Kubernetes 持久卷（PV）与持久卷声明（PVC）详解

1. 概述

容器本质上是临时性的，Kubernetes 通过隔离的命名空间和临时卷来管理存储。但有时我们需要持久化的存储方案，以便在 Pod、节点甚至集群之间持久保存数据。尽管持久卷（Persistent Volume, PV）提供了这样的能力，但它们也有容量限制。因此，我们有时需要调整其大小。虽然扩容本身不难，但将新容量应用到使用它的 Pod 上却可能遇到挑战。

本文将深入探讨 Kubernetes 中的 PV 和 PVC，包括它们的核心概念、如何创建和查看 PV/PVC，以及如何调整它们的大小。

我们使用的测试环境为 Debian 12 (Bookworm)，Shell 为 GNU Bash 5.2.15。除非特别说明，大多数命令在大多数 POSIX 兼容环境中均可运行。

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2. 持久卷（PV）

2.1 概念

在 Kubernetes 中，PV 是集群中的一块存储资源，可以由管理员手动创建，也可以根据 PVC 的请求动态创建。与临时卷不同，PV 的内容在 Pod 重启后依然保留。

2.2 类型

目前主流的非废弃 PV 类型包括：

• csi：容器存储接口（Container Storage Interface）
• fc：光纤通道（Fibre Channel）
• hostPath：映射宿主机路径
• iscsi：基于 IP 的 SCSI 存储
• local：本地节点存储
• nfs：网络文件系统（Network File System）

这些类型的具体实现细节由底层存储系统决定，Kubernetes 通过 StorageClass 抽象了这些细节，使用户无需关心底层实现。

2.3 供应方式

PV 的供应方式分为两种：

✅ 静态供应：先创建 PV，再由 PVC 绑定
✅ 动态供应：PVC 请求时自动创建 PV

无论哪种方式，PVC 最终都会绑定到一个 PV 上。

2.4 回收策略（Reclaim Policy）

当 PVC 被删除后，PV 的处理方式由回收策略决定：

策略	说明
Retain	保留 PV，需手动处理
Delete	自动删除 PV 及其数据
Recycle	清空数据后重新可用（已废弃）

⚠️ Recycle 已被弃用，建议使用 Delete 或 Retain。

2.5 状态（Status）

PV 的生命周期状态包括：

• Available：未绑定
• Bound：已绑定 PVC
• Released：PVC 已删除，等待手动回收
• Failed：自动回收失败

可通过 kubectl get pv 查看 PV 的状态。

2.6 访问模式（Access Modes）

PV 支持多种访问模式，决定其如何被挂载：

模式	说明
ReadWriteOnce (RWO)	单节点读写
ReadOnlyMany (ROX)	多节点只读
ReadWriteMany (RWX)	多节点读写
ReadWriteOncePod (RWOP)	单 Pod 读写（K8s v1.27+）

⚠️ 一个 PVC 只能使用一种访问模式。

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3. 创建持久卷（PV）

以下是一个使用 hostPath 类型的 PV 示例：

kubectl apply --filename=<(echo '
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: hostpath-vol0
  namespace: default
spec:
  storageClassName: xclass
  capacity:
    storage: 6Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  hostPath:
    path: "/mnt/hostpath-vol0-source-path"
    type: DirectoryOrCreate
')

该 PV 使用 hostPath 类型，路径为 /mnt/hostpath-vol0-source-path，容量为 6Gi，访问模式为 RWO。

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4. 创建持久卷声明（PVC）

PVC 是 Pod 对存储的请求。我们先创建一个与上述 PV 匹配的 PVC：

kubectl apply --filename=<(echo '
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: hostpath-vol0-claim
  namespace: default
spec:
  storageClassName: xclass
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi
')

再创建一个未指定 StorageClass 的 PVC：

kubectl apply --filename=<(echo '
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pod0-claim
  namespace: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi
')

⚠️ PVC 不直接指定 PV，而是通过匹配条件（如 StorageClass、容量、访问模式）自动绑定。

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5. 查看 PV 与 PVC 状态

执行以下命令查看 PVC 状态：

kubectl get pvc

输出示例：

NAME                  STATUS   VOLUME                                     CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
hostpath-vol0-claim   Bound    hostpath-vol0                              6Gi        RWO            xclass         27m
pod0-claim            Bound    pvc-04ae85d9-6c3b-4f56-8ed0-7e666f965991   2Gi        RWO            standard       2m10s

查看 PV 状态：

kubectl get pv

输出示例：

NAME                                       CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM                         STORAGECLASS   AGE
hostpath-vol0                              6Gi        RWO            Retain           Bound    default/hostpath-vol0-claim   xclass         29m
pvc-04ae85d9-6c3b-4f56-8ed0-7e666f965991   2Gi        RWO            Delete           Bound    default/pod0-claim            standard       4m15s

可以看到，pod0-claim 动态创建了一个 PV。

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6. 扩容持久卷（PV）

修改 PV 容量非常简单，例如将 hostpath-vol0 从 6Gi 扩容到 7Gi：

kubectl edit pv/hostpath-vol0

找到 capacity.storage 字段并修改：

capacity:
  storage: 7Gi

同样适用于动态生成的 PV：

kubectl edit pv/pvc-04ae85d9-6c3b-4f56-8ed0-7e666f965991

⚠️ 扩容 PV 后，PVC 的容量不会自动更新。

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7. 扩容持久卷声明（PVC）

7.1 直接修改 PVC（不推荐）

尝试直接修改 PVC 容量：

kubectl edit pvc/hostpath-vol0-claim

修改 resources.requests.storage：

resources:
  requests:
    storage: 2Gi

⚠️ 会报错，提示“只有动态供应的 PVC 才能扩容，且 StorageClass 必须支持扩容”。

7.2 修改回收策略

为防止数据丢失，先将 PV 的回收策略设为 Retain：

kubectl edit pv/hostpath-vol0

修改字段：

persistentVolumeReclaimPolicy: Retain

7.3 删除原 PVC

删除 PVC 后 PV 会变为 Released 状态：

kubectl delete pvc/hostpath-vol0-claim

验证 PV 状态：

kubectl get pv/hostpath-vol0

输出示例：

NAME            CAPACITY   STATUS     RECLAIM POLICY
hostpath-vol0   7Gi        Released   Retain

7.4 创建新 PVC

创建新的 PVC，容量为 3Gi：

kubectl apply --filename=<(echo '
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: hostpath-vol0-claim-resized
  namespace: default
spec:
  storageClassName: xclass
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi
')

查看状态：

kubectl get pvc/hostpath-vol0-claim-resized

输出示例：

NAME                          STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES
hostpath-vol0-claim-resized   Pending

7.5 释放 PV

编辑 PV，清空 claimRef：

kubectl patch pv/hostpath-vol0 --patch='{"spec":{"claimRef": null}}'

再次查看 PVC 状态，应为 Bound：

kubectl get pvc/hostpath-vol0-claim-resized

输出示例：

NAME                          STATUS   VOLUME
hostpath-vol0-claim-resized   Bound    hostpath-vol0

✅ PVC 已成功扩容并绑定到原 PV，数据未丢失。

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8. 总结

本文介绍了 Kubernetes 中的 PV 和 PVC 的基本概念、创建方式、状态查看方法，以及扩容技巧。尽管 PVC 本身不能直接扩容（除非 StorageClass 支持），但我们可以通过以下方式实现扩容：

1. 修改 PV 容量
2. 设置 PV 回收策略为 Retain
3. 删除旧 PVC
4. 创建新 PVC 并绑定原 PV

✅ 这种方法可以保留原有数据，避免数据迁移带来的风险。

如需自动化扩容，建议使用支持扩容的 StorageClass，并启用 PVC 扩容功能。