一、部署前环境准备

1.1 集群基础要求

Kubernetes 集群需满足以下条件：支持 StatefulSet 控制器（v1.9+）、具备持久化存储类（如云存储卷、NFS 等）、配置了适当的 CPU/内存资源配额。建议使用最新稳定版 Kubernetes（如 1.28+），可通过 kubectl version 验证集群版本。

1.2 存储方案选择

PostgreSQL 依赖持久化存储，推荐方案包括：

• 云存储服务：AWS EBS、Azure Disk、GCP Persistent Disk（需配置 StorageClass）
• 本地存储：使用 local volume（需注意节点亲和性）
• 分布式存储：Ceph、Rook-CSI（适合生产环境高可用）
  示例 StorageClass 定义：

  apiVersion: storage.k8s.io/v1
  kind: StorageClass
  metadata:
  name: postgresql-ssd
  provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
  parameters:
  type: gp3
  fsType: ext4

二、核心部署方案

2.1 使用 StatefulSet 部署

StatefulSet 是部署有状态应用的最佳实践，关键配置项包括：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgresql
spec:
  serviceName: postgresql-headless
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: postgresql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgresql
    spec:
      containers:
      - name: postgres
        image: postgres:15-alpine
        ports:
        - containerPort: 5432
        env:
        - name: POSTGRES_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: postgres-secrets
              key: password
        volumeMounts:
        - name: postgres-data
          mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: postgres-data
    spec:
      accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
      storageClassName: postgresql-ssd
      resources:
        requests:
          storage: 50Gi

2.2 配置持久化存储

通过 volumeClaimTemplates 自动创建 PVC，需注意：

• 访问模式：ReadWriteOnce（单节点读写）或 ReadWriteMany（多节点读写）
• 存储大小：根据业务需求设置（建议初始 50GB+）
• 回收策略：生产环境推荐 Retain 防止数据误删

2.3 配置数据库参数

通过 ConfigMap 管理配置文件：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: postgresql-config
data:
  postgresql.conf: |
    max_connections = 200
    shared_buffers = 1GB
    work_mem = 8MB
    maintenance_work_mem = 512MB
  pg_hba.conf: |
    host    all            all            0.0.0.0/0               md5

在容器启动命令中挂载配置：

command: ["postgres"]
args: ["-c", "config_file=/etc/postgresql/postgresql.conf"]
volumeMounts:
- name: config-volume
  mountPath: /etc/postgresql

三、高可用架构设计

3.1 主从复制实现

使用 Patroni + etcd 实现自动化故障转移：

# patroni.yaml 示例
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: patroni
        image: patroni:2.1
        env:
        - name: ETCD_HOSTS
          value: "etcd-cluster:2379"
        - name: POSTGRESQL_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: postgres-secrets
              key: password

3.2 读写分离配置

通过 Service 实现流量分发：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: postgresql-read
spec:
  selector:
    app: postgresql
    role: replica
  ports:
  - port: 5432

四、运维管理实践

4.1 备份恢复方案

推荐使用 pg_dump + 对象存储：

# 每日备份脚本
kubectl exec postgresql-0 -- \
  pg_dump -U postgres -Fc mydb > /backup/mydb-$(date +%Y%m%d).dump

配合 CronJob 实现自动化：

apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
spec:
  schedule: "0 2 * * *"
  jobTemplate:
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: backup
            image: postgres:15-alpine
            command: ["/bin/sh", "-c", "pg_dump -U postgres -Fc mydb > /backup/mydb-$(date +%Y%m%d).dump"]

4.2 监控告警设置

使用 Prometheus + Grafana 监控关键指标：

# ServiceMonitor 示例
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: postgresql-exporter
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: postgresql-exporter
  endpoints:
  - port: metrics
    interval: 30s
    path: /metrics

五、性能优化建议

5.1 资源限制配置

resources:
  requests:
    cpu: "500m"
    memory: "2Gi"
  limits:
    cpu: "2000m"
    memory: "4Gi"

5.2 连接池配置

推荐使用 PgBouncer：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pgbouncer
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pgbouncer
        image: pgbouncer:1.17
        ports:
        - containerPort: 6432
        env:
        - name: DATABASE_URL
          value: "postgres://user:pass@postgresql:5432/db"

六、常见问题处理

6.1 数据持久化故障

症状：PVC 状态为 Pending
解决方案：

1. 检查 StorageClass 是否存在
2. 验证节点是否有可用存储资源
3. 检查 PVC 请求大小是否超过配额

6.2 连接超时问题

排查步骤：

1. 检查 Service 端点是否正常：kubectl get endpoints postgresql
2. 验证网络策略是否阻止访问
3. 检查 PostgreSQL 日志中的连接错误

七、升级迁移指南

7.1 版本升级流程

1. 创建新版本 StatefulSet（使用新镜像）
2. 执行 pg_upgrade 工具迁移数据
3. 验证数据一致性后切换服务

7.2 集群迁移方案

推荐使用 pg_dumpall + 状态同步：

# 主库执行
pg_dumpall -U postgres > full_backup.sql
# 新集群恢复
kubectl exec -i new-postgresql-0 -- psql -U postgres < full_backup.sql

通过以上方案，开发者可以在 Kubernetes 环境中构建企业级 PostgreSQL 服务。实际部署时需根据业务负载调整资源参数，建议先在测试环境验证配置有效性。对于生产环境，建议结合 Helm Chart（如 Bitnami PostgreSQL）简化管理，并实施完善的监控告警体系。