Volumes e Persistência no Kubernetes: Dominando o Armazenamento para Aplicações Resilientes

Volumes e persistência no Kubernetes: compreendendo o armazenamento para suas aplicações

O Kubernetes oferece recursos avançados para orquestrar containers, mas quando a aplicação precisa guardar dados de forma durável, é essencial entender como funciona o modelo de armazenamento. A seguir, apresentamos os principais conceitos – Volumes, PersistentVolumes (PVs), PersistentVolumeClaims (PVCs), StorageClasses, provisionamento dinâmico – e a diferença entre aplicações stateless e stateful, indicando quando e como usar armazenamento persistente.

Volume × PersistentVolume (PV) × PersistentVolumeClaim (PVC)

Volume

• Abstração de armazenamento temporário atrelada ao ciclo de vida de um pod.
• Utilizado para compartilhar arquivos entre containers do mesmo pod ou para manter dados enquanto o container está em execução.
• Exemplos comuns: emptyDir (existe enquanto o pod está ativo) e hostPath (diretório do nó).
• Quando o pod é removido, o volume desaparece, salvo se for um PV.

volumes:
  - name: dados-temporarios
    emptyDir: {}

PersistentVolume (PV)

• Recurso de nível de cluster que representa um pedaço de armazenamento físico ou compartilhado.
• Criado pelo administrador ou provisionado dinamicamente; persiste independentemente dos pods.
• Pode ser baseado em NFS, iSCSI, discos de nuvem (EBS, GCE PD) ou drivers CSI (Container Storage Interface – um padrão para integrar sistemas de armazenamento ao Kubernetes).

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv-exemplo
spec:
  capacity:
    storage: 10Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  hostPath:
    path: /mnt/data

PersistentVolumeClaim (PVC)

• Solicitação de armazenamento feita por um usuário ou aplicação, especificando tamanho, modo de acesso e outras características.
• O Kubernetes associa automaticamente o PVC a um PV que satisfaça os requisitos.
• As aplicações referenciam o PVC para montar o volume persistente.

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-exemplo
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

Fluxo prático

1. O cluster tem PVs configurados ou capazes de provisionar novos PVs.
2. O usuário cria um PVC com as características desejadas.
3. O Kubernetes vincula o PVC ao PV adequado.
4. O pod monta o PVC e passa a usar o volume persistente.

StorageClass e provisionamento dinâmico

StorageClass

• Define a “classe” ou tipo de armazenamento disponível (SSD rápido, HDD padrão, armazenamento replicado etc.).
• Abstrai detalhes do provedor e permite parametrizar o provisionamento.
• Cada StorageClass possui um provisioner (driver) que cria PVs automaticamente.

Provisionamento dinâmico

• Elimina a necessidade de criar PVs manualmente.
• Quando um PVC especifica uma StorageClass, o cluster cria um PV sob demanda usando o driver associado.

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: padrao-ssd
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
parameters:
  type: gp2
reclaimPolicy: Delete

spec:
  storageClassName: padrao-ssd
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

O provisionador da AWS cria automaticamente um volume EBS para atender ao PVC.

Stateless × Stateful: quando usar persistência

Aplicações Stateless

• Não mantêm estado entre execuções.
• Podem ser reiniciadas, realocadas ou escaladas livremente.
• Exemplos: servidores web, APIs, caches voláteis.
• Geralmente não precisam de volumes persistentes; utilizam apenas volumes efêmeros ou nenhum volume.

Aplicações Stateful

• Necessitam guardar dados entre reinicializações, upgrades ou falhas.
• Exemplos: bancos de dados (MySQL, PostgreSQL), sistemas de mensageria (Kafka), sistemas de arquivos distribuídos.
• Requerem PVs para garantir durabilidade e consistência.
• São normalmente implantadas com StatefulSets, que fornecem identidade estável e gerenciamento avançado de volumes. Em artigos futuros, aprofundaremos neste tema.

Exemplo prático: pod consumindo um PVC

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-com-pvc
spec:
  containers:
    - name: app-container
      image: minha-app:latest
      volumeMounts:
        - mountPath: /dados
          name: armazenamento-persistente
  volumes:
    - name: armazenamento-persistente
      persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc-exemplo

O pod monta o volume associado ao pvc-exemplo no caminho /dados.

Resumo rápido

Considerações finais

Dominar o modelo de volumes no Kubernetes é fundamental para projetar sistemas resilientes e escaláveis. O uso combinado de PVs, PVCs e StorageClasses com provisionamento dinâmico simplifica a operação e reduz o risco de perda de dados. Identificar corretamente quando sua aplicação é stateless ou stateful garante que você aplique o armazenamento adequado, mantendo a integridade dos dados mesmo diante de falhas, reinicializações ou escalonamento.

Nos próximos artigos abordaremos StatefulSets, StorageClasses avançadas e estratégias de backup e recuperação no Kubernetes.