在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL 需兼顾持久存储、高可用、安全访问、备份恢复、监控告警与权限管理；采用 StatefulSet+PVC、Patroni Operator 主从架构、TLS/NetworkPolicy、WAL-G 备份、Prometheus 监控及 Secret/Vault 凭证管理。

在 Kubernetes 上部署 PostgreSQL，关键在于平衡数据持久性、高可用性、备份恢复与资源效率。一个合理的架构需涵盖存储、高可用、安全、监控和扩展能力，以下是具体设计方案。

1. 存储设计：确保数据持久可靠

PostgreSQL 的数据必须持久化，避免因 Pod 重启或迁移导致数据丢失。

• 使用 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)：每个 PostgreSQL 实例绑定独立 PVC，确保数据独立存放。
• 选择合适的存储类型：生产环境建议使用支持 ReadWriteOnce 的高性能存储（如 AWS EBS、GCP PD、Ceph RBD），避免 NFS 等共享文件系统直接挂载多实例。
• StatefulSet 管理 Pod 生命周期：保证 Pod 有稳定网络标识和存储关联，适合有状态服务。

2. 高可用架构：基于主从复制 + 故障转移

单节点 PostgreSQL 不满足生产要求，需实现自动故障切换。

• 采用开源 Operator 方案，如 Crunchy Data PostgreSQL for Kubernetes 或 Zalando's Patroni Operator，简化集群管理。
• 部署模式为 1 主多从，通过 Patroni + etcd 实现分布式协调，监控主库健康状态。
• 主从同步使用流复制（Streaming Replication），支持同步或异步模式；同步模式可避免数据丢失，但影响性能。
• 故障转移时，Operator 自动提升一个从库为主库，并更新服务指向。

3. 服务暴露与访问控制

应用如何安全、稳定地连接数据库是关键。

• 定义两个 Service：headless Service 用于 Pod 发现，主节点 Service 指向当前主库，供写操作使用。
• 读操作可单独配置负载均衡 Service 指向所有从库，实现读写分离。
• 启用 TLS 加密客户端连接，结合 Secrets 管理证书。
• 使用 NetworkPolicy 限制只有指定命名空间的应用 Pod 可访问数据库端口。

4. 备份与恢复机制

定期备份是防止数据损坏或误删的最后防线。

• 集成 WAL-G 或 pgBackRest 工具，支持物理备份和增量归档。
• 将备份上传至对象存储（如 S3、MinIO），确保异地保存。
• 通过 CronJob 定期触发全量+日志备份，保留策略按需设置。
• 支持 PITR（时间点恢复），可用于灾难恢复场景。

5. 监控与告警

实时掌握数据库运行状态，提前发现问题。

• 部署 Prometheus + Grafana，采集 PostgreSQL 指标（连接数、慢查询、缓冲命中率等）。
• 使用 Exporter（如 postgres-exporter）暴露 metrics 接口。
• 配置 Alertmanager 对 CPU、磁盘、复制延迟等关键指标设置告警。

6. 安全与权限管理

Kubernetes 中的安全不能只靠网络隔离。

• 数据库用户密码通过 Kubernetes Secret 管理，禁止硬编码。
• 初始化时创建最小权限账号，应用使用只读/写入专用账户。
• 定期轮换凭证，可通过 Operator 集成 Vault 动态生成密码。