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kubernetes存储概述

简介

容器内部的的存储在生命周期是短暂的，会随着容器环境的销毁而销毁，具有不稳定性。在k8s里将对容器应用所需的存储资源抽象为存储卷(Volume)概念来解决这些问题。
k8s目前支持的Volume类型包括k8s的内部资源对象类型，开源共享存储类型和公有云存储等。

k8s存储分类

  • k8s特定的资源对象：

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    ConfigMap            # 应用配置
    Secret               # 加密数据
    ServiceAccountToken  # token数据

  • k8s本地存储类型:

    • emptyDir

      • 简介
        • 临时存储，宿主机上会有有一个临时目录，如果POD结束，目录删除
      • 使用场景
        • 初始化容器，想要修改主容器内的数据，那么需要在一个POD中，共享初始化容器和主容器的目录

    • hostPath

      • 简介
        • 永久存储，指定宿主机目录，会存储主容器的数据
      • 使用场景
        • MySQL数据目录，gitlab配置文件目录、数据目录、日志目录，jenkins数据目录…
        • 保证数据的持久化，存储主容器内的数据目录

  • 持久化存储(PV)和网络共享存储：

    • 网络共享存储(不限制磁盘空间)
    • CephFS
      • GlusterFS ===》 GFS 就是NFS的集群版
      • NFS
      • fastDFS（k8s不支持）
    • 持久化存储(PV)
    • 通过PV划分资源空间，PVC绑定到PV上
      • PersistentVolumeClaim: 简称PVC，持久化存储的申请空间

本地存储

EmptyDir

  • 启动测试pod

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    # vim mysql.yaml
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: mysql-dp-test
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          run: mysql
      template:
        metadata:
          name: mysql-pod
          labels:
            run: mysql
        spec:
          volumes:
          - name: db-data
            emptyDir: {}
          containers:
          - name: mysql-container
            image: mysql:5.7
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              value: '123'
            volumeMounts:
            - name: db-data
              mountPath: /var/lib/mysql

  • 启动pod

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    # 应用资源清单
    kubectl apply -f mysql.yaml
    deployment.apps/mysql-dp-test created

    # 查看pod在哪个node节点
    kubectl get pod -o wide
    NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP          NODE
    mysql-dp-test-cbd4b6458-svjfs   1/1     Running   0          27m   10.2.1.48   k8s02

  • node节点查看数据

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    # 在node节点查看容器的ID
    docker ps
    CONTAINER ID     IMAGE          COMMAND                  CREATED
    `872734e99dfb`   c20987f18b13   "docker-entrypoint.s…"   23 minutes ago

    # 在node节点查看容器的详细信息
    docker inspect 872734e99dfb
    "Type": "bind",
    "Source": "/var/lib/kubelet/pods/a4cb2b28-aa70-4758-b15e-32e9908048ca/volumes/kubernetes.io~empty-dir/db-data",
    "Destination": "/var/lib/mysql",
    "Mode": "",
    "RW": true,
    "Propagation": "rprivate"

    # 在node节点查看文件目录
    ll /var/lib/kubelet/pods/a4cb2b28-aa70-4758-b15e-32e9908048ca/volumes/kubernetes.io~empty-dir/db-data
    -rw-r----- 1 polkitd input       56 Jun 15 20:04 auto.cnf
    -rw------- 1 polkitd input     1676 Jun 15 20:04 ca-key.pem
    -rw-r--r-- 1 polkitd input     1112 Jun 15 20:04 ca.pem
    -rw-r--r-- 1 polkitd input     1112 Jun 15 20:04 client-cert.pem
    -rw------- 1 polkitd input     1676 Jun 15 20:04 client-key.pem
    -rw-r----- 1 polkitd input     1353 Jun 15 20:05 ib_buffer_pool
    -rw-r----- 1 polkitd input 79691776 Jun 15 20:05 ibdata1
    -rw-r----- 1 polkitd input 50331648 Jun 15 20:05 ib_logfile0
    -rw-r----- 1 polkitd input 50331648 Jun 15 20:04 ib_logfile1
    -rw-r----- 1 polkitd input 12582912 Jun 15 20:05 ibtmp1
    drwxr-x--- 2 polkitd input     4096 Jun 15 20:04 mysql
    drwxr-x--- 2 polkitd input     8192 Jun 15 20:04 performance_schema
    -rw------- 1 polkitd input     1676 Jun 15 20:04 private_key.pem
    -rw-r--r-- 1 polkitd input      452 Jun 15 20:04 public_key.pem
    -rw-r--r-- 1 polkitd input     1112 Jun 15 20:04 server-cert.pem
    -rw------- 1 polkitd input     1680 Jun 15 20:04 server-key.pem
    drwxr-x--- 2 polkitd input     8192 Jun 15 20:04 sys

  • 停止pod

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    # 停止pod资源
    kubectl delete -f mysql.yaml

  • 查看node节点上的文件目录

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    # 在node节点查看文件目录
    ll /var/lib/kubelet/pods/a4cb2b28-aa70-4758-b15e-32e9908048ca/volumes/kubernetes.io~empty-dir/db-data
    ls: cannot access /var/lib/kubelet/pods/a4cb2b28-aa70-4758-b15e-32e9908048ca/volumes/kubernetes.io~empty-dir/db-data: No such file or directory
    ## 在宿主机上生成一个临时的目录存储数据，如果POD删除，则目录也会删除

hostPath

简介

警告：HostPath 卷存在许多安全风险，最佳做法是尽可能避免使用 HostPath。

当必须使用 HostPath 卷时，它的范围应仅限于所需的文件或目录，并以只读方式挂载。

如果通过 AdmissionPolicy 限制 HostPath 对特定目录的访问，则必须要求volumeMounts使用readOnly挂载以使策略生效。

添加磁盘的步骤

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# 查看磁盘
fdisk -l

# 分区
fdisk /dev/sdb

# 格式化
mkfs.xfs /dev/sdb1

# 挂载
blkid /dev/sbd1

hostPath语法格式

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hostPath : HostPathVolumeSource v1 core
  path : string
  type : string

type类型

取值 行为
空字符串（默认） 空字符串（默认）用于向后兼容，这意味着在安装 hostPath 卷之前不会执行任何检查。
DirectoryOrCreate 如果在给定路径上什么都不存在，那么将根据需要创建空目录，权限设置为 0755，具有与 kubelet 相同的组和属主信息。
Directory 在给定路径上必须存在的目录。
FileOrCreate 如果在给定路径上什么都不存在，那么将在那里根据需要创建空文件，权限设置为 0644，具有与 kubelet 相同的组和所有权。
File 在给定路径上必须存在的文件。
Socket 在给定路径上必须存在的 UNIX 套接字。
CharDevice 在给定路径上必须存在的字符设备。
BlockDevice 在给定路径上必须存在的块设备。

示例资源清单

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# cat mysql.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql-dp-test
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      run: mysql
  template:
    metadata:
      name: mysql-pod
      labels:
        run: mysql
    spec:
      volumes:
      - name: db-data
        hostPath:
          path: /opt/mysql
          type: Directory
      containers:
      - name: mysql-container
        image: mysql:5.7
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: '123'
        volumeMounts:
        - name: db-data
          mountPath: /var/lib/mysql

持久化存储PV和PVC

PV和PVC概述

PV和PVC介绍

  • PV
    • PV是对底层网络共享存储的抽象，将共享存储定义为一种“资源”。
    • PV由管理员创建和配置
  • PVC
    • PVC则是用户对存储资源的一个“申请”。
    • 就像Pod消费Node的资源一样，PVC能够“消费”PV资源
    • PVC可以申请特定的存储空间和访问模式

PV和PVC的生命周期

image-20230618182550162

PV和PVC需要注意的地方

  • 在PV的整个生命周期中，可能会处于4种不同的阶段:
    • Avaliable（可用） ：表示可用状态，还未被任何PVC绑定
    • Bound（可绑定） ：表示PV已经被PVC绑定
    • Released（已释放）：PVC被删除，但是资源还未被集群重新声明
    • Failed（失败） ：表示该PV的自动回收失败

image-20230618183107402

重点

  • 创建PVC之后，k8s就会去查找满足我们声明要求的PV,比如storageClassName , accessModes 以及容量这些是否满足要求，如果满足要求就将PV和PVC绑定在一起。
  • 需要注意的是目前PV和PVC之间是一对一绑定的关系，也就是说一个PV只能被一个PVC绑定。

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PV和PVC的使用

部署NFS

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# 安装nfs-utils
yum install nfs-utils -y

# 查看NFS配置文件
cat /etc/exports
/data/wp 172.16.1.0/24(rw,sync,root_squash)
/data/test1 172.16.1.0/24(rw,sync,no_root_squash,no_all_squash)
/data/test2 172.16.1.0/24(rw,sync,no_root_squash,no_all_squash)

# 创建NFS数据目录
mkdir /data/test1
mkdir /data/test2

# 重启NFS服务
systemctl start nfs
NFS共享参数 参数作用
rw* 读写权限
ro 只读权限
root_squash 当NFS客户端以root管理员访问时，映射为NFS服务器的匿名用户(不常用)
no_root_squash 当NFS客户端以root管理员访问时，映射为NFS服务器的root管理员(不常用)
all_squash 无论NFS客户端使用什么账户访问，均映射为NFS服务器的匿名用户(常用)
no_all_squash 无论NFS客户端使用什么账户访问，都不进行压缩
sync* 同时将数据写入到内存与硬盘中，保证不丢失数据
async 优先将数据保存到内存，然后再写入硬盘；这样效率更高，但可能会丢失数据
anonuid* 配置all_squash使用,指定NFS的用户UID,必须存在系统
anongid* 配置all_squash使用,指定NFS的用户UID,必须存在系统

PV和PVC的语法

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# PV资源参数
capacity:    # PV存储的容量
accessModes: # 访问模式,k8s支持的访问模式如下
  - ReadWriteOnce(RWO):  # 读写权限，并且只能被单个Node挂载
  - ReadOnlyMany(ROX):   # 只读权限，允许被多个Node挂载
  - ReadWriteMany(RWX):  # 读写权限，允许被多个Node挂载
persistentVolumeReclaimPolicy:  # 回收策略
  - Retain:  # 保留数据，需要手工处理
  - Recycle: # 简单清除文件的操作(例如运行rm -rf /dada/* 命令)
  - Delete:  # 与PV相连的后端存储完成Volume的删除操作
storageClassName:  # 存储类别
  • 访问模式的作用
    1. 是否数据持久化
    2. 是否能被其他PVC绑定
  • 回收策略
    • 保留（Retain）
      • 回收策略 Retain 使得用户可以手动回收资源。当 PersistentVolumeClaim 对象被删除时，PersistentVolume 卷仍然存在，对应的数据卷被视为”已释放（released）”。
      • 由于卷上仍然存在这前一申领人的数据，该卷还不能用于其他申领。 管理员可以手动回收该卷
      • 手动回收卷：
        1. 删除 PersistentVolume 对象。与之相关的、位于外部基础设施中的存储资产 （例如 AWS EBS、GCE PD、Azure Disk 或 Cinder 卷）在 PV 删除之后仍然存在。
        2. 根据情况，手动清除所关联的存储资产上的数据。
        3. 手动删除所关联的存储资产。
        4. 如果你希望重用该存储资产，可以基于存储资产的定义创建新的 PersistentVolume 卷对象。
    • 清除（Recycle）
      • 如果下层的卷插件支持，回收策略 Recycle 会在卷上执行一些基本的擦除 （rm -rf /thevolume/*）操作，之后允许该卷用于新的 PVC 申领。
      • 目前只有NFS和HostPath两种类型的PV支持Recycle策略。
    • 删除（Delete）
      • 与PV相连的后端存储完成Volume的删除操作
  • 存储类别
    • 具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC绑定。
    • 未指定类型的PV则只能与不请求任何类别的PVC绑定。

创建PV资源，划分NFS磁盘空间

  • 编写PV创建资源清单

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    # 创建pv01
    vim nfs-pv1.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolume
    metadata:
      name: pv01
    spec:
      capacity:
        storage: 5Gi
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
      storageClassName: nfs
      nfs:
        path: /data/test1
        server: 172.16.1.31

    # 创建pv02
    vim nfs-pv2.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolume
    metadata:
      name: pv02
    spec:
      capacity:
        storage: 1Gi
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
      storageClassName: nfs
      nfs:
        path: /data/test2
        server: 172.16.1.31

    # 创建pv03
    vim nfs-pv3.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolume
    metadata:
      name: pv03
    spec:
      capacity:
        storage: 3Gi
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
      storageClassName: nfs
      nfs:
        path: /data/wp
        server: 172.16.1.31

    # 创建pv04
    vim local-pv4.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolume
    metadata:
      name: pv04
    spec:
      capacity:
        storage: 10Gi
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      persistentVolumeReclaimPolicy: Recycle
      storageClassName: nfs
      nfs:
        path: /data/local

  • 应用资源清单并查看

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    # 应用资源清单
    kubectl apply -f nfs-pv1.yaml
    kubectl apply -f nfs-pv2.yaml
    kubectl apply -f nfs-pv3.yaml
    kubectl apply -f local-pv4.yaml

    # 查看资源清单
    kubectl get pv
    NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM   STORAGECLASS
    pv01   5Gi        RWO            Recycle          Available           nfs         
    pv02   1Gi        RWO            Recycle          Available           nfs         
    pv03   3Gi        RWO            Recycle          Available           nfs         
    pv04   10Gi       RWO            Recycle          Available           benduchunchu

使用PVC申请资源

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  • 资源语法

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    vim pvc01.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: pvc01
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 2Gi
      storageClassName: nfs

    # PVC资源关键参数：
    accessModes:      # 访问模式，与PV定义的一样
    resources:        # 描述对存储资源的请求，设置需要的存储空间大小
    storageClassName: # 存储类别，与PV的存储类型相匹配

  • PVC申请资源

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    # 应用资源清单
    kubectl apply -f pvc01.yaml

    # 查看PV状态
    kubectl get pv
    NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           
    pv01   5Gi        RWO            Recycle          Available                   
    pv02   1Gi        RWO            Recycle          Available                   
    pv03   3Gi        RWO            Recycle          Bound       default/pvc01   
    pv04   10Gi       RWO            Recycle          Available                   

    # 查看PVC资源
    kubectl get pvc
    NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
    pvc01   Bound    pv03     3Gi        RWO            nfs            3s

    # 查看指定pv的详细信息
    kubectl describe pv pv03
    Name:            pv03
    Labels:          <none>
    Annotations:     pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
    Finalizers:      [kubernetes.io/pv-protection]
    StorageClass:    nfs
    Status:          Bound
    Claim:           default/pvc01
    Reclaim Policy:  Recycle
    Access Modes:    RWO
    VolumeMode:      Filesystem
    Capacity:        3Gi
    Node Affinity:   <none>
    Message:         
    Source:
        Type:      NFS (an NFS mount that lasts the lifetime of a pod)
        Server:    172.16.1.31
        Path:      /data/wp
        ReadOnly:  false
    Events:        <none>

    # 查看指定pvc的详细信息
    kubectl describe pvc pvc01
    Name:          pvc01
    Namespace:     default
    StorageClass:  nfs
    Status:        Bound
    Volume:        pv03
    Labels:        <none>
    Annotations:   pv.kubernetes.io/bind-completed: yes
                   pv.kubernetes.io/bound-by-controller: yes
    Finalizers:    [kubernetes.io/pvc-protection]
    Capacity:      3Gi
    Access Modes:  RWO
    VolumeMode:    Filesystem
    Mounted By:    <none>
    Events:        <none>

    # 编辑pvc02资源清单
    vim pvc02.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: pvc02
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 4Gi
      storageClassName: nfs

    # 应用资源清单
    kubectl apply -f pvc02.yaml

    # 查看PV状态
    kubectl get pv
    NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           
    pv01   5Gi        RWO            Recycle          Bound       default/pvc02   
    pv02   1Gi        RWO            Recycle          Available                   
    pv03   3Gi        RWO            Recycle          Bound       default/pvc01   
    pv04   10Gi       RWO            Recycle          Available                   

    # 查看PVC状态
    kubectl get pvc
    NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
    pvc01   Bound    pv03     3Gi        RWO            nfs            72m
    pvc02   Bound    pv01     5Gi        RWO            nfs            65s

    # 编辑pvc03资源清单
    vim pvc03.yaml
    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: pvc03
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 8Gi
      storageClassName: bendicunchu

    # 应用资源清单
    kubectl apply -f pvc03.yaml

    # 查看PV状态
    kubectl get pv
    NAME   CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS      CLAIM           
    pv01   5Gi        RWO            Recycle          Bound       default/pvc02   
    pv02   1Gi        RWO            Recycle          Available                   
    pv03   3Gi        RWO            Recycle          Bound       default/pvc01   
    pv04   10Gi       RWO            Recycle          Available                   

    # 查看PVC状态
    kubectl get pvc
    NAME    STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
    pvc01   Bound     pv03     3Gi        RWO            nfs            73m
    pvc02   Bound     pv01     5Gi        RWO            nfs            3m
    pvc03   Bound     pv04     10Gi       RWO            bendicunchu    35s

    image-20230618210953074

创建POD使用PVC资源

POD关联PVC的方式

  • PVC关联PV：
    • accessModes
    • storageClassName
    • storage: 2Gi
  • POD关联PVC：
    • 通过PVC名字
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# 查看PVC状态
kubectl get pvc
NAME  STATUS VOLUME CAPACITY ACCESS MODES STORAGECLASS AGE
pvc01 Bound pv03 3Gi RWO nfs 6m18s
# 2G
pvc02 Bound pv01 5Gi RWO nfs 117s
# 4G
pvc03 Bound pv04 10Gi RWO bendicunchu 31s
# 8G
## 如果没有可以绑定的PV则会进入pending状态

# 查看pvc状态
kubectl get pvc
NAME    STATUS    VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
pvc01   Bound     pv03     3Gi        RWO            nfs            79m
pvc02   Bound     pv01     5Gi        RWO            nfs            8m23s
pvc03   Bound     pv04     10Gi       RWO            bendicunchu    5m23s
pvc04   Pending                                      bendicunchu    90s

# 查看PVC04的详细状态
kubectl       describe pvc pvc04
Name:         pvc04
Namespace:    default
StorageClass: bendicunchu
Status:       Pending
Volume:
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Finalizers:   [kubernetes.io/pvc-protection]
Capacity:
Access Modes:
VolumeMode:   Filesystem
Mounted By:   <none>
Events:
  Type       Reason      Age    From        Message
  ----       ------      ----   ----        -------
  Warning ProvisioningFailed 9s (x4 over 49s) persistentvolume-controller
storageclass.storage.k8s.io "bendicunchu" not found
## 如果是recycle，pvc解绑之后，PV资源会被回收，那么如果满足pending状态的PVC，则会被绑定，如果Ratin，则永远无法被绑定，除非手动删除回收资源

# 查看pvc状态
kubectl get pvc
NAME    STATUS   VOLUME   CAPACITY   ACCESS MODES  STORAGECLASS   AGE
pvc01   Bound    pv03     3Gi        RWO           nfs            14m
pvc02   Bound    pv01     5Gi        RWO           nfs            10m
pvc04   Bound    pv04     10Gi       RWO           bendicunchu    116s

示例：mysql-deployment绑定pvc

  • 编写资源清单

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    vim mysql.yaml
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: mysql-dp-pvc
    spec:
      replicas: 1
      selector:
        matchLabels:
          run: mysql
      template:
        metadata:
          name: mysql-pod
          labels:
            run: mysql
        spec:
          volumes:
          - name: nfs-pvc
            persistentVolumeClaim:
              claimName: pvc02
          containers:
          - name: mysql-container
            image: mysql:5.7
            imagePullPolicy: IfNotPresent
            env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              value: '123'
            volumeMounts:
            - name: nfs-pvc
              mountPath: /var/lib/mysql

  • 应用资源清单

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    # 应用资源清单
    kubectl apply -f mysql.yaml

    # 查看pod状态
    kubectl get pod
    NAME                            READY   STATUS   RESTARTS   AGE
    mysql-dp-pvc-5b59d6fc86-hvcmf   1/1     Running    0          22s

    # 查看pod详细信息
    kubectl describe pod mysql-dp-pvc-5b59d6fc86-md58d
    Volumes:
      nfs-pvc:
        Type: PersistentVolumeClaim (a reference to a PersistentVolumeClaim in the same namespace)
        ClaimName: pvc02
        ReadOnly: false

  • 参数解析

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    # 关键参数解释：
    persistentVolumeClaim: # 引用PVC
    claimName: mysql-pvc # 具体PVC的名称

    # 测试方法
    1.创建nfs-pv
    2.创建mysql-pvc
    3.创建mysql-deployment并挂载mysq-pvc
    4.登陆到mysql的pod里创建一个数据库
    5.将这个pod删掉，因为deployment设置了副本数，所以会自动再创建一个新的pod
    6.登录这个新的pod，查看刚才创建的数据库是否依然能看到
    7.如果仍然能看到，则说明数据是持久化保存的