docker数据卷的使用

1、数据卷产生背景

Docker的镜像是由一系列的只读层组合而来，当启动一个容器时，Docker加载镜像的所有只读层，并在最上层加入一个读写层。这个设计使得Docker可以提高镜像构建、存储和分发的效率，节省了时间和存储空间，然而也存在一些问题：

• 容器中的文件在宿主机上存在形式复杂，不能在宿主机上很方便地对容器中的文件进行访问。
• 多个容器之间的数据无法共享
• 当删除容器时，容器产生的数据将丢失。

为了解决这些问题，Docker引入了数据卷（volume）机制。Volume 是存在于一个或多个容器中的特定文件或文件夹，这个目录以独立于联合文件系统的形式在宿主机中存在，并为数据的共享和持久化提供便利。

• volume 在容器创建时就会初始化，在容器运行时就可以使用其中的文件。
• volume 能在不同的容器之间共享和重用。
• 对volume中数据的操作会马上生效。
• 对volume中数据的操作不会影响镜像本身。
• volume的生存周期独立于容器的生命周期，即使删除容器，volume仍然会存在，没有任何容器使用的volume也不会被Docker删除。

2、数据卷的使用

Usage:  docker volume COMMAND

Manage volumes

Commands:
  create      Create a volume
  inspect     Display detailed information on one or more volumes
  ls          List volumes
  prune       Remove all unused local volumes
  rm          Remove one or more volumes

2.1、创建数据卷

创建一个名为 vol_simple的存储卷：

docker volume create --name vol_simple

查看数据卷的信息：

docker volume inspect vol_simple

示例：

king@king-server:~$ docker volume inspect vol_simple 
[
    {
        "CreatedAt": "2024-01-27T11:37:11Z",
        "Driver": "local",
        "Labels": null,
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/vol_simple/_data",
        "Name": "vol_simple",
        "Options": null,
        "Scope": "local"
    }
]

Docker run 和 docker create 通过指定-v参数 可以为容器挂载一个数据卷。

#没有指定volume卷，只指定了容器中的挂载点/data 
docker run -d -it -v /data ubuntu /bin/bash 
# 查看随机创建的volume位置，查看mounts的内容 
docker inspect {ID}
# 创建一个指定名字的volume ，并挂载到容器中的/data目录 
docker run -d -v vol_simple:/data ubuntu

示例：

fly@fly:~$ docker run -dit -v vol_simple:/data ubuntu
e86204b7a02ccb62e6cf4f00b7246ac0d70aadf0d9915df5418ad73f0bf8f00a
fly@fly:~$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE        COMMAND                  CREATED         STATUS          PORTS                                       NAMES
e86204b7a02c   ubuntu       "bash"                   4 seconds ago   Up 2 seconds                                                charming_bhaskara
fly@fly:~$ docker inspect charming_bhaskara 
...
"Mounts": [
            {
                "Type": "volume",
                "Name": "vol_simple",
                "Source": "/var/lib/docker/volumes/vol_simple/_data",
                "Destination": "/data",
                "Driver": "local",
                "Mode": "z",
                "RW": true,
                "Propagation": ""
            }
        ],
...

测试数据持久性：

fly@fly:~$ docker exec -it charming_bhaskara bash
root@e86204b7a02c:/# ls
bin  boot  data  dev  etc  home  lib  lib32  lib64  libx32  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var
root@e86204b7a02c:/# echo abcd >> /data/1.txt
root@e86204b7a02c:/# cat data/1.txt 
abcd
root@e86204b7a02c:/# exit
exit
fly@fly:~$ docker stop charming_bhaskara 
charming_bhaskara
fly@fly:~$ docker rm charming_bhaskara 
charming_bhaskara
fly@fly:~$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE        COMMAND                  CREATED       STATUS          PORTS                                       NAMES
22634e72e7a3   registry:2   "/entrypoint.sh /etc…"   3 weeks ago   Up 21 minutes   0.0.0.0:5000->5000/tcp, :::5000->5000/tcp   registry
fly@fly:~$ sudo cat /var/lib/docker/volumes/vol_simple/_data/1.txt
abcd

2.2、挂载数据卷

使用docker run 或者 docker create 创建新容器是，可以使用-v标签为容器添加volume。可以将自行创建或者有Docker创建的volume挂载到容器中，也可以将宿主机上的目录或者文件作为volume挂载到容器中。

将宿主机中指定目录作为volume挂载到容器中的/data目录下，文件夹必须使用绝对路径，如果宿主机中不存在指定的目录，则会创建一个空文件夹；如果宿主机文件夹已经存在，容器可以通过访问挂载点/data 从而访问宿主机文件夹中的所有内容。如果容器下原本已经存在/data文件夹，且不为空，那么容器中文件夹下原有的内容将被隐藏，来保持与宿主机中的文件夹一致。

挂载方式：

1. 创建名为vol_simple的数据卷，并挂载到容器中的/data目录下：

docker volume create --name vol_simple 
docker run -d -v vol_simple:/data ubuntu /bin/bash

2. 创建一个随机的ID的volume，并将其挂载到容器中的/data目录下：

docker run -d -v /data ubuntu /bin/bash

3. 关联宿主机目录：

docker run -d -v $HOME/data:/data ubuntu /bin/bash

挂载权限，ro表示只读，rw表示读写，默认为rw：

# ro表示只读，rw表示读写，默认为rw 
docker run -it -v $HOME/data:/data:ro ubuntu /bin/bash 
# 通过修改文件验证，因为是只读，所以下面会报错
echo 123456abcdefg >> /data/test

同时挂载多个数据卷：

docker run -it -v $HOME/data:/data:ro -v /data1 -v /data2 ubuntu /bin/bash

使用dockerfile VOLUME 指令，与docker run -v 不同的是，dockerfile指令不能挂载主机中指定的文件夹。这时为了保证Dockerfile的可移植性，因为不能保证所有的宿主机都有对应的文件夹。如果镜像中存才/data文件夹，这个文件夹中的内容将全部被复制到宿主机上对应文件夹中，并且根据容器中的文件设置合适的权限和所有者。

注意：
在Dockerfile中使用VOLUME指令后的代码，如果尝试对这个volume进行修改，这些修改都不会生效。因为：volume 是独立于rootfs的存储，镜像构建过程，每一层类似docker commit 提交临时镜像为镜像层，docker commit不会对挂载的volume进行保存。

示例1：
VOLUME指定了挂载点之后，再对挂载点进行操作，由于docker commit 提交临时镜像不会对volume进行保存，所以该data下的file并没有被保存，更不会同步到宿主机。

FROM ubuntu 
RUN useradd fly2
VOLUME /data 
RUN touch /data/file 
RUN chown -R fly2:fly2 /data

构建：

docker build -t test1:v1 -f Dockerfile . 
docker run -d -it test1:v1 /bin/bash

查看挂载点信息 ：

docker inspect 容器ID 

查看宿主机存储卷目录 ：

sudo ls 宿主机存储卷目录

示例二：
由于挂载volume时，/data目录已经存在，所以/data中的文件以及它们的权限和所有者设置都会被复制到volume中。

FROM ubuntu 
RUN useradd fly2 
RUN mkdir /data && touch /data/file 
RUN chown -R fly2:fly2 /data 
VOLUME /data

构建：

docker build -t test1:v2 -f Dockerfile1 . 
docker run -d -it test1:v2 /bin/bash 

查看挂载点信息：

docker inspect 容器ID

查看宿主机存储卷目录 ：

sudo ls 宿主机存储卷目录

示例三：
通过CMD和ENTRYPOINT指令，在容器启动时执行挂载点下文件的初始化。

FROM ubuntu 
RUN useradd fly2
VOLUME /data 
CMD touch /data/file && chown -R fly2:fly2 /data

说明：
在dockerfile中使用数据卷时，如果我们仅仅想在启动容器时有这样一个空的数据卷，那么dockerfile中关于数据卷这块怎么写都行；如果我们确确实实需要初始化一些内容到我们的数据卷里头，我们先得将内容提交到镜像（比如先创建文件），然后再去创建数据卷。

2.3、共享数据卷

在使用docker run 或docker create创建新容器时，可以使用–volumes-from 标签使得容器与已有容器共享volume。可以使用多个–volumes-from标签，使得容器与多个已有容器共享volume。

一个容器挂载了一个volume，即使这个容器停止运行，该volume仍然存在，其他容器也可以使用–volumes-from与这个容器共享volume。

共享数据卷作用：
如果有一些数据，比如配置文件、数据文件等，要在多个容器之间共享，一种常见的做法是创建一个数据容器，其他的容器与之共享volume。

示例：创建一个带数据卷的容器。
创建目录和数据卷：

mkdir $HOME/data 
mkdir $HOME/readOlny_data 
docker volume create vol_simple 
docker volume create vol_simple1 

创建一个数据容器 包含已创建数据卷，只读数据卷，私有数据卷等 ：

docker run -d -it -v vol_simple:/vol_simple -v $HOME/data:/data -v $HOME/readOlny_data:/readOlny_data:ro --name share_data ubuntu /bin/bash 
docker run -d -it -v vol_simple1:/vol_simple1 --name share_data1 ubuntu /bin/bash 

进入容器查看 ：

docker exec -it 容器ID /bin/bash

运行新的容器通过数据容器共享数据卷 容器名：

volume_from1 docker run -d -it --volumes-from share_data --volumes-from share_data1 --name volume_from1 ubuntu /bin/bash 

运行新的容器通过数据容器共享数据卷 容器名：

volume_from2 docker run -d -it --volumes-from share_data --volumes-from share_data1 --name volume_from2 ubuntu /bin/bash

说明：

1. 只读共享点不能被写入。
2. 可以同时共享多个容器的数据卷。
3. docker inspect 查看容器元数据。

2.4、删除数据卷

如果创建容器时从容器中挂载了volume，在/var/lib/docker/volumes下会生成与volume对应的目录（可使用docker inspect 命令查看容器信息找到对应的信息）。

删除volume的三种方式：

1. 使用docker volume rm 删除数据卷。
2. 使用docker rm -v 删除容器时一并删除它挂载的数据卷。
3. 在运行容器时使用docker run --rm 标签会在容器停止运行时删除容器以及容器所挂载的volume。

注意：

1. 在使用第一种docker volume rm 删除时，只有当没有任何容器使用该volume的时候，才能被删除成功。
2. 另外两种删除方式，只会对挂载在该容器上的未指定名称（匿名的）的volume进行删除，而会对用户指定名称的（具名的）volume进行保留。
3. 如果volume 是在创建容器时从宿主机中挂载的，无论对容器进行任何操作都不会导致其在宿主机中被删除，如果不需要这些文件，只能手动删除。（从宿主机中挂载是指 docker run -v dir:dir 这种模式）。

2.5、备份和迁移数据卷

volume 作为数据的载体，在很多情况下需要对其中的数据进行备份、迁移，或是从已有数据恢复。

最简单的备份还原的方式：

1. 通过inspect 命令查看容器信息，找到对应的数据卷，手动打包数据；
2. 同样的还原那就是把打包好的数据解压到对应的数据卷。

用–volumes-from实现备份与还原：

1. 备份：启动另外一个临时容器，共享挂载数据容器share_data，同时挂载当前目录到容器的/backup。启动容器时执行打包命令，将/data挂载点下的数据打包到/backup/data.tar 文件中。–rm 表示该容器停止后会删除该容器和该容器的数据卷。

docker run --rm --volumes-from share_data -v $(pwd):/backup ubuntu tar cvf /backup/data.tar /data

2. 恢复：创建临时容器，通过共享存储的方式与目标容器共享存储，同时挂载当前目录到容器的/backup。启动容器时从backup挂载点下的data.tar 解压文件到容器的根目录。

docker run -d -it --name vol_bck -v /data ubuntu /bin/bash
docker run --rm --volumes-from vol_bck -v $(pwd):/backup ubuntu tar xvf /backup/data.tar -C /

总结

1. 数据卷解决的问题就是容器数据的持久化问题，比如日志、容器间共享数据、配置文件等。
2. 容器和镜像使用的同一套文件，即依赖相同的镜像层，这是一个只读的权限；要修改底层文件内容，就需要将文件从只读层拷贝出来放到读写层进行改变；改变后会隐藏只读层的那个文件，使用读写层的文件。
3. 一般，底层文件系统是不允许改变的，所以容器关闭之后，容器的所有改变内容都会被删除，为解决这个问题引入了数据卷。
4. 匿名数据卷可以在删除容器的时候一并删除。