储资源固定、容量可预估的场景。
• 动态供给（Dynamic Provisioning）：通过 StorageClass 定义存储模板，PVC 创建时自动触发后端存储卷的创建和 PV 的生成。适合云环境或需要按需分配的场景。

3.5 Pod 使用 PVC 的完整流程

Pod 通过 volumes 字段引用 PVC，Kubernetes 将 PVC 对应的 PV 挂载到容器的指定路径。以下是完整的声明式配置示例：

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

当 Pod 调度到某个节点后，kubelet 会执行以下步骤：

1. 读取 Pod 的 volume 定义，找到 PVC pvc-app-data。
2. 通过 API Server 查询 PVC 的绑定状态，获取对应的 PV 信息。
3. 根据 PV 的存储后端类型（如 NFS、Ceph、AWS EBS），调用相应的卷插件或 CSI 驱动。
4. 在节点上执行挂载操作，将远程存储映射到宿主机路径。
5. 将宿主机路径绑定到容器内的 mountPath。

3.6 核心概念总结