Kubernetes 环境下的 PostgreSQL 部署

基于官方 postgres 镜像的生产级部署与备份实践

前言

PostgreSQL 作为最强大的开源关系型数据库之一，在企业级应用中扮演着重要角色。将 PostgreSQL 部署在 Kubernetes 环境中，不仅能享受容器化带来的便利，还能利用 Kubernetes 的弹性伸缩和自愈能力。

今天，我将分享一套完整的 PostgreSQL K8s 部署方案，包括 StatefulSet 部署、用户权限管理、以及自动备份策略。

为什么选择 Kubernetes 部署 PostgreSQL？

整体架构一览

先来看一张部署架构图：

核心组件解析

1. StatefulSet 控制器

采用 StatefulSet 而非 Deployment，这是 PostgreSQL 作为有状态应用的必然选择：

• 稳定的网络标识：Pod 名称固定为 postgres-master-0
• 有序的部署/扩缩容：确保数据完整性
• 独立的持久存储：每个 Pod 绑定独立的 HostPath

2. hostNetwork 网络模式

spec:
  hostNetwork: true
  hostAliases:
    - ip: "<INTERNAL_IP>"
      hostnames:
        - "postgres-master"

使用 hostNetwork: true 让 PostgreSQL 直接使用宿主机网络，避免端口映射带来的性能损耗。

3. NodePort 外部访问

spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 5432
      targetPort: 5432
      nodePort: 30032

通过 NodePort 30032 暴露服务，外部客户端可通过 host:<NODE_IP>:30032 访问数据库。

4. 双目录 HostPath 挂载

volumeMounts:
  - name: postgres-lib
    mountPath: /var/lib/postgresql/
  - name: postgres-data
    mountPath: /var/lib/postgresql/data/

分离 lib 目录和数据目录，便于分别管理配置文件和数据文件。

部署配置文件详解

完整的 YAML 编排

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: csjg-postgres

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: postgres-master-out
  name: postgres-master-out
  namespace: csjg-postgres
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 5432
      targetPort: 5432
      nodePort: 30032
  selector:
    app: postgres-master

---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  labels:
    app: postgres-master
  name: postgres-master
  namespace: csjg-postgres
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: postgres-master
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgres-master
    spec:
      hostNetwork: true
      hostAliases:
        - ip: "<INTERNAL_IP>"
          hostnames:
            - "postgres-master"
      containers:
        - name: postgres-master
          image: postgres:10.20-alpine
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          env:
            - name: POSTGRES_PASSWORD
              value: "********"
            - name: ALLOW_IP_RANGE
              value: "0.0.0.0/0"
            - name: TZ
              value: "Asia/Shanghai"
          ports:
            - containerPort: 5432
          volumeMounts:
            - name: postgres-lib
              mountPath: /var/lib/postgresql/
            - name: postgres-data
              mountPath: /var/lib/postgresql/data/
          resources:
            limits:
              cpu: 3
              memory: 30Gi
            requests:
              cpu: 100m
              memory: 2Gi
      volumes:
        - name: postgres-lib
          hostPath:
            path: /home/postgres/data/
        - name: postgres-data
          hostPath:
            path: /home/postgres/data/data/
      nodeSelector:
        postgres-server: master

关键配置说明

部署实战

部署流程图

详细部署步骤

步骤一：节点准备

# 查看当前节点及其标签
kubectl get node --show-labels=true

# 给专用节点添加标签
kubectl label nodes <NODE_NAME> postgres-server=master

步骤二：创建数据目录

# 在目标节点上创建数据目录
mkdir -p /home/postgres/data/data

# 确保权限正确
chmod -R 777 /home/postgres

步骤三：部署资源

# 一键部署所有资源
kubectl apply -f postgres.yaml

# 查看 Pod 状态
kubectl get pod -n csjg-postgres -o wide

# 查看日志
kubectl logs -f postgres-master-0 -n csjg-postgres

用户权限管理

数据库安全至关重要，我们需要创建不同角色的用户：

创建只读用户

-- 创建只读账号
CREATE USER readonly_user WITH PASSWORD '********';

-- 设置只读事务模式
ALTER USER readonly_user SET default_transaction_read_only = on;

-- 授予连接权限
GRANT CONNECT ON DATABASE <DATABASE_NAME> TO readonly_user;
GRANT USAGE ON SCHEMA public TO readonly_user;
GRANT SELECT ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO readonly_user;

创建读写用户

-- 创建读写账号
CREATE USER readwrite_user WITH PASSWORD '********';

-- 授予数据库级权限
GRANT ALL PRIVILEGES ON DATABASE <DATABASE_NAME> TO readwrite_user;

-- 授予 Schema 权限
GRANT ALL PRIVILEGES ON SCHEMA public TO readwrite_user;
GRANT ALL PRIVILEGES ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO readwrite_user;

-- 如需超级权限（谨慎使用）
ALTER USER readwrite_user WITH SUPERUSER;

密码重置

-- 重置用户密码
ALTER USER <USER_NAME> WITH PASSWORD '********';

数据备份与恢复

数据备份是数据库运维的生命线！下面介绍完整的备份方案：

备份策略架构图

备份脚本

#!/bin/bash

# 备份存放位置
BACKUP_DIR=/var/lib/backup/

# 创建备份目录
if [ ! -d "$BACKUP_DIR" ]; then
    mkdir -p "$BACKUP_DIR"
fi
cd $BACKUP_DIR

# 删除30天之前的备份
find $BACKUP_DIR -type d -mtime +30 -exec rm -rf {} \;

# 每天凌晨执行，备份数据文件夹名为 yyyy-MM-dd 格式
dateDIR=`date +%Y-%m-%d`
mkdir -p $dateDIR

# 备份指定的数据库
backupDB=(bac_doc bac_delivery)
backupDBArr=$(echo ${backupDB[@]})

# 使用压缩转储每一个数据库
for i in $backupDBArr; do
    pg_dump -h <POSTGRES_HOST> -p 30032 -U postgres $i | gzip > $BACKUP_DIR$dateDIR/${i}_${dateDIR}.gz
done

定时任务配置

# crontab 配置
01 00 * * * root docker exec postgres-db-1 /backup.sh 2>&1

每天凌晨 00:01 自动执行备份任务。

备份文件格式

/var/lib/backup/
├── 2026-04-15/
│   ├── bac_doc_2026-04-15.gz
│   └── bac_delivery_2026-04-15.gz
├── 2026-04-16/
│   ├── bac_doc_2026-04-16.gz
│   └── bac_delivery_2026-04-16.gz
└── 2026-04-17/
    ├── bac_doc_2026-04-17.gz
    └── bac_delivery_2026-04-17.gz

恢复方法

方法一：pg_restore（推荐）

# 解压并恢复
gunzip -c backup.gz | pg_restore -h <HOST> -p 5432 -U postgres -d <DB_NAME>

方法二：psql（文本格式）

# 全量恢复
gunzip -c backup.sql.gz | psql -h <HOST> -p 5432 -U postgres -d <DB_NAME>

方法三：物理备份

适用于需要快速恢复的场景，但需要停机或配合 PITR（Point-In-Time Recovery）。

连接验证

命令行连接

# 连接 PostgreSQL
psql -h <NODE_IP> -p 30032 -U postgres

# 查看数据库列表
SELECT datname FROM pg_database;

# 查看版本
SELECT version();

连接字符串

postgresql://postgres:<PASSWORD>@<NODE_IP>:30032/<DATABASE_NAME>

常用管理工具

运维最佳实践

日常检查清单

# 1. Pod 状态检查
kubectl get pod -n csjg-postgres

# 2. 存储使用情况
kubectl exec postgres-master-0 -n csjg-postgres -- df -h /var/lib/postgresql/data/

# 3. 数据库连接数
kubectl exec postgres-master-0 -n csjg-postgres -- psql -U postgres -c "SELECT count(*) FROM pg_stat_activity;"

# 4. 慢查询检查
kubectl exec postgres-master-0 -n csjg-postgres -- psql -U postgres -c "SELECT * FROM pg_stat_statements ORDER BY mean_exec_time DESC LIMIT 10;"

故障排查