Kubernetes Pods 存储与卷共享

1. 简介

Kubernetes 作为主流的容器编排平台，提供了多种机制来突破容器本身临时性的限制。我们可以通过创建持久化存储卷，使得 Pod 和服务在重启后依然能保留数据，从而实现一致的行为和架构冗余。

然而，Kubernetes 原生对多个微服务共享同一个中心卷的支持并不完全。本文将探讨在 Kubernetes 集群中实现 Pod 间存储共享的几种方式：

回顾数据共享与微服务架构的基本理念
理解 Kubernetes 卷的类型与访问模式
通过示例演示无法跨 Pod 共享的卷（如 emptyDir）
展示可以跨 Pod 共享的卷类型（如 hostPath）
探讨基于 Linux 标准的卷（如 NFS）实现跨 Pod、跨节点共享

本文中的代码示例均在 Debian 12（Bookworm）环境下使用 GNU Bash 5.2.15 测试通过。除非特别说明，适用于大多数 POSIX 兼容环境。

2. 数据共享与架构设计

在微服务架构中，虽然技术上可以实现多个服务共享数据，但是否应该这么做是一个需要权衡的问题。

2.1 数据视角一致性

类似面向对象编程中通过接口封装数据的做法，微服务也应尽量封装自己的数据，并通过特定的读写接口来暴露数据。

这样做的好处是：

✅ 保证数据完整性
✅ 统一消费者视角
✅ 易于数据结构变更后的兼容处理

当多个服务直接读写同一份原始数据时，如果数据结构发生变化，每个服务都必须同步适配，否则可能导致错误。

2.2 原始数据共享的必要性

当然，某些场景下共享原始文件系统路径是不可避免甚至更优的选择：

✅ 日志聚合
✅ 临时缓存目录
✅ 多 Pod 协作任务

这时我们可以借助 Kubernetes 提供的卷机制，或底层操作系统支持的共享文件系统来实现。

3. Kubernetes 卷类型与访问模式

Kubernetes 支持多种卷类型，大致可分为：

临时卷（Ephemeral）：生命周期与 Pod 一致，如 emptyDir
持久卷（Persistent）：独立于 Pod 生命周期，如 hostPath, NFS, CephFS 等

3.1 卷访问模式

卷支持的访问模式决定了它可以被如何使用：

模式	说明
ReadWriteOnce	单节点读写
ReadOnlyMany	多节点只读
ReadWriteMany	多节点读写 ✅（适合共享）
ReadWriteOncePod	单 Pod 读写（Kubernetes 1.22+）

3.2 主流持久卷支持情况

Volume Type	RWO	ROX	RWX	RWOP
AzureFile	✅	✅	✅	❌
CephFS	✅	✅	✅	❌
FC	✅	✅	❌	❌
FlexVolume	✅	✅	⚠️（依赖驱动）	❌
HostPath	✅	❌	❌	❌
iSCSI	✅	✅	❌	❌
NFS	✅	✅	✅	❌
RBD	✅	✅	❌	❌
VsphereVolume	✅	❌	❌	❌
PortworxVolume	✅	❌	✅	❌

⚠️ 注意：一个卷挂载时只能使用一种访问模式。
✅ 推荐：NFS 是最常用且支持 RWX 的卷类型之一。

4. Kubernetes `emptyDir` 卷示例

emptyDir 是一种生命周期与 Pod 一致的临时卷，适用于 Pod 内部容器间共享数据。

创建 Pod 并挂载 `emptyDir` 卷

$ kubectl run -i pod0 --image=debian:latest --overrides='{
  "apiVersion": "v1",
  "spec": {
    "containers": [
      {
        "name": "pod0",
        "image": "debian:latest",
        "command": ["bash"],
        "stdin": true,
        "stdinOnce": true,
        "tty": true,
        "volumeMounts": [
          {
            "mountPath": "/home/emptydir-vol0-attach-path",
            "name": "emptydir-vol0"
          }
        ]
      }
    ],
    "volumes": [
      {
        "name": "emptydir-vol0",
        "emptyDir": {}
      }
    ]
  }
}'

`emptyDir` 卷特性

在 Pod 被调度到节点后创建
同一 Pod 内多个容器共享
容器重启数据保留
Pod 被删除时卷一并销毁

⚠️ 缺点：不能跨 Pod 共享数据，即使两个 Pod 使用相同的 emptyDir 配置，它们的卷也是独立的。

5. Kubernetes `hostPath` 卷示例

hostPath 卷将节点本地路径挂载到 Pod 中，适用于单节点内共享数据。

创建 Pod 并挂载 `hostPath` 卷

$ kubectl run -i --rm pod0 --image=debian:latest --overrides='{
  "apiVersion": "v1",
  "spec": {
    "containers": [
      {
        "name": "pod0",
        "image": "debian:latest",
        "command": ["bash"],
        "stdin": true,
        "stdinOnce": true,
        "tty": true,
        "volumeMounts": [
          {
            "mountPath": "/home/hostpath-vol0-attach-path",
            "name": "hostpath-vol0"
          }
        ]
      }
    ],
    "volumes": [
      {
        "name": "hostpath-vol0",
        "hostPath": {
          "path": "/mnt/hostpath-vol0-source-path",
          "type": "DirectoryOrCreate"
        }
      }
    ]
  }
}'

特性总结

Pod 与节点共享路径
可在多个 Pod 中使用相同路径实现共享
只能在本地节点使用，不支持跨节点共享
存在安全风险，不推荐用于生产环境

示例：跨 Pod 共享

$ for podname in pod0 pod1; do
  kubectl run $podname --image=debian:latest --overrides='{
    "apiVersion": "v1",
    "spec": {
      "containers": [
        {
          "name": "'$podname'",
          "image": "debian:latest",
          "command": ["bash"],
          "stdin": true,
          "stdinOnce": true,
          "tty": true,
          "volumeMounts": [
            {
              "mountPath": "/home/hostpath-vol0-attach-path",
              "name": "hostpath-vol0"
            },
            {
              "mountPath": "/home/emptydir-vol0-attach-path",
              "name": "emptydir-vol0"
            }
          ]
        }
      ],
      "volumes": [
        {
          "name": "hostpath-vol0",
          "hostPath": {
            "path": "/mnt/hostpath-vol0-source-path",
            "type": "DirectoryOrCreate"
          }
        },
        {
          "name": "emptydir-vol0",
          "emptyDir": {}
        }
      ]
    }
  }'
done

测试共享效果

$ echo 666 > /mnt/hostpath-vol0-source-path/hostfile
$ kubectl exec -it pod0 -- bash -c 'echo 667 > /home/hostpath-vol0-attach-path/podfile'

$ for podname in pod0 pod1; do
  kubectl exec -it $podname -- bash -c 'cat /home/hostpath-vol0-attach-path/hostfile; cat /home/hostpath-vol0-attach-path/podfile'
done

输出结果：

✅ 成功实现跨 Pod 共享
❌ emptyDir 卷则无法共享，验证如下：

$ kubectl exec -it pod0 -- bash -c 'echo 668 > /home/emptydir-vol0-attach-path/pod0file'
$ kubectl exec -it pod1 -- bash -c 'cat /home/emptydir-vol0-attach-path/pod0file'

输出：

cat: /home/emptydir-vol0-attach-path/pod0file: No such file or directory
command terminated with exit code 1

6. Kubernetes 与 NFS 卷共享

如果需要实现跨节点、跨 Pod 的数据共享，推荐使用 NFS（Network File System），它是一个标准的 Linux 文件系统协议。

优势

✅ 支持多节点读写（RWX）
✅ 稳定、成熟
✅ 可集成外部存储服务

示例：挂载 NFS 卷

$ kubectl run pod0 --image=debian:latest --overrides='{
  "apiVersion": "v1",
  "spec": {
    "containers": [
      {
        "name": "pod0",
        "image": "debian:latest",
        "command": ["bash"],
        "stdin": true,
        "stdinOnce": true,
        "tty": true,
        "volumeMounts": [
          {
            "mountPath": "/home/nfs-vol0-attach-path",
            "name": "nfs-vol0"
          }
        ]
      }
    ],
    "volumes": [
      {
        "name": "nfs-vol0",
        "nfs": {
          "server": "192.168.6.60",
          "path": "/mnt/nfs/"
        }
      }
    ]
  }
}'

测试 NFS 共享

在 NFS 服务器上写入数据：

$ echo 666 > /mnt/nfs/file

在 Pod 中查看：

$ kubectl exec -it pod0 -- cat /home/nfs-vol0-attach-path/file
666

✅ 成功读取共享数据

7. 总结

本文介绍了 Kubernetes 中实现 Pod 间数据共享的几种方式：

类型	是否跨 Pod	是否跨节点	是否支持 RWX
emptyDir	❌	❌	❌
hostPath	✅（本地）	❌	❌
NFS	✅	✅	✅

✅ 推荐：若需跨节点共享数据，首选 NFS 卷。
⚠️ 警告：hostPath 虽然简单易用，但存在安全风险且不支持跨节点共享，不建议在生产环境中使用。
💡 小贴士：卷访问模式只能选择一种，挂载时务必确认使用正确的模式。

Persistence

REST

Security