本地持久化存储

本地持久化存储为 Kubernetes 提供了高性能、低延迟的数据访问能力，但需要结合节点亲和、卷管理和生命周期策略，才能实现安全可靠的生产级存储方案。

本地持久化卷允许用户通过标准 PVC 接口以简单便携的方式访问本地存储。PV 中包含系统用于将 Pod 调度到正确节点的节点亲和性信息。

本地存储与传统网络存储不同，它提供了更好的性能但需要特殊的管理方式。外部静态配置器（provisioner）可用于帮助简化本地存储管理，但它不支持动态配置，需要管理员预先在每个节点上配置本地卷。

存储模式

本地存储配置器支持两种卷模式，适应不同类型的应用需求。

Filesystem volumeMode（默认）：将卷挂载到发现目录下作为文件系统使用
Block volumeMode：在发现目录下为节点上的块设备创建符号链接，提供原始块设备访问

配置要求

使用本地持久化存储需要满足以下要求：

路径在重启和磁盘变更时保持稳定
静态配置器只能发现挂载点（文件系统模式）或符号链接（块模式）
基于目录的本地卷必须绑定挂载到发现目录中

版本兼容性

不同版本的配置器与 Kubernetes 版本的兼容性如下。

配置器版本	Kubernetes 版本	主要特性
2.3.0+	1.14+	稳定版 API，完整功能支持
2.1.0	1.10	Beta API 默认启用，支持块存储
2.0.0	1.8, 1.9	挂载传播支持
1.0.1	1.7	初始 Alpha 版本

表 1: 本地存储配置器与 Kubernetes 版本兼容性

功能发展历程

Kubernetes 本地存储功能不断演进，以下为主要阶段特性。

当前状态（1.14+）：稳定版

本地持久化卷已进入稳定版（GA）
PV.NodeAffinity 字段正式可用
完整支持原始块设备
volumeBindingMode 特性稳定

历史版本特性

1.10（Beta）：引入新的 PV.NodeAffinity 字段，弃用 Alpha 版本的 NodeAffinity annotation，Alpha 支持原始块设备
1.9（Alpha）：新增 StorageClass volumeBindingMode 参数，支持延迟绑定
1.7（Alpha）：引入 local PersistentVolume 源，支持具有节点亲和性的目录或挂载点

部署指南

在生产或测试环境中部署本地持久化存储需按以下步骤操作。

环境准备

功能特性启用

对于 Kubernetes 1.14+ 版本，本地持久化存储已默认启用。如需使用原始块设备功能：

# 对于较旧版本可能需要启用特性门控
export KUBE_FEATURE_GATES="BlockVolume=true"

集群环境配置

生产环境：为每个节点分区、格式化磁盘，并将所有文件系统挂载到相同的发现目录下。确保调度器启用 VolumeBindingChecker（1.9+）或 NoVolumeBindConflict（1.9 之前）。
测试环境：可用 tmpfs 模拟本地卷。

# 创建发现目录
mkdir /mnt/disks

# 创建多个测试卷（使用 tmpfs 模拟）
for vol in vol1 vol2 vol3; do
   mkdir /mnt/disks/$vol
   mount -t tmpfs $vol /mnt/disks/$vol
done

StorageClass 配置

创建支持延迟绑定的 StorageClass：

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: local-storage
provisioner: kubernetes.io/no-provisioner
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
reclaimPolicy: Delete

WaitForFirstConsumer 模式确保 PVC 绑定会延迟到 Pod 被调度时，这对于本地存储至关重要。

静态配置器部署

使用 Helm 部署（推荐）

# 使用默认配置
helm template local-volume-provisioner \
  --namespace kube-system \
  ./helm/provisioner > provisioner.yaml

# 或使用自定义配置
helm template local-volume-provisioner \
  --namespace kube-system \
  --values custom-values.yaml \
  ./helm/provisioner > provisioner.yaml

kubectl apply -f provisioner.yaml

手动配置部署

创建配置器的 ConfigMap：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: local-provisioner-config
  namespace: kube-system
data:
  storageClassMap: |
    local-storage:
      hostDir: /mnt/disks
      mountDir: /mnt/disks

PV 创建验证

部署配置器后，检查自动发现的本地卷：

# 查看创建的 PV
kubectl get pv

# 查看 PV 详细信息
kubectl describe pv <pv-name>

成功创建的 PV 示例：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv-node1-vol1
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Delete
  storageClassName: local-storage
  local:
    path: /mnt/disks/vol1
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - node1

使用示例

以下为典型的 PVC 和 Pod 使用本地存储的配置方式。

创建 PVC

文件系统模式 PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: local-storage-claim
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  storageClassName: local-storage
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

块设备模式 PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: local-block-claim
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  volumeMode: Block
  storageClassName: local-storage
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

Pod 中使用本地存储

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: local-storage-pod
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: local-vol
      mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
  - name: local-vol
    persistentVolumeClaim:
      claimName: local-storage-claim

最佳实践

结合实际生产需求，建议遵循以下最佳实践。

性能优化

每个卷使用独立物理磁盘以获得最佳 IO 性能
使用单个分区进行容量隔离，避免多个应用竞争同一磁盘空间
根据工作负载特性选择合适的文件系统（如 ext4、xfs）

高可用性配置

文件系统卷建议在 fstab 和目录名中使用 UUID 标识

# 查看磁盘 UUID
ls -l /dev/disk/by-uuid

# fstab 示例
UUID=12345678-1234-1234-1234-123456789012 /mnt/disks/vol1 ext4 defaults 0 2

块设备卷建议用唯一 ID 作为符号链接名称

# 基于硬件序列号创建符号链接
ln -s /dev/sda1 /mnt/disks/disk-serial-ABC123

节点管理

避免在旧 PV 仍然存在时重新创建同名节点
确保磁盘路径在热插拔操作后保持稳定
配置磁盘空间和健康状态监控

生命周期管理

本地卷的生命周期管理需严格遵循规范，确保数据安全。

卷回收流程

停止所有使用该卷的 Pod
删除 PVC
```
kubectl delete pvc local-storage-claim
```
从节点卸载或移除物理卷
手动删除对应的 PV
```
kubectl delete pv local-pv-name
```

故障恢复

磁盘故障时及时更换并更新挂载配置，重新创建 PV
本地存储不支持自动迁移，需应用层实现数据备份和恢复
建议采用多副本或分布式存储架构提升可用性

监控和故障排除

监控本地存储的健康和使用状态，有助于及时发现和解决问题。

常用监控指标

磁盘使用率和 IOPS
PV 绑定状态
Pod 调度成功率
存储配置器运行状态

故障排除步骤

检查配置器状态

kubectl logs -n kube-system -l app=local-volume-provisioner

验证节点亲和性

kubectl describe pv <pv-name> | grep -A 10 NodeAffinity

检查 StorageClass 配置

kubectl describe storageclass local-storage

总结

本地持久化存储为 Kubernetes 提供了高性能、低延迟的数据访问能力，但需结合节点亲和、卷管理和生命周期策略，才能实现安全可靠的生产级存储方案。建议结合实际业务需求，合理规划卷分配、监控和备份策略，提升集群的稳定性和数据安全性。

参考文献

发布于: 2022/05/21 • 最后更新: 2025/11/02 • 字数: 1969 • 阅读时间: 4 mins