📘 Day 13：Volume 与 PV/PVC

🎯 今日目标

  • 会用 emptyDir 和 hostPath Volume
  • 理解 PV/PVC 的绑定流程
  • 能创建静态 PV 并供 Pod 使用
  • 掌握 AccessMode（RWO/ROX/RWX）
  • 掌握 ReclaimPolicy（Retain/Recycle/Delete）

🧠 理论精讲（30 分钟）

存储层次

Pod ──→ PVC（声明：我要 5Gi RWO 存储）──→ PV（物理存储：这里是 5Gi NFS）
                                              │
                                              └──→ 实际存储后端（NFS/本地盘/云盘）
概念说明类比
VolumePod 级别存储定义直接在 Pod 里写磁盘配置
PV集群级别存储资源管理员准备的存储池
PVC用户存储请求申请单

PV 关键属性

属性可选值说明
accessModesRWO / ROX / RWX读写模式
ReclaimPolicyRetain / Recycle / DeletePV 释放后行为
volumeModeFilesystem / Block文件系统还是块设备

AccessMode 速查

缩写全称含义
RWOReadWriteOnce单节点读写
ROXReadOnlyMany多节点只读
RWXReadWriteMany多节点读写

PV 生命周期

Provisioning（创建）→ Available（可用）→ Bound（已绑定）→ Released（释放）
                                                        → Retained（保留）

🔧 动手实操（120 分钟）

练习 13.1：emptyDir Volume

# emptyDir：Pod 生命周期内存在，Pod 删除即销毁
cat <<'EOF' | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: emptydir-demo
spec:
  containers:
  - name: writer
    image: busybox:1.36
    command:
    - sh
    - -c
    - |
      i=0
      while true; do
        echo "Data-$i" >> /data/shared.log
        i=$((i+1))
        sleep 2
      done
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /data

  - name: reader
    image: busybox:1.36
    command:
    - sh
    - -c
    - tail -f /data/shared.log
    volumeMounts:
    - name: shared-data
      mountPath: /data

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

# 验证容器间共享
kubectl logs emptydir-demo -c reader --tail=10
# 看到 writer 写入的内容

# 清理
kubectl delete pod emptydir-demo

练习 13.2：hostPath Volume

# hostPath：挂载节点上的目录
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-demo
spec:
  containers:
  - name: app
    image: busybox:1.36
    command:
    - sh
    - -c
    - |
      echo "Written at \$(date)" >> /host-data/hostpath-test.log
      cat /host-data/hostpath-test.log
      sleep 3600
    volumeMounts:
    - name: host-vol
      mountPath: /host-data
  volumes:
  - name: host-vol
    hostPath:
      path: /tmp/k8s-hostpath
      type: DirectoryOrCreate
EOF

# 获取 Pod 所在节点
NODE=$(kubectl get pod hostpath-demo -o jsonpath='{.spec.nodeName}')
echo "Pod is on: $NODE"

# SSH 到该节点验证文件
# ssh $NODE cat /tmp/k8s-hostpath/hostpath-test.log

# 删除 Pod 后，节点上的文件仍在
kubectl delete pod hostpath-demo
# ssh $NODE cat /tmp/k8s-hostpath/hostpath-test.log  # 文件还在

练习 13.3：静态 PV 创建与绑定

# 1. 先在节点上创建实际目录
# 在所有 worker 节点上执行：
# sudo mkdir -p /data/pv-volumes/pv01

# 2. 创建 PersistentVolume
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-manual-01
spec:
  capacity:
    storage: 1Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  hostPath:
    path: /data/pv-volumes/pv01
EOF

# 3. 查看 PV 状态
kubectl get pv pv-manual-01
# NAME           CAPACITY  ACCESS MODES  RECLAIM POLICY  STATUS      CLAIM
# pv-manual-01   1Gi       RWO           Retain          Available

# 4. 创建 PersistentVolumeClaim
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-manual-01
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 500Mi
EOF

# 5. 观察绑定
kubectl get pvc pvc-manual-01
# STATUS: Bound

kubectl get pv pv-manual-01
# STATUS: Bound, CLAIM: default/pvc-manual-01

# 6. 在 Pod 中使用 PVC
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pv-pod
spec:
  containers:
  - name: app
    image: busybox:1.36
    command:
    - sh
    - -c
    - |
      echo "Persistent data!" >> /data/persistent.txt
      cat /data/persistent.txt
      sleep 3600
    volumeMounts:
    - name: persistent-storage
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: persistent-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: pvc-manual-01
EOF

# 7. 验证持久性
kubectl exec pv-pod -- cat /data/persistent.txt
# 输出：Persistent data!

# 8. 删除 Pod 和 PVC
kubectl delete pod pv-pod
kubectl delete pvc pvc-manual-01

# 9. 查看 PV 状态
kubectl get pv pv-manual-01
# STATUS: Released（因为 ReclaimPolicy=Retain，不会自动删除）

# 10. 清理 PV
kubectl delete pv pv-manual-01

练习 13.4：多 PV 自动匹配

# 创建 3 个不同大小的 PV
for i in 1 2 3; do
  mkdir -p /data/pv-volumes/pv0${i}
done

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-small
spec:
  capacity:
    storage: 100Mi
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  hostPath:
    path: /data/pv-volumes/pv01
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-medium
spec:
  capacity:
    storage: 500Mi
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  hostPath:
    path: /data/pv-volumes/pv02
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-large
spec:
  capacity:
    storage: 2Gi
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  hostPath:
    path: /data/pv-volumes/pv03
EOF

# 创建 PVC 请求 300Mi
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-auto
spec:
  accessModes: ["ReadWriteOnce"]
  resources:
    requests:
      storage: 300Mi
EOF

# 观察匹配结果（应绑定到 pv-medium，500Mi）
kubectl get pvc pvc-auto
kubectl get pv | grep pvc-auto
# 应绑定到 pv-medium（最小能匹配的 PV）

# 清理
kubectl delete pvc pvc-auto
kubectl delete pv pv-small pv-medium pv-large

🐛 排错练习（30 分钟）

场景：PVC 一直 Pending

# 排查清单
# 1. 有没有 PV？
kubectl get pv
# 如果没有 Available PV → 需要创建 PV 或配置动态供给

# 2. PV 的 accessModes 是否匹配 PVC？
kubectl get pv <pv-name> -o yaml | grep -A3 accessModes
kubectl get pvc <pvc-name> -o yaml | grep -A3 accessModes

# 3. PV 的容量是否 >= PVC？
kubectl get pv <pv-name> -o jsonpath='{.spec.capacity.storage}'
kubectl get pvc <pvc-name> -o jsonpath='{.spec.resources.requests.storage}'

# 4. PVC 的 storageClassName 是否为空字符串？
kubectl get pvc <pvc-name> -o yaml | grep storageClassName
# 如果 PVC 指定了 storageClassName，只能匹配同名的 PV

🏆 赛题模拟（40 分钟）

⚠️ 严格限时 35 分钟

题目：静态 PV 存储管理

【操作要求】

1. 创建 3 个 hostPath 类型的 PV：
   - pv-1g：容量 1Gi，RWO，路径 /data/pv/vol1
   - pv-5g：容量 5Gi，RWO，路径 /data/pv/vol2
   - pv-10g：容量 10Gi，RWO，路径 /data/pv/vol3

2. 创建 2 个 PVC：
   - pvc-db：请求 4Gi，RWO
   - pvc-logs：请求 8Gi，RWO

3. 验证 pvc-db 绑定到 pv-5g，pvc-logs 绑定到 pv-10g

4. 创建一个 Pod 同时使用两个 PVC：
   - db 容器挂载 pvc-db 到 /var/lib/db
   - app 容器挂载 pvc-logs 到 /var/log/app
   - 写入测试数据到各自目录

5. 删除 Pod 和 PVC，检查 PV 状态变化

6. 手动清理 PV，释放存储

【评分标准】
- PV 创建正确（20 分）
- PVC 绑定结果正确（25 分）
- Pod 双 Volume 挂载正确（25 分）
- 数据持久性验证（15 分）
- PV 生命周期理解（15 分）

📋 命令速查

命令功能注解
kubectl get pv列出 PersistentVolumeSTATUS: Available (空闲)/Bound (已绑定)/Released (PVC 已删但未回收)/Failed
kubectl get pv -o widePV + 容量/访问模式/回收策略/状态/声明快速审计存储资源
kubectl describe pv <name>PV 详细信息查看 Reclaim Policy、AccessModes、底层存储类型（hostPath/NFS/CSI 等）
kubectl get pvc列出 PersistentVolumeClaimSTATUS: Pending (无匹配 PV)/Bound (已绑定)
kubectl get pvc -A所有命名空间的 PVC跨 NS 视角排查存储资源使用
kubectl describe pvc <name>PVC 详细信息Events 段显示绑定过程；Pending 时查看失败原因
kubectl get pv,pvc同时查看 PV/PVC逗号分隔查看绑定关系
kubectl patch pv <name> -p '{"spec":{"persistentVolumeReclaimPolicy":"Retain"}}'修改 PV 回收策略防止 PVC 删除时 PV 被自动回收（Retain/Recycle/Delete）
kubectl delete pvc <name>删除 PVCPV 的 Reclaim Policy 决定 PV 后续状态
kubectl get pods -o wide | grep <pod>查看 Pod 所在节点PV hostPath 必须确认 Pod 调度到了正确节点
kubectl exec <pod> -- df -h查看 Pod 内挂载存储空间验证 PV 是否挂载成功及容量是否正确
kubectl exec <pod> -- ls -la /mnt/data查看挂载目录内容验证文件是否存在和权限
kubectl exec <pod> -- touch /mnt/data/test && echo "ok" > /mnt/data/test验证存储读写确认 PV 不是只读挂载
kubectl get sc列出 StorageClass动态供给与 PV/PVC 配合使用

📚 参考来源

来源链接 / 说明
Kubernetes 官方：PersistentVolumehttps://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
Kubernetes 官方：卷https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/
Kubernetes 官方：配置 Pod 使用 PVhttps://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/
Kubernetes 官方：访问模式https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/#access-modes
Kubernetes 官方：回收策略https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/persistent-volumes/#reclaim-policy