Docker之docker存储卷

COW机制

Docker镜像由多个只读层叠加而成，启动容器时，Docker会加载只读镜像层并在镜像栈顶部添加一个读写层。

如果运行中的容器修改了现有的一个已经存在的文件，那么该文件将会从读写层下面的只读层复制到读写层，该文件的只读版本依然存在，只是已经被读写层中该文件的副本所隐藏，这就是“写时复制(COW)”机制。

对于这种方式来说，我们去访问一个文件，修改和删除等一类的操作，其效率会非常的低，因为隔着很多层镜像。

而要想绕过这种限制，我们可以通过使用存储卷的机制来实现。

什么是存储卷

存储卷就是将宿主机的本地文件系统中存在的某个目录直接与容器内部的文件系统上的某一目录建立绑定关系。这就意味着，当我们在容器中的这个目录下写入数据时，容器会将其内容直接写入到宿主机上与此容器建立了绑定关系的目录。

在宿主机上的这个与容器形成绑定关系的目录被称作存储卷。

使用存储卷的好处

如果容器中跑的进程的所有有效数据都保存在存储卷中，从而脱离容器自身文件系统之后，带来的好处是当容器关闭甚至被删除时，只要不删除与此容器绑定的在宿主机上的这个存储目录，我们就不用担心数据丢失了。因此就可以实现数据持久，脱离容器的生命周期而持久。

我们通过这种方式管理容器，容器就可以脱离主机的限制，可以在任意一台部署了docker的主机上跑容器，而其数据则可以置于一个共享存储文件系统上，比如nfs。

Docker的存储卷默认情况下是使用其所在的宿主机上的本地文件系统目录的，也就是说宿主机上有一块属于自己的硬盘，这个硬盘并没有共享给其他的Docker主机，而在这台主机上启动的容器所使用的存储卷是关联到此宿主机硬盘上的某个目录之上。

这就意味着容器在这台主机上停止运行或者被删除了再重建，只要关联到硬盘上的这个目录下，那么其数据还存在。但如果在另一台主机上启动一个新容器，那么数据就没了。而如果在创建容器的时候我们手动的将容器的数据挂载到一台nfs服务器上，那么这个问题就不再是问题了。

为什么要用存储卷

关闭并重启容器，其数据不受影响，但删除Docker容器，则其更改将会全部丢失。
因此Docker存在的问题有：

存储于联合挂载文件系统中，不易于宿主机访问
容器间数据共享不便
删除容器其数据会丢失
而要解决这些问题，解决方案就是使用存储卷。

存储卷管理方式

存储卷（Data Volume）于容器初始化时被自动创建，由base image提供的卷中的数据会于此期间完成复制。

Volume的初衷是独立于容器的生命周期实现数据持久化，因此删除容器之时既不会删除卷，也不会对未被引用的卷做垃圾回收操作。

存储卷为Docker提供了独立于容器的数据管理机制，我们可以把镜像想象成静态文件，例如“程序”，把卷类比为动态内容，例如“数据”。所以镜像可以重用，而卷则可以共享。

卷实现了“程序(镜像)”和“数据(卷)”的分离，以及“程序(镜像)”和“制作镜像的主机”的分离，用户制作镜像时无须再考虑镜像运行的容器所在的主机的环境。

存储卷的分类

Docker有两种类型的卷，每种类型都在容器中存在一个挂载点，但其在宿主机上的位置有所不同：

绑定挂载卷
指向主机文件系统上用户指定位置的卷
Docker 管理的卷
Docker 守护进程在主机文件系统的一部分中创建托管卷，该部分由 Docker 拥有

现在版本的docker的docker-managed的卷存在于/var/lib/docker/overlay2

容器数据管理

用户在使用Docker的过程中，往往需要能查看容器内应用产生的数据，或者需要把容器内的数据进行备份，甚至多个容器之间进行数据的共享，这必然涉及容器的数据管理操作。

容器中管理数据主要有两种方式：

数据卷（Data Volumes）将数据放在宿主机，或共享存储的某个目录
数据卷容器（Data Volumes Containers）将数据放在容器里面
容器Volume使用语法：

//Docker-managed volume
docker run -it --name CONTAINER_NAME -v VOLUMEDIR IMAGE_NAME
// 在容器中使用数据卷
[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /data busybox

[root@localhost ~]# docker inspect b5b07426b0e4  //使用此命令查看容器与宿主机共享的目录 
此处省略N行
"Mounts": [
            {
                "Type": "volume",
                "Name": "2bedfe4fa7cae1f5adfd26d71b74e7e75614a8654501ccf3d2fd6e18d1400329",
                "Source": "/var/lib/docker/volumes/2bedfe4fa7cae1f5adfd26d71b74e7e75614a8654501ccf3d2fd6e18d1400329/_data",  //这个个目录就是宿主机与容器共享的目录

// 到容器里面创建一个文件进行测试
/ # cd data/  
/data # echo 'zzz' > file
/data # cat file 
zzz

// 到宿主机查看
[root@localhost _data]# ls
file
[root@localhost _data]# cat file 
zzz

// 当容器删除时创建的数据目录也就随之消失
[root@localhost _data]# ls
[root@localhost _data]#

//Bind mount volume

// 格式
docker run -it --name CONTAINER_NAME -v HOSTDIR:VOLUMEDIR IMAGE_NAME

// 挂载一个本地主机文件作为数据卷
[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /opt/data:/data busybox  //宿主机的/opt/data目录绑定到容器的/data目录
/ # cd data/
/data # touch 000

[root@localhost data]# pwd
/opt/data
[root@localhost data]# ls
000

// 删除容器目录依然存在，因为加了--rm所以退出容器，容器自动删除
[root@localhost data]# ls
000

利用NFS作为共享存储卷

// 首先安装nfs服务
[root@localhost ~]# yum -y install nfs-utils
[root@client ~]# yum -y install nfs-utils

// 授权一个对象供其使用
[root@client ~]#mkdir /nfs  //因为没有此目录所以需要创建
[root@client ~]# cat /etc/exports
/nfs 192.168.71.138(rw)

[root@client ~]#systemctl enable --now nfs-server.service 
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/nfs-server.service → /usr/lib/systemd/system/nfs-server.service.

// 查看指定的NFS服务器上所有输出的共享目录
[root@localhost ~]# showmount -e 192.168.71.140
Export list for 192.168.71.140
/nfs 192.168.71.138

// 先关联再挂载

// 关联
[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /opt/data:/data busybox
/ # cd data/
/data # ls
/data # mkdir abc

[root@localhost ~]# cd /opt/data/
[root@localhost data]# 
[root@localhost data]# ls
abc

// 挂载
[root@localhost ~]# mount -t nfs 192.168.71.140:/nfs /opt/data/
[root@localhost data]#
[root@localhost data]# df -h
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs              876M     0  876M   0% /dev
tmpfs                 895M     0  895M   0% /dev/shm
tmpfs                 895M  8.9M  886M   1% /run
tmpfs                 895M     0  895M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/cs-root    66G   13G   53G  20% /
/dev/mapper/cs-home    32G  260M   32G   1% /home
/dev/sr0              9.0G  9.0G     0 100% /mnt/cdrom
/dev/sda1            1014M  195M  820M  20% /boot
tmpfs                 179M     0  179M   0% /run/user/0
overlay                66G   13G   53G  20% /var/lib/docker/overlay2/1d71253990775778a734de93ced30222d7b24f53c0fa6a59f5498c71ae2b1a68/merged
overlay                66G   13G   53G  20% /var/lib/docker/overlay2/de07492b31d8a0414669e88dff3744c1277b261fae80062c05a01de9d110a386/merged
192.168.71.140:/nfs   66G  2.2G   63G   4% /opt/data

// 再到容器中创建一个目录看一下效果
/data # mkdir 000
/data # ls
000  abc
[root@localhost data]# ls  //发现没有
[root@localhost data]# 
// 取消挂载后，目录就会出来
[root@localhost ~]# umount /opt/data
[root@localhost ~]# cd /opt/data/
[root@localhost data]# ls  // 目录没有消失而是被隐藏起来了
000  abc
// 所以不能先关联再挂载

// 先挂载再关联

// 挂载
[root@localhost ~]# mount -t nfs 192.168.71.140:/nfs /opt/data  //将客户端的nfs目录挂载到本机的/opt/data目录
[root@localhost ~]# df -h
192.168.71.140:/nfs   66G  2.2G   63G   4% /opt/data

// 关联
[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /opt/data/:/data busybox
/ # cd data/
/data # touch 000  //显示权限被拒绝
touch: 000: Permission denied

[root@localhost data]# touch 000
touch: cannot touch '000': Permission denied

// 原因是因为/nfs目录没有权限，/nfs默认使用的是nobody用户，centso7或redhat7默认是nfsnobody用户
[root@client ~]# setfacl -m u:nobody:rwx /nfs/
[root@client ~]# getfacl /nfs/
getfacl: Removing leading '/' from absolute path names
# file: nfs/
# owner: root
# group: root
user::rwx
user:nobody:rwx
group::r-x
mask::rwx
other::r-x

/data # touch 000
[root@localhost data]# ls
000

// 如果server端重启，是否还能同步数据

[root@localhost ~]# mount -t nfs 192.168.71.140:/nfs /opt/data/

[root@localhost data]# docker run -d --name test -v /opt/data/:/data httpd
ba29a7dcc0931db13b80ea75ca4da7319d12543bb6178ce342d6775026913fc6

[root@localhost ~]# docker start test 
test

[root@localhost ~]# docker exec -it test /bin/bash
root@ba29a7dcc093:/data# ls  //无内容
root@ba29a7dcc093:/data#

[root@localhost data]# mount -t nfs 192.168.182.151:/nfs /opt/data/

需要先停止容器再重新挂载就可以看到
[root@localhost ~]# docker stop test 
test

[root@localhost ~]# docker start test 
test
[root@localhost ~]# docker exec -it test /bin/bash

root@ba29a7dcc093:~# cd /data/
root@ba29a7dcc093:/data# ls
000

// 为了防止再次出现此类情况需要永久挂载
[root@localhost data]# vim /etc/fstab

[root@localhost data]# tail -1 /etc/fstab 
192.168.71.140:/nfs /opt/data nfs defaults,_netdev 0 0
[root@localhost data]# mount -a

// Docker挂载数据卷的默认权限是读写(rw)，用户也可以通过(ro)指定为只读：

[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /opt/data/:/data:ro busybox
/data # ls
000

/data # rm -f 000
rm: can't remove '123': Read-only file system

加了:ro以后，容器内挂载的数据卷的数据就无法修改了。

// 挂载一个本地主机文件作为数据卷
-v选项也可以从主机挂载单个文件到容器中作为数据卷：

[root@localhost ~]# docker run -it --rm -v /opt/data/123:/data/123 busybox

/ # cd /data/
/data # ls
000
/data # cat 000 
/data # echo 'hello world' > 000
/data # cat 000 
hello world

[root@localhost data]# cat 000 
hello world

这样就可以记录在容器输入过的命令历史了