Kubernetes 编排（04）：存储与 PV/PVC——持久卷、动态供给、CSI、StatefulSet 有状态应用

更新时间：2026-09-01。本文是 cloud/kubernetes/ K8s 编排第 04 篇，接 Service 与 Ingress。Pod 是短暂的，但数据需要持久化。PV/PVC 是 K8s 的存储抽象，把存储和 Pod 解耦。StorageClass 实现动态供给，StatefulSet 管理有状态应用。

本文要回答的问题

• PV 和 PVC 是什么？为什么需要它们？
• 静态供给和动态供给有什么区别？
• CSI（Container Storage Interface）是什么？
• StatefulSet 怎么管理有状态应用？和 Deployment 有什么区别？

一、PV 和 PVC

# PV：持久卷，由管理员预先创建
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: my-pv
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  volumeMode: Filesystem
  accessModes:
    - ReadWriteOnce    # 单节点读写
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain  # 释放后保留数据
  storageClassName: standard
  hostPath:  # 单节点测试用，生产环境用 NFS/Ceph 等
    path: /data/pv

# PVC：持久卷声明，由用户创建，请求存储资源
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
  storageClassName: standard

# Pod 使用 PVC
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
    - name: app
      image: nginx
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /usr/share/nginx/html
  volumes:
    - name: data
      persistentVolumeClaim:
        claimName: my-pvc

PV 和 PVC 的绑定：

1. PVC 请求存储（5Gi，ReadWriteOnce）
2. K8s 查找匹配的 PV（容量 >= 5Gi，accessModes 匹配）
3. 找到 → 绑定，PVC 占用 PV 的容量
4. 没找到 → PVC 一直 Pending，直到有 PV 创建

访问模式：

• ReadWriteOnce：单节点读写
• ReadOnlyMany：多节点只读
• ReadWriteMany：多节点读写（NFS 支持）

二、静态供给 vs 动态供给

# 静态供给：管理员预先创建 PV
# 用户创建 PVC，K8s 绑定到已有的 PV
# 缺点：需要管理员预先准备，容量可能浪费或不足

# 动态供给：通过 StorageClass 自动创建 PV
# 用户创建 PVC → StorageClass 自动创建 PV → 绑定

# StorageClass 定义
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: fast
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs  # 云服务商 provisioner
parameters:
  type: gp3
  fsType: ext4
reclaimPolicy: Delete  # 删除 PVC 时自动删除 PV

# 用户 PVC 指定 StorageClass
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi
  storageClassName: fast  # 指定 StorageClass

经验： 生产环境永远用动态供给 + StorageClass，不需要手动创建 PV。

三、CSI（Container Storage Interface）

CSI 是 K8s 和存储系统的标准接口

传统 in-tree 存储插件（旧）：
  存储驱动编译在 K8s 二进制中
  升级存储驱动需要升级 K8s

CSI（新标准）：
  存储驱动是独立的容器，和 K8s 解耦
  升级存储驱动不需要升级 K8s
  所有云服务商都支持 CSI

CSI 插件例子：
  csi-hostpath（本地测试）
  ebs.csi.aws.com（AWS EBS）
  pd.csi.storage.gke.io（GCP PD）
  csi-azure（Azure Disk）
  csi-cephfs（CephFS）

CSI 工作流程：

1. 用户创建 PVC 指定 StorageClass
2. CSI 控制器（Controller）创建存储卷
3. CSI 节点服务（Node）挂载存储卷到节点
4. Kubelet 挂载到 Pod

四、StatefulSet——有状态应用

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql  # 必须关联 Headless Service
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8.0
          volumeMounts:
            - name: data
              mountPath: /var/lib/mysql
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: data
      spec:
        accessModes:
          - ReadWriteOnce
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi
        storageClassName: fast

StatefulSet vs Deployment：

对比	Deployment	StatefulSet
Pod 名称	随机（my-app-xxx）	固定（mysql-0, mysql-1, mysql-2）
Pod 顺序	无序	有序，从 0 开始
存储	共享存储	每个 Pod 独立存储
扩缩容	任意	按顺序，从高到低
更新	滚动更新	按顺序更新
域名	无	唯一 DNS（mysql-0.mysql.default.svc）

StatefulSet 适用场景：

• 数据库（MySQL/PostgreSQL 主从）
• 消息队列（Kafka、RabbitMQ）
• 缓存（Redis Cluster）
• 需要稳定网络标识和独立存储的应用

五、常见坑对照

坑	现象	对策
PVC Pending	没有匹配的 PV 或 StorageClass 不支持	检查 PV 或 StorageClass 是否存在
存储卷挂载失败	Pod 启动失败，VolumeMount 错误	检查 accessModes 和存储类型
StatefulSet 缩容数据丢失	删除 Pod 后 PVC 不删除	volumeClaimTemplates 的 PVC 需要手动删除
回收策略不对	删除 PVC 后数据还在	根据需求设 reclaimPolicy（Delete/Retain）

相关与延伸

K8s 编排 4 篇完成。下一篇：Helm 与包管理——Chart 结构、模板、版本管理、多环境部署；Docker 存储，见 Docker 镜像存储。

一句话总结

K8s 存储与 PV/PVC：PV 是持久卷（管理员创建），PVC 是存储声明（用户请求），PV 和 PVC 通过容量和访问模式匹配绑定；动态供给通过 StorageClass 自动创建 PV，生产环境推荐；CSI 是存储标准接口，独立容器管理存储，升级不需要升级 K8s；StatefulSet 管理有状态应用，Pod 有固定名称和独立存储，适合数据库和消息队列，volumeClaimTemplates 自动为每个 Pod 创建 PVC。