Kubernetes 存储学习全景指南

Kubernetes 存储学习全景指南

Kubernetes 的存储是支撑有状态应用的核心，理解其原理与实践至关重要。下面是一份系统化的学习路线图，从基础概念到高级应用，辅以实践建议与最佳实践。

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第一阶段：核心概念筑基 (Fundamentals)

目标：理解 Kubernetes 抽象出来的存储模型和核心 API 对象。

1. 容器存储的本质 (The Need for Storage)

问题：容器本身是瞬态的，其文件系统随容器生命周期而存在，重启或重建会丢失数据。需求：需要将外部存储“注入”容器，保证数据持久化。

2. Kubernetes 存储核心对象

Volume (卷) 最基础的抽象，生命周期与 Pod 绑定。类型：emptyDir、hostPath、configMap、secret、nfs 等。 PersistentVolume (PV) 集群级别资源，代表存储的“物理实体”。配置参数：容量、访问模式、回收策略、存储类、后端类型。 PersistentVolumeClaim (PVC) 用户对存储的“申请”。通过标签选择器、存储类、容量等与 PV 匹配。 StorageClass (SC) 存储的“分类蓝图”，启用 动态供给。关键字段：provisioner、parameters、回收策略。

3. 存储访问模式 (Access Modes)

RWO (ReadWriteOnce)：单节点读写（EBS、PD 等块存储）。ROX (ReadOnlyMany)：多节点只读。RWX (ReadWriteMany)：多节点读写（NFS、CephFS）。

 实践任务 1

创建一个 emptyDir Pod，写入数据，重启容器 → 数据丢失。创建一个 hostPath Pod，在节点上写文件 → 删除 Pod 再建 → 数据依旧存在。手动创建 NFS PV + PVC，并让 Pod 使用。部署 WordPress 前端 Pod，共享一个 RWX PVC（如 NFS）。

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第二阶段：动态供给与常用插件 (Dynamic Provisioning & Plugins)

目标：掌握生产环境中的动态存储供给。

1. 动态供给原理

流程：PVC → StorageClass → Provisioner → 存储后端 → PV → 绑定 PVC。优势：自动化，无需手动干预。

2. 常见存储后端

云厂商托管存储 AWS EBS/EFS、Azure Disk/File、GCP PD、阿里云云盘/NAS。 开源/自建存储 NFS：经典文件共享，通常结合 nfs-subdir-external-provisioner。Ceph：块存储（RBD）/文件存储（CephFS）。GlusterFS：分布式文件系统。Local PV：基于节点本地磁盘，需配合调度约束（nodeAffinity）。

 实践任务 2

在云平台上创建 gp3 StorageClass。提交 PVC，观察 PV 自动创建并绑定。部署 MySQL StatefulSet，PVC 自动供给。

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第三阶段：有状态应用与 StatefulSet

目标：学会可靠管理有状态应用。

1. StatefulSet 特性

与 Deployment 区别： 稳定网络标识（需 Headless Service）。稳定存储（VolumeClaimTemplate 为每个 Pod 动态创建 PVC）。有序部署与扩缩容。

2. 模式与实践

每实例独立卷：Kafka、Elasticsearch、Etcd 等。共享卷：Web 前端共享 RWX 卷。

 实践任务 3

部署 Redis/MySQL 三节点 StatefulSet，观察 PVC 逐个生成。扩缩容 StatefulSet → 新 PVC 自动生成。配合 Headless Service，验证网络与存储的稳定性。

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第四阶段：高级主题与生态系统

目标：掌握现代存储架构与运维能力。

1. Container Storage Interface (CSI)

优势：解耦 Kubernetes 与存储厂商。架构：Node Plugin + Controller Plugin。几乎所有新驱动都基于 CSI（如 EBS CSI、Ceph CSI）。

2. 存储运维与监控

VolumeSnapshot：备份与恢复。克隆 (Cloning)：快速复制 PVC。扩容 (Expansion)：在线/离线扩容。监控指标：延迟、IOPS、带宽。

3. 数据安全与合规

加密：KMS 集成（AWS KMS、Vault）。灾备：跨集群/跨区域复制。自动化快照策略：定时备份。

4. 新兴存储解决方案

Rook：Operator 驱动的 Ceph 管理。OpenEBS：容器附加存储 (CAS)，轻量灵活。Longhorn：Rancher 出品的分布式块存储，适合中小集群。

 实践任务 4

部署 EBS CSI driver。使用 Rook 部署 Ceph 集群，并创建 Ceph RBD SC。对 PVC 创建快照，从快照恢复新卷。

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学习资源推荐

官方文档：Kubernetes → Storage 概念。GitHub：Rook、Longhorn、CSI 插件列表。课程：Udemy、Coursera、KubeAcademy。博客：云厂商存储与 K8s 集成文章。

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总结

学习路径：

概念 → 静态供给 → 动态供给 → StatefulSet → CSI → 运维与安全 → 新兴方案

存储是 Kubernetes 最接地气的部分，需要在不同环境（本地 Minikube、云集群）反复实践，才能真正掌握。