Docker卷与持久化数据

数据主要分为两类，持久化的与非持久化的。

持久化数据是需要保存的数据。例如客户信息、财务、预定、审计日志以及某些应用日志数据。非持久化数据是不需要保存的那些数据。

两者都很重要，并且 Docker 均有对应的支持方式。

每个 Docker 容器都有自己的非持久化存储。非持久化存储自动创建，从属于容器，生命周期与容器相同。这意味着删除容器也会删除全部非持久化数据。

如果希望自己的容器数据保留下来(持久化)，则需要将数据存储在卷上。卷与容器是解耦的，从而可以独立地创建并管理卷，并且卷并未与任意容器生命周期绑定。最终效果即用户可以删除一个关联了卷的容器，但是卷并不会被删除。

对于微服务设计模式来说，容器是不错的选择。通常与微服务挂钩的词有暂时以及无状态。所以，微服务就是无状态的、临时的工作负载，同时容器即微服务。因此，我们经常会轻易下结论，认为容器就是用于临时场景。

但这种说法是错误的，而且是大错特错!

容器与非持久数据

毫无疑问，容器擅长无状态和非持久化事务。

每个容器都被自动分配了本地存储。默认情况下，这是容器全部文件和文件系统保存的地方。之前我们可能听过一些非持久存储相关的名称，如本地存储、GraphDriver 存储以及 SnapShotter 存储。

总之，非持久存储属于容器的一部分，并且与容器的生命周期一致，容器创建时会创建非持久化存储，同时该存储也会随容器的删除而删除。

在 Linux 系统中，该存储的目录在 /var/lib/docker// 之下，是容器的一部分。在 Windows 系统中位于 C\ProgramData\Docker\windowsfilter\ 目录之下。

如果在生产环境中使用 Linux 运行 Docker，需要确认当前存储驱动(GraphDriver)与 Linux 版本是否相符。下面列举了一些指导建议。

RedHat Enterprise Linux：Docker 17.06 或者更高的版本中使用 Overlay2 驱动。在更早的版本中，使用 Device Mapper 驱动。这适用于 Oracle Linux 以及其他 Red Hat 相关发行版。

Ubuntu：使用 Overlay2 或者 AUFS 驱动。如果正在使用 Linux4.x 或者更高版本的内核，建议使用 Overlay2。

SUSE Linux Enterprise Server：使用 Btrfs 存储驱动。

Windows：Windows 只有一种驱动，已经默认设置。

上述清单只作为建议。随着时间发展，Overlay2 驱动正在逐渐流行，可能在未来会成为大多数平台上的推荐存储驱动。如果使用 Docker 企业版(EE)，并且有技术支持合约，建议通过咨询获取最新的兼容矩阵。

默认情况下，容器的所有存储都使用本地存储。所以默认情况下容器全部目录都是用该存储。

容器与持久化数据

在容器中持久化数据的方式推荐采用卷。

总体来说，用户创建卷，然后创建容器，接着将卷挂载到容器上。卷会挂载到容器文件系统的某个目录之下，任何写到该目录下的内容都会写到卷中。即使容器被删除，卷与其上面的数据仍然存在。

如下图所示，Docker 卷挂载到容器的 /code 目录。任何写入 /code 目录的数据都会保存到卷当中，并且在容器删除后依然存在。

上图中，/code 目录是一个 Docker 卷。容器其他目录均使用临时的本地存储。卷与目录 /code 之间采用带箭头的虚线连接，这是为了表明卷与容器是非耦合的关系。

⒈ 创建和管理容器卷

Docker 中卷属于一等公民。抛开其他原因，这意味着卷在 API 中拥有一席之地，并且有独立的 docker volume 子命令。

使用下面的命令创建名为 myvol 的新卷。

$ docker volume create myvol

默认情况下，Docker 创建新卷时采用内置的 local 驱动。恰如其名，本地卷只能被所在节点的容器使用。使用 -d 参数可以指定不同的驱动。

第三方驱动可以通过插件方式接入。这些驱动提供了高级存储特性，并为 Docker 集成了外部存储系统。下图展示的就是外部存储系统被用作卷存储。驱动集成了外部存储系统到 Docker 环境当中，同时能使用其高级特性。

截止到目前为止，已经存在 25 种卷插件，涵盖了块存储、文件存储、对象存储等。

块存储：相对性能更高，适用于对小块数据的随机访问负载。目前支持 Docker 卷插件的块存储例子包括 HPE 3PAR、Amazon EBS 以及 OpenStack 块存储服务(Cinder)。

文件存储：包括 NFS 和 SMB 协议的系统，同样在高性能场景下表现优异。支持 Docker 卷插件的文件存储系统包括 NetApp FAS、Azure 文件存储以及 Amazon EFS。

对象存储：适用于较大且长期存储的、很少变更的二进制数据存储。通常对象存储是根据内容寻址，并且性能较低。支持 Docker 卷驱动的例子包括 Amazon S3、Ceph 以及 Minio。

现在卷已经创建成功，可以通过 docker volume ls 命令进行查看，还可以使用 docker volume inspect 命令查看详情。

$ docker volume ls
DRIVER VOLUME NAME
local myvol

$ docker volume inspect myvol
[
    {
        "CreatedAt": "2018-01-12T12:12:10Z",
        "Driver": "local",
        "Labels": {},
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/myvol/_data",
        "Name": "myvol",
        "Options": {},
        "Scope": "local"
    }
]

inspect 命令输出中有几点很有意思。Driver 和 Scope 都是 local。这意味着卷使用默认 local 驱动创建，只能用于当前 Docker 主机上的容器。Mountpoint 属性说明卷位于 Docker 主机上的位置。

在本例中卷位于 Docker 主机的 /var/lib/docker/volumes/myvol/_data 目录。在 Windows Docker 主机上对应内容为 Mountpoint": "C:\\ProgramData\\Docker\\ volumes\\myvol\\_data。

使用 local 驱动创建的卷在 Docker 主机上均有其专属目录，在 Linux 中位于 /var/lib/docker/volumes 目录下，在 Windows 中位于 C:\ProgramData\Docker\volumes 目录下。

这意味着可以在 Docker 主机文件系统中查看卷，甚至在 Docker 主机中对其进行读取数据或者写入数据操作。

可以在 Docker 服务以及容器中使用 myvol 卷。例如，可以在 docker container run 命令后增加参数 --flag 将卷挂载到新建容器中。稍后通过几个例子进行说明。

有两种方式删除 Docker 卷。

docker volume prune。
docker volume rm。

docker volume prune 会删除未装入到某个容器或者服务的所有卷，所以谨慎使用!docker volume rm 允许删除指定卷。两种删除命令都不能删除正在被容器或者服务使用的卷。

因为没有使用 myvol 卷，所以请通过 prune 命令进行删除。

$ docker volume prune

WARNING! This will remove all volumes not used by at least one container.
Are you sure you want to continue? [y/N] y

Deleted Volumes:
myvol
Total reclaimed space: 0B

现在已经完成创建、查看以及删除卷的操作了。上述操作均未涉及容器，这也验证了卷是独立的这一特性。

到目前，读者已经了解了卷的创建、列表、查看以及删除命令。此外，还可以通过在 Dockerfile 中使用 VOLUME 指令的方式部署卷。具体的格式为 VOLUME

但是，在 Dockerfile 中无法指定主机目录。这是因为主机目录通常情况下是相对主机的一个目录，意味着这个目录在不同主机间会变化，并且可能导致构建失败。如果通过 Dockerfile 指定，那么每次部署时都需要指定主机目录。

⒉ 演示卷在容器和服务中的使用

通过前面的学习我们已经了解了卷相关的基本命令，接下来看一下如何在容器和服务中使用卷。

接下来的内容是基于某个没有卷的系统，演示内容适用于 Linux 和 Windows。

使用下面的命令创建一个新的独立容器，并挂载一个名为 bizvol 的卷。

Windows 示例如下。

所有的 Windows 示例都在 PowerShell 中执行，请注意反引号(`)用于将命令拆至多行。

> docker container run -dit --name voltainer `
--mount source=bizvol,target=c:\vol `
microsoft/powershell:nanoserver

即使系统中没有叫作 bizvol 的卷，命令也应该能够成功运行。这里引出了很有意思的一点。如果指定了已经存在的卷，Docker 会使用该卷。如果指定的卷不存在，Docker 会创建一个卷。

在当前示例中，bizvol 这个卷并不存在，所以 Docker 新建一个卷并挂载到新容器内部。这意味着读者可以通过 docker volume ls 命令看到该卷。

$ docker volume ls
DRIVER VOLUME NAME
local bizvol

尽管容器和卷各自拥有独立的生命周期，Docker 也不允许删除正在被容器使用的卷。

$ docker volume rm bizvol
Error response from daemon: unable to remove volume: volume is in use -
[b44 d3f82...dd2029ca]

目前卷是空的。执行 exec 连接到容器并向卷中写入一部分数据。示例引用的是 Linux，如果读者使用 Windows 示例，则需要将 docker container exec 命令结尾的 sh 替换为 pwsh.exe。其他命令在 Linux 和 Windows 上面均可以生效。

$ docker container exec -it voltainer sh

/# echo "I promise to write a review of the book on Amazon" > /vol/file1

/# ls -l /vol
total 4

-rw-r--r-- 1 root root 50 Jan 12 13:49 file1

/# cat /vol/file1
I promise to write a review of the book on Amazon

输入 exit 命令返回到 Docker 主机 Shell 中，然后使用下面命令删除容器。

$ docker container rm voltainer -f
voltainer

即使容器被删除，卷依旧存在。

$ docker container ls -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS

$ docker volume ls
DRIVER VOLUME NAME
local bizvol

由于卷仍然存在，因此可以进入到其在主机的挂载点并查看前面写入的数据是否还在。

在 Docker 主机的终端上执行下面的命令。第一条命令会证明文件依然存在，第二条命令展示了文件的内容。

如果是 Windows 示例，一定要使用 C:\ProgramData\Docker\volumes\bizvol\_data 目录。

$ ls -l /var/lib/docker/volumes/bizvol/_data/
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 50 Jan 12 14:25 file1

$ cat /var/lib/docker/volumes/bizvol/_data/file1
I promise to write a review of the book on Amazon

根据运行结果可以看出，卷和数据都还在。

甚至将 bizvol 挂载到一个新的服务或者容器都是可以的。下面的命令会创建一个名为 hellcat 的新 Docker 服务，并且将 bizvol 挂载到该服务副本的 /vol 目录。

$ docker service create \
--name hellcat \
--mount source=bizvol,target=/vol \
alpine sleep 1d

overall progress: 1 out of 1 tasks
1/1: running [====================================>]
verify: Service converged

上述命令没有指定 --replicas 参数，所以服务只会部署一个副本。找到 Swarm 集群中运行了该服务的节点。

$ docker service ps hellcat
ID NAME NODE DESIRED STATE CURRENT STATE
l3nh... hellcat.1 node1 Running Running 19 seconds ago

在本例中，副本运行在 node1 节点上。登录到 node1 节点，然后获取服务副本容器 ID。

node1$ docker container ls
CTR ID IMAGE COMMAND STATUS NAMES
df6..a7b alpine:latest "sleep 1d" Up 25 secs hellcat.1.l3nh...

注意，容器的名称包括了 service-name、replica-number 以及 replica-ID，采用句号分隔。

登录到该容器并检查数据是否在 /vol 中。在 exec 例子中会使用服务副本的容器 ID。如果使用 Windows 示例，记得将 sh 替换为 pwsh.exe。

node1$ docker container exec -it df6 sh

/# cat /vol/file1
I promise to write a review of the book on Amazon

这样卷中保存了原始数据，并且在新容器中也可以使用。

在集群节点间共享存储

Docker 能够集成外部存储系统，使得集群间节点共享外部存储数据变得简单。例如，独立存储 LUN 或者 NFS 共享可以应用到多个 Docker 主机，因此无论容器或者服务副本运行在哪个节点上，都可以共享该存储。下图展示了位于共享存储的卷被两个 Docker 节点共享的场景。接下来这些 Docker 节点可以将共享卷应用到容器之上。

构建这样的环境需要外部存储系统的相关知识，并了解应用如何从共享存储读取或者写入数据。这种配置主要关注数据损坏(Data Corruption)。

基于下图，设想下面的场景：Node 1 上的容器 A 在共享卷中更新了部分数据。但是为了快速返回，数据实际写入了本地缓存而不是卷中。此时，容器 A 认为数据已经更新。但是，在 Node 1 的容器 A 将缓存数据刷新并提交到卷前，Node 2 的容器 B 更新了相同部分的数据，但是值不同，并且更新方式为直接写入卷中。

此时，两个容器均认为自己已经将数据写入卷中，但实际上只有容器 B 写入了。容器 A 会在稍后将自己的缓存数据写入缓存，覆盖了 Node 2 的容器 B 所做的一些变更。但是 Node 2 上的容器 B 对此一无所知。数据损坏就是这样发生的。

为了避免这种情况，需要在应用程序中进行控制。