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從Docker零基礎到懂一點實踐教程（八）

阿新 • • 發佈：2019-01-13

Docker容器的資料管理

Docker容器的資料卷

Docker的設計理念是提供應用程式之間的隔離，因此Docker容器的生存週期通常與應用程式是一致的，但我們對資料的生存週期卻有著不一樣的需求。此外，我們也需要一個在容器之間共享資料的機制。這些因素催生了Docker資料卷的產生。

Docker資料卷是經過特殊設計的目錄，可以繞過聯合檔案系統（UFS），為一個或多個容器提供訪問。資料卷設計的目的在於對資料的持久化，它完全獨立於容器的生命週期，因此Docker不會在刪除容器時刪除其掛載的資料卷，也不會存在類似垃圾收集的機制。

┌────────────────────────────────────────┐
│             Docker Host                │
│                                        │
│┌────────────────┐┌────────────────────┐│
││    Docker      ││ Local File
 
 System  ││
││                ││                    ││
││ ┌──────────┐   ││                    ││
││ │Container1│-------------            ││
││ └──────────┘   ││        |           ││
││ ┌──────────┐   ││   ┌──────────────┐ ││
││ │Container2│--------│Directory/File│ ││
││ └──────────┘   ││   └──────────────┘ ││
││ ┌──────────┐   ││        |           ││
││ │Container3│-------------            ││
 

││ └──────────┘   ││                    ││
│└────────────────┘└────────────────────┘│
└────────────────────────────────────────┘

Docker資料卷的特點：
1. 資料卷是存在於Docker宿主機作業系統中的目錄或檔案；
2. 資料卷可以實現容器與宿主機之間的資料共享；
3. 資料卷在容器啟動時初始化，如果容器使用的映象在掛載點包含資料，這些資料會被拷貝到資料卷中；
4. 資料卷可以在多個容器之間共享和重用；
5. 資料卷裡的內容可以被容器直接且實時地修改；
6. 資料卷的變化不會影響到映象的更新；
7. 資料卷會一直存在，即便掛載資料卷的容器已經被刪除；

通過命令掛載資料卷

我們可以使用docker run命令的-v選項，指定資料卷在宿主機中的位置，容器中的掛載點，以及掛載時的許可權（預設是可讀可寫的）：$ sudo docker run -it -v ~/container_data:/data:ro ubuntu /bin/bash

下面我們就來建立兩個容器，它們都將宿主機中的“~/container_data”目錄作為資料卷，並掛載到了自己的“/data”上，唯一的不同是它們的許可權是否可寫：

[email protected]:~$ mkdir ~/container_data
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ docker run -it -v ~/container_data:/data --name dv_test1 ubuntu /bin/bash
[email protected]4f2393e92f0a:/# 
[email protected]4f2393e92f0a:/# ls /data
[email protected]4f2393e92f0a:/# 
[email protected]4f2393e92f0a:/# echo "I'm in container dv_test1!" > /data/dv1
[email protected]4f2393e92f0a:/# 
[email protected]4f2393e92f0a:/# ls /data
dv1
[email protected]4f2393e92f0a:/# 
[email protected]4f2393e92f0a:/# [email protected]:~$ 
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ docker run -it -v ~/container_data:/data:ro --name dv_test2 ubuntu /bin/bash
[email protected]880aa5bac52c:/# 
[email protected]880aa5bac52c:/# ls /data
dv1
[email protected]880aa5bac52c:/# 
[email protected]880aa5bac52c:/# cat /data/dv1 
I'm in container dv_test1!
[email protected]880aa5bac52c:/# 
[email protected]880aa5bac52c:/# echo "I'm in container dv_test2!" > /data/dv2
bash: /data/dv2: Read-only file system
[email protected]880aa5bac52c:/# 
[email protected]880aa5bac52c:/# ls /data/
dv1
[email protected]880aa5bac52c:/# 
[email protected]880aa5bac52c:/# [email protected]:~$ 
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ docker inspect dv_test1
......
        "Mounts": [
            {
                "Source": "/home/schen/container_data",
                "Destination": "/data",
                "Mode": "",
                "RW": true,
                "Propagation": "rprivate"
            }
        ],
......
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ docker inspect dv_test2
......
        "Mounts": [
            {
                "Source": "/home/schen/container_data",
                "Destination": "/data",
                "Mode": "ro",
                "RW": false,
                "Propagation": "rprivate"
            }
        ],
......
[email protected]:~$

通過構建映象使用資料卷

我們也可以通過Dockerfile的VOLUME指令構建帶有資料卷的映象，與使用docker run命令掛載資料卷不同的是，VOLUME指令所建立的資料卷是不能對映到已經存在的本地檔案或目錄中的，在映象構建時指定的資料卷會在容器啟動時建立對應的資料卷，並且相同映象所啟動的不同容器，會建立不同的資料卷。

為了演示，我們建立一個Dockerfile，它包含有一條VOLUME指令，並且指定建立兩個資料卷：

schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ cat Dockerfile 
# Data volume test
FROM ubuntu:16.04
VOLUME ["/datavolume1", "/datavolume2"]
CMD /bin/bash
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$

下面我們通過這個Dockerfile構建映象，並啟動兩個容器：

schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ docker build -t shichen/dvt .
Sending build context to Docker daemon 2.048 kB
Step 1 : FROM ubuntu:16.04
 ---> bd3d4369aebc
Step 2 : VOLUME /datavolume1 /datavolume2
 ---> Running in d9145d832e91
 ---> 7e241dced923
Removing intermediate container d9145d832e91
Step 3 : CMD /bin/bash
 ---> Running in 5a8c39fb2f70
 ---> 4be45feabc99
Removing intermediate container 5a8c39fb2f70
Successfully built 4be45feabc99
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ 
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ docker run -it --name dv_test3 shichen/dvt
root@c7daa2b38455:/# ls -la /datavolume*
/datavolume1:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 05:48 .
drwxr-xr-x 36 root root 4096 Nov  6 05:48 ..

/datavolume2:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 05:48 .
drwxr-xr-x 36 root root 4096 Nov  6 05:48 ..
root@c7daa2b38455:/# 
root@c7daa2b38455:/# schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ 
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ docker run -it --name dv_test4 shichen/dvt
root@0bfb674ae6b3:/# 
root@0bfb674ae6b3:/# ls -la /datavolume*
/datavolume1:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 05:49 .
drwxr-xr-x 36 root root 4096 Nov  6 05:49 ..

/datavolume2:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 05:49 .
drwxr-xr-x 36 root root 4096 Nov  6 05:49 ..
root@0bfb674ae6b3:/# 
root@0bfb674ae6b3:/# schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$ 
schen@scvmu01:~/dockerfile/dv_test1$

我們看到，這兩個容器各有兩個資料卷，雖然掛載點的名字相同，但實際它們是不能互相訪問的。我們可以通過docker inspect命令清楚地看到它們在本地對映的並不是相同的資料卷：

schen@scvmu01:~$ docker inspect --format='{{range $i := .Mounts}}{{$i.Destination}} -> {{$i.Source}}
{{end}}' dv_test3
/datavolume1 -> /var/lib/docker/volumes/aaf345c38ea3d92bc71fcd5392cad0318f1c38af0ac2c5301e816ce9c30f0311/_data
/datavolume2 -> /var/lib/docker/volumes/922d5a4f29d9e02123d780017b3e2415215b9eaf3b7ac76e9605e15716f3163b/_data

schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker inspect --format='{{range $i := .Mounts}}{{$i.Destination}} -> {{$i.Source}}
{{end}}' dv_test4
/datavolume1 -> /var/lib/docker/volumes/e7fa53efde00770ee77dd3045e02fa2e9b9181934ba3610ddb921d5cf80ea90f/_data
/datavolume2 -> /var/lib/docker/volumes/9f1e70acd2a046207325981f7a299d4cb16be29f6d7bd01f221688400ea46e59/_data

schen@scvmu01:~$

那麼，當我們不能訪問到本地目錄時，如何在容器之間共享資料呢？這就涉及到我們下一章節所講到的“資料卷容器”的概念。

Docker的資料卷容器

資料卷容器

命名的容器掛載資料卷，其他容器通過掛載這個容器實現資料共享，掛載資料卷的容器，就叫做資料卷容器。

┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Docker Host                         │
│                                                            │
│┌───────────────────────────────────┐┌─────────────────────┐│
││              Docker               ││  Local File System  ││
││                                   ││                     ││
││ ┌──────────┐                      ││                     ││
││ │Container1│----------            ││                     ││
││ └──────────┘          |           ││                     ││
││ ┌──────────┐    ┌──────────────┐  ││   ┌──────────────┐  ││
││ │Container2│----│Data Container│-------│Directory/File│  ││
││ └──────────┘    └──────────────┘  ││   └──────────────┘  ││
││ ┌──────────┐          |           ││                     ││
││ │Container3│----------            ││                     ││
││ └──────────┘                      ││                     ││
│└───────────────────────────────────┘└─────────────────────┘│
└────────────────────────────────────────────────────────────┘

使用資料卷容器

我們可以通過使用docker run命令的--volumes-from選項掛載資料卷容器。該命令的完整格式為：$ docker run --volumes-from [CONTAINER_NAME]，這裡的“CONTAINER_NAME”就是包含有資料卷的容器的名字。

首先，我們來建立一個數據卷容器，並在其中寫入一個檔案：

schen@scvmu01:~$ docker run -it --name dv_test5 shichen/dvt
root@0268b9e7c96a:/# 
root@0268b9e7c96a:/# touch /datavolume1/dvt5_1
root@0268b9e7c96a:/# 
root@0268b9e7c96a:/# ls /datavolume1
dvt5_1
root@0268b9e7c96a:/# 
root@0268b9e7c96a:/# exit   
exit
schen@scvmu01:~$

然後我們將這個容器“dv_test5”作為資料卷容器，執行兩個新的容器“dv_test6”和“dv_test7”，並在其中各寫入一個檔案：

schen@scvmu01:~$ docker run -it --name dv_test6 --volumes-from dv_test5 ubuntu
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# touch /datavolume1/dvt6_1 
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# ls /datavolume1
dvt5_1  dvt6_1
root@e6cdc884e449:/#  
root@e6cdc884e449:/# exit
exit
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker run -it --name dv_test7 --volumes-from dv_test5 ubuntu
root@0286d712eb0a:/# 
root@0286d712eb0a:/# touch /datavolume1/dvt7_1      
root@0286d712eb0a:/# 
root@0286d712eb0a:/# ls /datavolume1          
dvt5_1  dvt6_1  dvt7_1
root@0286d712eb0a:/# 
root@0286d712eb0a:/# exit
exit
schen@scvmu01:~$

我們發現容器“dv_test6”和“dv_test7”都使用了“dv_test5”的資料卷，通過docker inspect命令我們可以更直觀地看到這個資訊：

schen@scvmu01:~$ docker inspect --format='{{range $i := .Mounts}}{{$i.Destination}} -> {{$i.Source}}
{{end}}' dv_test5
/datavolume1 -> /var/lib/docker/volumes/3c72e900d0ba4a5bc78d262356cd547efeef2994b8603269d2c5f8355b35c134/_data
/datavolume2 -> /var/lib/docker/volumes/1dd96105a517f850af8530b6d2e3177545f8f7854c6239285bea26cfe180dc3c/_data

schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker inspect --format='{{range $i := .Mounts}}{{$i.Destination}} -> {{$i.Source}}
{{end}}' dv_test6
/datavolume1 -> /var/lib/docker/volumes/3c72e900d0ba4a5bc78d262356cd547efeef2994b8603269d2c5f8355b35c134/_data
/datavolume2 -> /var/lib/docker/volumes/1dd96105a517f850af8530b6d2e3177545f8f7854c6239285bea26cfe180dc3c/_data

schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker inspect --format='{{range $i := .Mounts}}{{$i.Destination}} -> {{$i.Source}}
{{end}}' dv_test7
/datavolume1 -> /var/lib/docker/volumes/3c72e900d0ba4a5bc78d262356cd547efeef2994b8603269d2c5f8355b35c134/_data
/datavolume2 -> /var/lib/docker/volumes/1dd96105a517f850af8530b6d2e3177545f8f7854c6239285bea26cfe180dc3c/_data

schen@scvmu01:~$

由此可見，使用--volumes-from選項，會將資料卷容器中有關資料卷的資訊拷貝到新啟動的容器中。

現在我們來做一個試驗，在容器全部停止的狀態下，使用docker rm -v命令來刪除容器“dv_test5”，指定-v選項是為了告訴Docker在刪除容器的同時，也刪除掉與容器相關聯的資料卷：

schen@scvmu01:~$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker rm -v dv_test5
dv_test5
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker restart dv_test6
dv_test6
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker attach dv_test6
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# touch /datavolume1/dvt6_2
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# ls /datavolume1
dvt5_1  dvt6_1  dvt6_2  dvt7_1
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# exit
exit
schen@scvmu01:~$

試驗的結果是Docker並沒有刪除容器“dv_test5”所關聯的資料卷，這是因為該資料卷仍被其他容器所關聯，在這種情況下Docker並不會刪除這些資料卷。

小結

使用資料卷容器，可以很方便地在容器之間共享資料，同時我們並不需要使用者確切地連線到一個已知的Docker宿主機上的檔案或目錄，這一點在多租戶環境中十分重要，因為在這種情況下我們並不想暴露伺服器過多的實際資訊。

Docker資料卷的備份和還原

既然使用資料卷是為了儲存資料，那麼就不可避免地涉及到資料的備份、還原以及遷移等操作。在這些情況下，我們可以通過使用資料卷技術，完成對資料進行操作的各種任務。

資料備份

我們可以使用如下的命令備份資料卷中的資料：
- docker run --volumes-from [CONTAINER_NAME] -v $(pwd)/backup:/backup ubuntu tar -cvf /backup/data_volume_name.tar [DATA_VOLUME_IN_CONTAINER]

為了方便理解，請看下面的圖示：

┌───────────────────────────────────────┐
│             Docker Host               │
│                                       │
│┌────────────────┐┌───────────────────┐│
││    Docker      ││ Local File System ││
││                ││                   ││
││ ┌──────────┐   ││   ┌─────────────┐ ││
││ │Container1│<-------│ DATA_VOLUME │ ││
││ └──────────┘   ││   └─────────────┘ ││
││    |    ..................:         ││
││    v    v      ││                   ││
││ ┌──────────┐   ││   ┌─────────────┐ ││
││ │Container2│<-------│$(pwd)/backup│ ││
││ └──────────┘   ││   └─────────────┘ ││
│└────────────────┘└───────────────────┘│
└───────────────────────────────────────┘

執行該備份命令的容器就是圖中的“Container2”，首先它會通過--volumes-from選項從要備份的容器“Container1”處引入其資料卷，這步完成後就建立了圖中“DATA_VOLUME”到“Container2”的對映關係，然後它會通過-v選項掛載用於備份的資料卷，也就是圖中“$(pwd)/backup”到“Container2”的對映關係。同時映射了這些資料卷後，不論是通過複製還是打包，都能輕易地將資料備份出來。這裡我們正是通過tar命令完成備份操作的。

我們以備份容器“dv_test6”上的資料卷為例進行演示：

schen@scvmu01:~$ ls
container_data  dockerfile
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker run --volumes-from dv_test6 -v $(pwd)/backup:/backup ubuntu tar -cvf /backup/datavolumes.tar /datavolume1 /datavolume2
tar: Removing leading `/' from member names
/datavolume1/
/datavolume1/dvt5_1
/datavolume1/dvt7_1
/datavolume1/dvt6_2
/datavolume1/dvt6_1
/datavolume2/
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ ls
backup  container_data  dockerfile
[email protected]:~$ 
[email protected]:~$ tar -tvf ./backup/datavolumes.tar 
drwxr-xr-x root/root         0 2016-11-06 17:34 datavolume1/
-rw-r--r-- root/root         0 2016-11-06 16:55 datavolume1/dvt5_1
-rw-r--r-- root/root         0 2016-11-06 17:10 datavolume1/dvt7_1
-rw-r--r-- root/root         0 2016-11-06 17:34 datavolume1/dvt6_2
-rw-r--r-- root/root         0 2016-11-06 16:59 datavolume1/dvt6_1
drwxr-xr-x root/root         0 2016-11-06 16:55 datavolume2/
[email protected]:~$

還原資料

同樣，我們也可以使用如下的命令還原資料卷中的資料：
- docker run --volumes-from [CONTAINER_NAME] -v $(pwd)/backup:/backup ubuntu tar -xvf /backup/data_volume_name.tar -C [ROOT_PATH_FOR_DATA_VOLUME_IN_CONTAINER]

schen@scvmu01:~$ docker restart dv_test6
dv_test6
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker attach dv_test6
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# rm /datavolume*/*
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# ls -la /datavolume*
/datavolume1:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 11:33 .
drwxr-xr-x 37 root root 4096 Nov  6 11:32 ..

/datavolume2:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 08:55 .
drwxr-xr-x 37 root root 4096 Nov  6 11:32 ..
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker run --volumes-from dv_test6 -v $(pwd)/backup:/backup ubuntu tar -xvf /backup/datavolumes.tar -C /
datavolume1/
datavolume1/dvt5_1
datavolume1/dvt7_1
datavolume1/dvt6_2
datavolume1/dvt6_1
datavolume2/
schen@scvmu01:~$ 
schen@scvmu01:~$ docker attach dv_test6
root@e6cdc884e449:/# 
root@e6cdc884e449:/# ls -la /datavolume*
/datavolume1:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 09:34 .
drwxr-xr-x 37 root root 4096 Nov  6 11:32 ..
-rw-r--r--  1 root root    0 Nov  6 08:55 dvt5_1
-rw-r--r--  1 root root    0 Nov  6 08:59 dvt6_1
-rw-r--r--  1 root root    0 Nov  6 09:34 dvt6_2
-rw-r--r--  1 root root    0 Nov  6 09:10 dvt7_1

/datavolume2:
total 8
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Nov  6 08:55 .
drwxr-xr-x 37 root root 4096 Nov  6 11:32 ..
root@e6cdc884e449:/#

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