Docker学习三：数据存储——Docker卷

一、为什么需要Docker卷

容器按照业务类型，总体可以分为两类：

• 无状态的（数据不需要被持久化）
• 有状态的（数据需要被持久化）

容器更擅长无状态应用。因为未持久化数据的容器根目录的生命周期与容器的生命周期一样，容器文件系统的本质是在镜像层上面创建的读写层，运行中的容器对任何文件的修改都存在于该读写层，当容器被删除时，容器中的读写层也会随之消失。

然而，实际业务总是有各种需要数据持久化的场景，比如 MySQL、Kafka 等有状态的业务。因此为了解决有状态业务的需求，Docker 提出了卷（Volume）的概念。

卷的本质是文件或者目录，它可以绕过默认的联合文件系统，直接以文件或目录的形式存在于宿主机上。卷的概念不仅解决了数据持久化的问题，还解决了容器间共享数据的问题。使用卷可以将容器内的目录或文件持久化，当容器重启后保证数据不丢失，例如我们可以使用卷将 MySQL 的目录持久化，实现容器重启数据库数据不丢失。

二、Docker卷的操作

1. 创建卷

命令：docker volume create

# 创建一个名为 myvolume 的数据卷
$ docker volume create myvolume

默认情况下 ，Docker 创建的数据卷为 local 模式，仅能提供本主机的容器访问。如果想要实现远程访问，需要借助网络存储来实现。Docker 的 local 存储模式并未提供配额管理，因此在生产环境中需要手动维护磁盘存储空间。

除了docker volume create命令之外，还可以在 Docker 启动时使用 -v 的方式指定容器内需要被持久化的路径，Docker 会自动为我们创建卷，并且绑定到容器中

# 启动一个 nginx 容器，生成一个卷并且绑定到容器的 /usr/share/nginx/html 目录中
$ docker run -d --name=nginx-volume -v /usr/share/nginx/html nginx

# 查看主机上的卷：生成了一个随机名称的卷
$ docker volume ls
DRIVER              VOLUME NAME
local               eaa8a223eb61a2091bf5cd5247c1b28ac287450a086d6eee9632d9d1b9f69171

2. 查看数据卷

命令：docker volume ls

$ docker volume ls
DRIVER              VOLUME NAME
local               myvolume

查看某个数据卷的详细信息，可以使用docker volume inspect命令

# 可以看到卷的创建日期、命令、挂载路径信息
$ docker volume inspect myvolume
[
    {
        "CreatedAt": "2020-09-08T09:10:50Z",
        "Driver": "local",
        "Labels": {},
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/myvolume/_data",
        "Name": "myvolume",
        "Options": {},
        "Scope": "local"
    }
]

3. 使用卷

Docker 启动时使用 --mount 参数指定卷的名称即可使用。

# 使用之前创建的myvolume 卷，并将 /usr/share/nginx/html 目录与卷关联
$ docker run -d --name=nginx --mount source=myvolume,target=/usr/share/nginx/html nginx

# 进入容器中并且修改 index.html 文件内容
$ docker exec -it  nginx bash

#使用以下内容直接替换 /usr/share/nginx/html/index.html 文件 
root@719d3c32e211:/# cat </usr/share/nginx/html/index.html







Hello, Docker Volume!


EOF

# 使用docker rm命令将运行中的 nginx 容器彻底删除
$ docker rm -f nginx

# 使用docker run命令启动一个新的容器，并且挂载 myvolume 卷
$ docker run -d --name=nginx --mount source=myvolume,target=/usr/share/nginx/html nginx

# 进入新容器查看一下 index.html 文件内容
$ docker exec -it nginx bash
root@7ffac645f431:/# cat /usr/share/nginx/html/index.html







Hello, Docker Volume!

以上的示例可以看出，使用 Docker 的卷可以实现指定目录的文件持久化

4. 删除卷

命令：docker volume rm

容器的删除并不会自动删除已经创建的数据卷，因此不再使用的数据卷需要手动删除。

需要注意的是，正在被使用中的数据卷无法删除，如果想要删除正在使用中的数据卷，需要先删除所有关联的容器

$ docker volume rm myvolume

5. 容器与容器之间共享数据

# 创建一个共享日志的数据卷
$ docker volume create log-vol

# 启动一个生产日志的容器
$ docker run --mount source=log-vol,target=/tmp/log --name=log-producer -it busybox

# 新打开一个命令行窗口，启动一个消费者容器
# volumes-from参数可以在启动新的容器时来挂载已经存在的容器的卷，volumes-from参数后面跟已经启动的容器名称。
docker run -it --name consumer --volumes-from log-producer  busybox

对上述共享日志的数据卷进行操作，观察变化

# 切换到 producer 窗口，使用以下命令创建一个 mylog.log 文件并写入 "Hello，My log." 的内容
/ # cat </tmp/log/mylog.log
Hello, My log.
EOF

# 切换到 consumer 窗口，查看一下相关内容
/ # cat /tmp/log/mylog.log
Hello, My log.

以上示例使用 docker volume create 命令创建了 log-vol 卷来作为共享目录，log-producer 容器向该卷写入数据，consumer 容器从该卷读取数据。这就像主机上的两个进程，一个向主机目录写数据，一个从主机目录读数据，利用主机的目录，实现了容器之间的数据共享。

除了volumes-from参数，也可以在容器启动时，利用 --mount 参数，source选择相同的数据卷实现多个容器之间共享数据。

5. 容器和主机之间共享数据

Docker 卷的目录默认在主机的 /var/lib/docker 下，当想把主机的其他目录映射到容器内时，就需要用到主机与容器之间数据共享的方式

要实现主机与容器之间数据共享，只需要在启动容器的时候添加-v参数即可, 使用格式为：-v HOST_PATH:CONTIANAER_PATH。

# 挂载主机的 /data 目录到容器中的 /usr/local/data
$ docker run -v /data:/usr/local/data -it busybox
# 容器启动后，便可以在容器内的 /usr/local/data 访问到主机 /data 目录的内容了，并且容器重启后，/data 目录下的数据也不会丢失。

三、Docker卷的实现原理

镜像和容器的文件系统原理： 镜像是由多层文件系统组成的，当我们想要启动一个容器时，Docker 会在镜像上层创建一个可读写层，容器中的文件都工作在这个读写层中，当容器删除时，与容器相关的工作文件将全部丢失。

Docker 容器的文件系统不是一个真正的文件系统，而是通过联合文件系统实现的一个伪文件系统，而 Docker 卷则是直接利用主机的某个文件或者目录，它可以绕过联合文件系统，直接挂载主机上的文件或目录到容器中，这就是它的工作原理。

在创建 Docker 卷时，Docker 会把卷的数据全部放在 /var/lib/docker/volumes 目录下( 容器和主机之间共享数据的情况除外)，并且在每个对应的卷的目录下创建一个 _data 目录，然后把 _data 目录绑定到容器中。因此我们在容器中挂载卷的目录下操作文件，实际上是在操作主机上的 _data 目录。

# 创建一个名称为 volume-data 的卷
$ docker volume create volume-data

# ls 命令查看一下 /var/lib/docker/volumes 目录下的内容
$ sudo ls -l /var/lib/docker/volumes
drwxr-xr-x. 3 root root    19 Sep  8 10:59 volume-data

# 看下 volume-data 目录
$ sudo ls -l /var/lib/docker/volumes/volume-data
total 0
drwxr-xr-x. 2 root root 6 Sep  8 10:59 _data

# 启动一个容器，并且绑定 volume-data 卷到容器内的 /data 目录下
$  docker run -it --mount source=volume-data,target=/data busybox

# 进入到容器的 /data 目录，创建一个 data.log 文件
/ # cd data/
/data # touch data.log

# 新打开一个命令行窗口，查看一下主机上的文件内容
$  sudo ls -l /var/lib/docker/volumes/volume-data/_data
total 0
-rw-r--r--. 1 root root 0 Sep  8 11:15 data.log

总结一下，Docker 卷的实现原理是在主机的 /var/lib/docker/volumes 目录下，根据卷的名称创建相应的目录，然后在每个卷的目录下创建 _data 目录，在容器启动时如果使用 --mount 参数，Docker 会把主机上的目录直接映射到容器的指定目录下，实现数据持久化。