Volume - Jimmy Song

概述

容器中的文件在磁盘上是临时存放的，这给容器中运行的应用带来一些问题：

容器崩溃时文件丢失：当容器崩溃时，kubelet 会重新启动容器，但容器中的文件将会丢失——因为容器会以干净的状态重新启动
Pod 中容器间文件共享：当在一个 Pod 中同时运行多个容器时，容器间需要共享文件

Docker 中也有一个 volume 的概念，尽管它稍微宽松一些，管理也很少。在 Docker 中，卷就像是磁盘或是另一个容器中的一个目录。它的生命周期不受管理，直到最近才有了本地磁盘支持的卷。Docker 现在提供了卷驱动程序，但是功能还比较有限。

另一方面，Kubernetes 中的卷有明确的寿命——与封装它的 Pod 相同。所以，卷的生命周期比 Pod 中的所有容器都长，当这个容器重启时数据仍然得以保存。当然，当 Pod 不再存在时，卷也将不复存在。也许更重要的是，Kubernetes 支持多种类型的卷，Pod 可以同时使用任意数量的卷。

卷的核心是目录，可能还包含了一些数据，可以通过 Pod 中的容器来访问。该目录是如何形成的、支持该目录的介质以及其内容取决于所使用的特定卷类型。

要使用卷，需要为 Pod 指定为卷（spec.volumes 字段）以及将它挂载到容器的位置（spec.containers[].volumeMounts 字段）。

容器中的进程看到的是由其 Docker 镜像和卷组成的文件系统视图。Docker 镜像位于文件系统层次结构的根目录，任何卷都被挂载在镜像的指定路径中。卷无法挂载到其他卷上或与其他卷有硬连接。Pod 中的每个容器都必须独立指定每个卷的挂载位置。

卷的类型

Kubernetes 支持以下类型的卷：

临时卷类型

emptyDir
configMap
downwardAPI
secret
projected

持久卷类型

persistentVolumeClaim
local
hostPath

网络存储卷类型

nfs
cephfs
glusterfs
iscsi
fc (光纤通道)

云存储卷类型

awsElasticBlockStore
azureDisk
azureFile
gcePersistentDisk
vsphereVolume

特殊用途卷类型

csi
gitRepo (已弃用)

注意：一些卷类型（如 gitRepo、flocker、quobyte、storageos 等）已经被弃用或移除。建议使用 CSI 驱动程序或其他现代存储解决方案。

常用卷类型详解

emptyDir

当 Pod 被分配给节点时，首先创建 emptyDir 卷，并且只要该 Pod 在该节点上运行，该卷就会存在。正如卷的名字所述，它最初是空的。Pod 中的容器可以读取和写入 emptyDir 卷中的相同文件，尽管该卷可以挂载到每个容器中的相同或不同路径上。当出于任何原因从节点中删除 Pod 时，emptyDir 中的数据将被永久删除。

注意：容器崩溃不会从节点中移除 Pod，因此 emptyDir 卷中的数据在容器崩溃时是安全的。

emptyDir 的用法有：

暂存空间，例如用于基于磁盘的合并排序
用作长时间计算崩溃恢复时的检查点
Web 服务器容器提供数据时，保存内容管理器容器提取的文件
容器间共享数据

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pd
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.20
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir: {}

configMap

configMap 卷用于将配置数据注入到 Pod 中。存储在 ConfigMap 中的数据可以在 configMap 类型的卷中引用，然后被运行在 Pod 中的容器化应用使用。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: configmap-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - name: config-volume
      mountPath: /etc/config
  volumes:
  - name: config-volume
    configMap:
      name: my-config

secret

secret 卷用于将敏感信息（如密码）传递到 Pod。你可以将 Secret 存储在 Kubernetes API 中，并将它们挂载为文件，以供 Pod 使用，而无需直接连接到 Kubernetes。secret 卷由 tmpfs（一个 RAM 支持的文件系统）支持，所以它们永远不会写入非易失性存储器。

重要提示：你必须先在 Kubernetes API 中创建一个 Secret，然后才能使用它。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: secret-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - name: secret-volume
      mountPath: /etc/secrets
      readOnly: true
  volumes:
  - name: secret-volume
    secret:
      secretName: my-secret

persistentVolumeClaim

persistentVolumeClaim 卷用于将 PersistentVolume 挂载到容器中。PersistentVolume 是在用户不知道特定云环境的细节的情况下"声明"持久化存储（例如 GCE PersistentDisk 或 iSCSI 卷）的一种方式。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pvc-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: storage-volume
  volumes:
  - name: storage-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-pvc

hostPath

hostPath 卷将主机节点的文件系统中的文件或目录挂载到 Pod 中。该功能大多数 Pod 都用不到，但它为某些应用程序提供了一个强大的解决方案。

例如，hostPath 的用途如下：

运行需要访问 Docker 内部的容器；使用 /var/lib/docker 的 hostPath
在容器中运行 cAdvisor；使用 /sys 的 hostPath
允许 Pod 指定给定的 hostPath 是否应该在 Pod 运行之前存在，是否应该创建，以及它应该以什么形式存在

除了所需的 path 属性之外，用户还可以为 hostPath 卷指定 type。

type 字段支持以下值：

值	行为
	空字符串（默认）用于向后兼容，这意味着在挂载 hostPath 卷之前不会执行任何检查。
`DirectoryOrCreate`	如果在给定的路径上没有任何东西存在，那么将根据需要在那里创建一个空目录，权限设置为 0755，与 Kubelet 具有相同的组和所有权。
`Directory`	给定的路径下必须存在目录
`FileOrCreate`	如果在给定的路径上没有任何东西存在，那么会根据需要创建一个空文件，权限设置为 0644，与 Kubelet 具有相同的组和所有权。
`File`	给定的路径下必须存在文件
`Socket`	给定的路径下必须存在 UNIX 套接字
`CharDevice`	给定的路径下必须存在字符设备
`BlockDevice`	给定的路径下必须存在块设备

使用这种卷类型时请注意：

由于每个节点上的文件都不同，具有相同配置（例如从 PodTemplate 创建的）的 Pod 在不同节点上的行为可能会有所不同
当 Kubernetes 按照调度要求添加资源感知调度时，将无法考虑 hostPath 使用的资源
在底层主机上创建的文件或目录只能由 root 写入。你需要在特权容器中以 root 身份运行进程，或修改主机上的文件权限以便写入 hostPath 卷

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-pod
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.20
    name: test-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /test-pd
      name: test-volume
  volumes:
  - name: test-volume
    hostPath:
      path: /data
      type: Directory

nfs

nfs 卷允许将现有的 NFS（网络文件系统）共享挂载到你的 Pod 中。不像 emptyDir，当删除 Pod 时，nfs 卷的内容被保留，卷仅仅是被卸载。这意味着 NFS 卷可以预填充数据，并且可以在 Pod 之间"切换"数据。NFS 可以被多个写入者同时挂载。

重要提示：你必须先拥有自己的 NFS 服务器，然后才能使用它。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: nfs-volume
  volumes:
  - name: nfs-volume
    nfs:
      server: nfs-server.example.com
      path: /path/to/share

csi

CSI（Container Storage Interface）是容器存储接口的标准，允许存储供应商编写插件来支持其存储系统。CSI 卷类型允许 Pod 使用任何符合 CSI 规范的存储驱动程序。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: csi-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: csi-volume
  volumes:
  - name: csi-volume
    csi:
      driver: my-csi-driver
      volumeAttributes:
        storage.kubernetes.io/csiProvisionerIdentity: my-provisioner

使用 subPath

有时，在单个容器中共享一个卷用于多个用途是有用的。volumeMounts.subPath 属性可用于在引用的卷内而不是其根目录中指定子路径。

下面是一个使用单个共享卷的 LAMP 堆栈（Linux Apache MySQL PHP）的示例。HTML 内容被映射到它的 html 目录，数据库将被存储在它的 mysql 目录中：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-lamp-site
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:8.0
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "rootpasswd" 
    volumeMounts:
    - mountPath: /var/lib/mysql
      name: site-data
      subPath: mysql
  - name: php
    image: php:8.0-apache
    volumeMounts:
    - mountPath: /var/www/html
      name: site-data
      subPath: html
  volumes:
  - name: site-data
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-lamp-site-data

动态子路径

除了静态子路径外，Kubernetes 还支持动态子路径。你可以使用 subPathExpr 字段来引用容器环境变量构造子路径。这对于需要根据 Pod 名称或其他属性创建不同子目录的场景很有用。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-with-dynamic-subpath
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    env:
    - name: POD_NAME
      valueFrom:
        fieldRef:
          fieldPath: metadata.name
    volumeMounts:
    - mountPath: /data
      name: storage-volume
      subPathExpr: $(POD_NAME)
  volumes:
  - name: storage-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-storage

projected 卷

projected 卷将几个现有的卷源映射到同一个目录中。目前支持的卷源包括：

secret
downwardAPI
configMap
serviceAccountToken

所有来源都必须在与 Pod 相同的命名空间中。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: projected-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: busybox:1.35
    volumeMounts:
    - name: all-in-one
      mountPath: "/projected-volume"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: all-in-one
    projected:
      sources:
      - secret:
          name: mysecret
          items:
          - key: username
            path: my-group/my-username
      - downwardAPI:
          items:
          - path: "labels"
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.labels
      - configMap:
          name: myconfigmap
          items:
          - key: config
            path: my-group/my-config

挂载传播

挂载传播允许将由容器挂载的卷共享到同一个 Pod 中的其他容器上，甚至是同一节点上的其他 Pod。这个特性在 Kubernetes 1.10 中变为 Beta 版本。

容器的 volumeMounts 字段有一个 mountPropagation 子字段，它的值可以是：

None：此卷挂载不接收任何后续挂载。这是默认模式。
HostToContainer：此卷挂载将接收所有后续挂载到此卷或其任何子目录的挂载。
Bidirectional：此卷挂载与 HostToContainer 挂载相同。另外，由容器创建的所有卷挂载将被传播回主机和所有使用相同卷的容器。

注意：双向挂载传播可能是危险的。它可能会损坏主机操作系统，因此只能在特权容器中使用。

示例配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mount-propagation-pod
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: busybox:1.35
    volumeMounts:
    - mountPath: /mnt
      name: host-volume
      mountPropagation: HostToContainer
  volumes:
  - name: host-volume
    hostPath:
      path: /mnt/shared

资源限制

对于 emptyDir 卷，可以通过指定 sizeLimit 来限制其大小：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: emptydir-with-limit
spec:
  containers:
  - name: test-container
    image: nginx:1.20
    volumeMounts:
    - mountPath: /cache
      name: cache-volume
  volumes:
  - name: cache-volume
    emptyDir:
      sizeLimit: 1Gi

最佳实践

选择合适的卷类型：
- 临时数据使用 emptyDir
- 持久化数据使用 persistentVolumeClaim
- 配置数据使用 configMap
- 敏感数据使用 secret
安全考虑：
- 尽量避免使用 hostPath，除非绝对必要
- 使用 readOnly 标志来防止意外修改
- 对于敏感数据，确保使用适当的访问控制
性能优化：
- 选择合适的存储类型（SSD vs HDD）
- 考虑数据本地性和网络延迟
- 使用适当的文件系统类型
备份和恢复：
- 为重要数据建立备份策略
- 测试恢复过程
- 使用快照功能（如果支持）

参考

发布于: 2022/05/21 • 最后更新: 2025/07/13 • 编辑页面