📚 课程目录第2章 K8s存储基础

2. K8s 存储基础：PersistentVolume (PV) 与 PersistentVolumeClaim (PVC) 核心概念、StorageClass 动态供给

在 Kubernetes 集群中，Pod 是 ephemeral（临时）的，其内部存储会随 Pod 销毁而丢失。为了持久化保存数据，K8s 引入了 PV（PersistentVolume） 和 PVC（PersistentVolumeClaim） 抽象层，将存储的供给与使用解耦。本章将深入剖析这三个核心组件，为后续的存储变更门禁检查奠定基础。

2.1 核心概念：PV 与 PVC

PV 是集群中的存储资源，由管理员预先创建或通过 StorageClass 动态供给；PVC 是用户对存储资源的请求，类似于“申请单”。Pod 通过声明使用 PVC 来挂载存储，无需关心底层存储实现细节。

  核心原则：PV 是资源，PVC 是请求。PVC 与 PV 通过 spec 中的 storageClassName、accessModes 和 resources.requests.storage 进行匹配绑定。

组件	角色	生命周期	创建者
PV	集群存储资源（如 NFS、Ceph、云盘）	独立于 Pod，可持久存在	集群管理员 / StorageClass 自动创建
PVC	用户存储请求（容量、访问模式）	与 Pod 生命周期关联，但数据可保留	应用开发者 / 用户
Pod	使用 PVC 挂载存储的工作负载	临时，销毁后 PVC 可被其他 Pod 复用	应用开发者

2.2 PV 与 PVC 的绑定与生命周期

PVC 创建后，K8s 控制平面会尝试寻找满足条件的 PV 进行绑定。绑定过程遵循以下规则：

匹配条件：PVC 的 accessModes、storageClassName 必须与 PV 一致，且 PVC 请求的存储容量 ≤ PV 的容量。
绑定模式：默认是 Immediate（立即绑定），也可设置为 WaitForFirstConsumer（延迟到第一个 Pod 调度时绑定）。
回收策略：PVC 被删除后，PV 的回收行为由 persistentVolumeReclaimPolicy 决定：Retain（保留数据）、Delete（自动删除底层存储）、Recycle（已弃用）。

生产建议：对于有状态应用（如数据库），建议使用 Retain 策略，防止误删 PVC 导致数据丢失。对于临时测试环境，可使用 Delete 策略自动清理。

2.3 StorageClass 动态供给

手动创建 PV 的方式在规模化场景下难以维护。StorageClass 实现了存储的动态供给：当用户创建 PVC 时，K8s 根据 PVC 指定的 storageClassName 自动调用对应的存储插件（Provisioner）创建 PV 并绑定。

  动态供给优势：无需管理员预先准备 PV；PVC 按需创建，自动匹配；支持多种后端存储（AWS EBS、GCE PD、NFS、Ceph RBD 等）。

2.4 StorageClass 关键参数

参数	说明	示例值
`provisioner`	存储后端插件名称	`kubernetes.io/aws-ebs`、`nfs.csi.k8s.io`
`parameters`	后端存储的特定配置（如类型、区域）	`type: gp3`、`fsType: ext4`
`reclaimPolicy`	动态创建的 PV 默认回收策略	`Delete`（默认）、`Retain`
`allowVolumeExpansion`	是否允许后续扩容 PVC 容量	`true`、`false`
`mountOptions`	挂载时附加的选项	`["noatime","nodiratime"]`

2.5 动态供给工作流程

定义 StorageClass：管理员创建 StorageClass 对象，指定 provisioner 和参数。
创建 PVC：用户创建 PVC 时设置 storageClassName 指向该 StorageClass。
自动供给：K8s 控制平面检测到未绑定的 PVC，调用对应 provisioner 创建底层存储（如云盘）。
创建 PV：provisioner 自动生成 PV 对象，并与 PVC 绑定。
Pod 使用：Pod 引用 PVC，挂载存储到容器路径。

注意：如果 PVC 未指定 storageClassName，K8s 会使用集群默认的 StorageClass（如果存在）。在生产环境中，建议显式指定 storageClassName 以避免意外绑定到错误的存储后端。

2.6 实战：定义 StorageClass 与 PVC 示例

以下是一个完整的动态供给示例，使用 AWS EBS CSI 驱动创建 gp3 类型的存储卷：

# storageclass.yaml
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast-storage
provisioner: ebs.csi.aws.com
parameters:
  type: gp3
  fsType: ext4
  iops: "3000"
  throughput: "125"
reclaimPolicy: Delete
allowVolumeExpansion: true
mountOptions:
  - noatime
  - nodiratime
---
# pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: data-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 50Gi
  storageClassName: fast-storage
---
# pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-pod
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx:latest
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: data-volume
  volumes:
  - name: data-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: data-pvc

验证命令：
kubectl get sc — 查看 StorageClass 列表
kubectl get pv — 查看自动创建的 PV
kubectl get pvc — 查看 PVC 绑定状态
kubectl describe pvc data-pvc — 查看 PVC 详细信息，包括绑定的 PV 名称

2.7 本章小结

PV 与 PVC 是 K8s 持久化存储的基石，StorageClass 则实现了存储资源的自动化供给。理解这三者的关系与生命周期，是后续实现存储变更门禁检查（如 PVC 容量变更、StorageClass 切换、回收策略校验）的前提。在 Helm Chart 中，我们通常将 StorageClass 和 PVC 定义为模板变量，通过 values.yaml 控制存储配置，从而实现环境间的灵活切换。