k8s存储介绍（三）valume概述与emptydir

news2025/3/30 0:32:32

一、Kubernetes 中的 Volume 详解

基本概念

Volume 的主要类型（这里简单介绍，后续章节会详细介绍）

1. 本地存储类型

2. 网络存储类型

3. 云提供商存储

4. 特殊用途类型

PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)

StorageClass

Volume 使用示例

Volume 的生命周期

二、Kubernetes 中的 emptyDir 卷详解

基本概念

关键特性

创建 emptyDir 卷

配置选项

使用内存作为存储介质的示例

典型使用场景

工作原理

内存介质 (tmpfs) 的特殊说明

大小限制 (sizeLimit)

示例：多容器共享 emptyDir

优缺点分析

优点

缺点

最佳实践

一、Kubernetes 中的 Volume 详解

Volume（卷）是 Kubernetes 中用于持久化存储的核心概念，它解决了容器文件系统临时性的问题。下面我将详细介绍 Kubernetes 中的 Volume。

基本概念

Volume 是 Pod 中能够被多个容器访问的共享目录，它与 Pod 的生命周期相同，但比其中的任何容器都持久。当容器重启时，Volume 中的数据会保留。

Volume 的主要类型（这里简单介绍，后续章节会详细介绍）

1. 本地存储类型

emptyDir: 临时目录，随 Pod 创建而创建，删除而删除
- 用途：容器间共享文件、临时缓存等
- 示例：
```
volumes:
- name: shared-data
  emptyDir: {}
```
hostPath: 将主机节点上的文件或目录挂载到 Pod 中
- 用途：访问主机系统文件、开发测试环境等
- 示例：
```
volumes:
- name: host-path-volume
  hostPath:
    path: /data
    type: Directory
```

2. 网络存储类型

NFS: 网络文件系统

示例：

volumes:
- name: nfs-volume
  nfs:
    server: nfs-server.example.com
    path: /share

iSCSI: iSCSI 存储设备
GlusterFS: 分布式文件系统
CephFS: Ceph 文件系统
FC (Fibre Channel): 光纤通道存储

3. 云提供商存储

awsElasticBlockStore: AWS EBS 卷
azureDisk: Azure 磁盘
azureFile: Azure 文件存储
gcePersistentDisk: GCE 持久化磁盘

4. 特殊用途类型

secret: 用于将敏感信息(如密码)挂载到 Pod

示例：

volumes:
- name: secret-volume
  secret:
    secretName: my-secret

configMap: 将配置数据挂载到 Pod
downwardAPI: 使 Pod 和容器的元数据可用作文件
persistentVolumeClaim: 使用持久卷声明(PVC)来动态提供存储

PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)

这是 Kubernetes 中更高级的持久化存储方案：

PersistentVolume (PV): 集群中的存储资源，由管理员配置
PersistentVolumeClaim (PVC): 用户对存储的请求，类似于 Pod 消耗节点资源的方式

示例 PV:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-volume
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: slow
  nfs:
    server: nfs-server.example.com
    path: /exports

示例 PVC:

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-claim
spec:
  storageClassName: slow
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi

StorageClass

StorageClass 允许管理员描述他们提供的存储"类"，可以动态配置 PV:

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
  fsType: ext4

Volume 使用示例

在 Pod 中使用 Volume 的完整示例:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
  - name: mycontainer
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: myvol
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: myvol
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-claim

Volume 的生命周期

配置 - 管理员创建 PV 或 StorageClass
绑定 - 用户创建 PVC，系统将其绑定到合适的 PV
使用 - Pod 通过 PVC 使用 PV
释放 - 用户删除 PVC
回收 - 根据 PV 的回收策略(Retain/Delete/Recycle)处理

二、Kubernetes 中的 emptyDir 卷详解

emptyDir 是 Kubernetes 中最简单的 Volume 类型之一，它为 Pod 中的容器提供了一个临时的工作目录。下面我将全面介绍 emptyDir 的特性、用途和工作原理。

基本概念

emptyDir 是一个临时目录，它在 Pod 被分配到节点时创建，并随着 Pod 从节点上删除而被清除。它的生命周期与 Pod 的生命周期完全一致。

关键特性

临时性存储：数据不会持久化，Pod 删除后数据丢失
节点绑定：存储在 Pod 运行的节点本地
容器共享：可被 Pod 内的所有容器访问
初始为空：创建时目录为空，因此得名 emptyDir

创建 emptyDir 卷

在 Pod 定义中创建 emptyDir 的基本语法：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

配置选项

emptyDir 支持两个可选参数：

medium：存储介质类型
- 默认："" (节点默认存储介质，通常是磁盘)
- Memory：使用 RAM 作为存储介质 (tmpfs)
sizeLimit：卷的大小限制
- 默认：nil (无限制)
- 示例：sizeLimit: 500Mi

使用内存作为存储介质的示例

volumes:
- name: ram-volume
  emptyDir:
    medium: Memory
    sizeLimit: 256Mi

典型使用场景

临时工作空间：作为应用程序的临时工作目录
容器间共享数据：同一 Pod 中多个容器共享文件
缓存数据：存储不需要持久化的缓存数据
检查点数据：保存应用程序的检查点数据以便从崩溃中恢复
日志收集：存储日志文件直到日志收集器处理它们

工作原理

创建时机：当 Pod 被分配到节点上时，kubelet 会在节点上创建一个空目录
挂载过程：该目录被挂载到 Pod 中指定的容器路径
生命周期：
- Pod 删除 → 目录被删除
- 容器崩溃/重启 → 目录和数据保留
- Pod 被调度到新节点 → 在新节点上创建新空目录
存储位置：通常位于节点的 /var/lib/kubelet/pods/<pod-uid>/volumes/kubernetes.io~empty-dir/ 目录下

内存介质 (tmpfs) 的特殊说明

当设置 medium: Memory 时：

数据存储在 RAM 中而不是磁盘上
读写速度极快
节点重启会导致数据丢失
受限于节点内存资源
计入容器的内存使用量

大小限制 (sizeLimit)

当设置 sizeLimit 时，kubelet 会监控目录的空间使用
如果超过限制，Pod 可能会被驱逐 (Evicted)
对于内存介质，限制的是内存使用量
对于磁盘介质，限制的是磁盘使用量

示例：多容器共享 emptyDir

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: shared-volumes
spec:
  containers:
  - name: writer
    image: alpine
    command: ["/bin/sh", "-c"]
    args:
    - while true; do
        echo "$(date)" >> /data/log;
        sleep 1;
      done
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /data

  - name: reader
    image: alpine
    command: ["/bin/sh", "-c"]
    args:
    - tail -f /data/log
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /data

  volumes:
  - name: shared-data
    emptyDir: {}