📚 课程目录第1章存储基础回顾

1. 存储基础回顾：Kubernetes存储体系概览

Kubernetes 的存储体系经历了从“临时挂载”到“持久化声明”再到“动态供给”的演进。理解这一演进路径，是掌握存储成本优化的前提。本章从最基础的 EmptyDir 与 HostPath 出发，逐步深入到 PV/PVC/StorageClass 的完整资源模型。

1.1 临时存储：EmptyDir

EmptyDir 是 Kubernetes 中最简单的卷类型。它在 Pod 创建时被分配一个空目录，Pod 内的多个容器可以共享读写该目录。Pod 被删除时，EmptyDir 中的数据会被永久清除。

生命周期：与 Pod 绑定，Pod 删除即销毁。
典型场景：临时缓存、日志聚合、容器间文件交换。
成本特征：零持久化成本，但数据不可恢复。

实践提示：EmptyDir 默认使用节点本地磁盘（通常是 Docker 的 overlay2 层），IO 性能受节点负载影响。对于高 IO 的临时计算任务，可设置 emptyDir.medium: Memory 将数据挂载到 tmpfs，获得内存级读写速度，但会消耗 Pod 的内存配额。

1.2 节点本地存储：HostPath

HostPath 将宿主机上的文件或目录挂载到 Pod 中。它打破了 Pod 的隔离性，使 Pod 可以直接访问节点文件系统。

特性	EmptyDir	HostPath
生命周期	随 Pod 销毁	随节点持久存在
数据持久性	无	节点不销毁则数据保留
调度限制	无	Pod 必须调度到指定节点
安全风险	低	高（可访问宿主机敏感目录）
典型用途	临时缓存	DaemonSet 日志采集、CNI 插件

成本与安全警告：HostPath 在成本优化场景中应尽量避免。它导致 Pod 与节点强绑定，阻碍 Pod 迁移和弹性伸缩，间接增加资源碎片和闲置成本。生产环境仅推荐用于系统级 DaemonSet（如 node-exporter、fluentd）。

1.3 从卷到持久化声明：PV 与 PVC

为了解决 HostPath 的节点绑定问题，Kubernetes 引入了 PersistentVolume（PV） 和 PersistentVolumeClaim（PVC） 抽象层。PV 是集群管理员预置的存储资源，PVC 是用户对存储资源的请求。这种“供给-消费”分离模式，使存储与 Pod 生命周期解耦。

PV：独立于 Pod 存在的存储单元，由管理员手动创建或通过 StorageClass 动态供给。
PVC：用户声明对存储的需求（大小、访问模式），系统自动匹配或触发动态供给。
绑定关系：PVC 与 PV 一对一绑定，绑定后 PVC 可被多个 Pod 引用（取决于访问模式）。

# 示例：PV 定义（NFS 后端）
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-nfs-001
spec:
  capacity:
    storage: 100Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  nfs:
    server: 192.168.1.100
    path: "/exports/data"
---
# 示例：PVC 声明
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-100gi-rwx
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 100Gi

1.4 动态供给：StorageClass

手动创建 PV 在大规模集群中不可持续。StorageClass 实现了存储的“动态供给”：用户创建 PVC 时，系统根据 StorageClass 中定义的 Provisioner 自动创建 PV 并绑定。

概念	角色	成本优化关键点
StorageClass	存储模板，定义后端类型、回收策略、参数	选择低成本 Provisioner（如本地 SSD vs 云盘）
Provisioner	负责创建 PV 的插件（如 `kubernetes.io/aws-ebs`）	不同 Provisioner 单价差异可达 10 倍
ReclaimPolicy	PV 释放后的处理方式（Retain/Delete/Recycle）	Delete 可自动清理闲置存储，避免浪费
AllowVolumeExpansion	是否允许在线扩容	避免预分配过大容量，按需扩容

  演进总结：从 EmptyDir → HostPath → PV/PVC → StorageClass，Kubernetes 存储体系实现了三个关键跃迁：

  ① 数据持久化：从 Pod 级临时存储到集群级持久存储。

  ② 生命周期解耦：存储不再依赖 Pod 或节点存在。

  ③ 自动化运维：从手动创建到动态供给，降低运维成本。

1.5 存储体系架构总览

下图展示了 Kubernetes 存储体系的核心组件及其交互关系，从 Pod 内部的卷挂载到集群后端的动态供给链路。

1.6 访问模式与回收策略

PV 和 PVC 的 访问模式（AccessModes） 决定了存储可以被多少个 Pod 以何种方式挂载，直接影响资源利用率和成本。

访问模式	缩写	说明	成本影响
ReadWriteOnce	RWO	单节点读写挂载	最常用，成本适中
ReadOnlyMany	ROX	多节点只读挂载	适合共享配置，节省重复存储
ReadWriteMany	RWX	多节点读写挂载	后端要求高（如 NFS/CephFS），成本较高
ReadWriteOncePod	RWOP	单 Pod 读写（K8s v1.22+）	避免多 Pod 争用，适合有状态应用

回收策略（ReclaimPolicy） 决定了 PVC 释放后 PV 的处理方式，是成本回收的关键控制点：

Retain：保留 PV 及其后端数据，需要管理员手动清理。适合需要数据归档的场景，但容易产生僵尸 PV 造成存储浪费。
Delete：自动删除 PV 及其后端存储。成本优化推荐策略，避免闲置资源。
Recycle：已弃用，由动态供给替代。

  成本优化基线：在 StorageClass 中设置 reclaimPolicy: Delete 并启用 allowVolumeExpansion: true，可确保 PVC 删除后存储自动释放，同时支持按需扩容避免预分配浪费。这是所有存储成本优化方案的基础配置。