Docker 的数据管理

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一、容器中数据管理

管理 Docker 容器中数据主要有两种方式：数据卷 （Data Volumes）和数据卷容器 （DataVolumes Containers）。

1．数据卷

数据卷是一个供容器使用的特殊目录，同时数据卷是宿主机中的一个特殊目录（共享）

在容器中，可将宿主机的目录挂载到数据卷上，对数据卷的修改操作立刻可见，并且更新数据不会影响镜像，从而实现数据在宿主机与容器之间的迁移。数据卷的使用类似于 Linux 下对目录进行的 mount 操作。

宿主机目录/var/www 挂载到容器中的/data1。

注意：宿主机本地目录的路径必须是使用绝对路径。如果路径不存在，Docker会自动创建相应的路径。

docker pull centos:7

-v 选项可以在容器内创建数据卷

docker run -v /var/www:/data1 --name web1 -it centos:7 /bin/bash

echo "this is web1" > /data1/abc.txt

exit

返回宿主机进行查看

cat /var/www/abc.txt

2．数据卷容器

如果需要在容器之间共享一些数据，最简单的方法就是使用数据卷容器。

数据卷容器是一个特殊的容器，它专门用于提供数据卷给其他容器挂载。数据卷容器本身不运行应用程序，而是作为一个数据存储和共享的中间件。

创建数据卷容器：使用docker run命令创建一个容器，并通过-v选项指定一个或多个数据卷。
使用数据卷容器：在创建其他容器时，使用--volumes-from选项将数据卷容器中的数据卷挂载到当前容器。

创建一个容器作为数据卷容器

docker run --name web2 -v /data1 -v /data2 -it centos:7 /bin/bash

echo "this is web2" > /data1/abc.txt

echo "THIS IS WEB2" > /data2/ABC.txt

使用 --volumes-from 来挂载 web2 容器中的数据卷到新的容器

docker run -it --volumes-from web2 --name web3 centos:7 /bin/bash

cat /data1/abc.txt

cat /data2/ABC.txt

但需要注意的是，如果数据卷容器被删除，那么它提供的数据卷也会被删除（除非这些数据卷也被其他容器挂载）

二、容器互联（使用centos镜像）

容器互联是通过容器的名称在容器间建立一条专门的网络通信隧道。简单点说，就是会在源容器和接收容器之间建立一条隧道，接收容器可以看到源容器指定的信息。

创建并运行源容器取名web1

docker run -itd -P --name web1 centos:7 /bin/bash

创建并运行接收容器取名web2，使用--link选项指定连接容器以实现容器互联

--link 容器名:连接的别名

docker run -itd -P --name web2 --link web1:web1 centos:7 /bin/bash

进web2 容器， ping web1

docker exec -it web2 bash

ping web1

注意：--link 功能在新版本的 Docker 中已被视为遗留特性，推荐使用 Docker 网络（如 docker network create 和 --network 标志）来实现容器间的通信。

三、Docker 镜像的创建

创建镜像有三种方法，分别为基于已有镜像创建、基于本地模板创建以及基于Dockerfile创建。

3.1、基于现有镜像创建

①、首先启动一个镜像，在容器里做修改

docker create -it centos:7 /bin/bash

docker ps -a

CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES

000550eb36da centos:7 "/bin/bash" 3 seconds ago Created gracious_bassi

②、然后将修改后的容器提交为新的镜像，需要使用该容器的 ID 号创建新镜像

docker commit -m "new" -a "centos" 000550eb36da centos:test

#常用选项：

-m 说明信息；

-a 作者信息；

-p 生成过程中停止容器的运行。

docker images

3.2、基于本地模板创建

通过导入操作系统模板文件可以生成镜像，模板可以从 OPENVZ 开源项目下载，下载地址为http://openvz.org/Download/template/precreated

wget http://download.openvz.org/template/precreated/debian-7.0-x86-minimal.tar.gz

导入为镜像

cat debian-7.0-x86-minimal.tar.gz | docker import - debian:test

3.3、基于Dockerfile 创建（重点）

3.3.1、联合文件系统

UnionFS(联合文件系统）：Union文件系统(UnionFS)是一种分层、轻量级并且高性能的文件系统，它支持对文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。AUFS、OverlayFS 及 Devicemapper 都是一种 UnionFS。

Docker从1.12版本开始将OverlayFS作为默认存储驱动。

UnionFS允许将多个物理位置的文件系统（或目录）合并成一个逻辑上的联合文件系统。这个联合文件系统对用户表现为一个统一的目录树，而底层可能包含多个不同的文件系统层 。这种技术的主要优点是能够高效地管理数据的变更，因为它允许在不修改原始数据的情况下，通过叠加新的层来存储变更。

Union文件系统是Docker镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像（没有父镜像），可以制作各种具体的应用镜像。

特性：一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。

我们下载的时候看到的一层层的就是联合文件系统。

UnionFS的特点

分层结构：UnionFS通过分层来管理文件系统，每一层可以视为一个快照或增量更改集。
高效性：由于只存储增量数据，UnionFS可以显著提高存储效率。
只读与可写层：UnionFS中的层可以是只读的（如基础镜像层），也可以是可写的（如容器层）。
写时复制（Copy-on-Write, CoW）：当尝试写入一个只读层时，UnionFS会创建一个新的可写层，并将修改的数据复制到该层，而不是直接修改原始层。

3.3.2、镜像加载原理

Docker的镜像实际上由一层一层的文件系统组成，这种层级的文件系统就是UnionFS。

在Docker镜像的最底层是bootfs，这一层与我们典型的Linux/Unix系统是一样的，包含boot加载器和内核。当boot加载完成之后整个内核就都在内存中了，此时内存的使用权已由bootfs转交给内核，此时系统也会卸载bootfs。

bootfs主要包含bootloader和kernel，bootloader主要是引导加载kernel，Linux刚启动时会加载bootfs文件系统。

rootfs，在bootfs之上。包含的就是典型Linux系统中的/dev,/proc,/bin,/etc等标准目录和文件。rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu,Centos等等。

我们可以理解成一开始内核里什么都没有，操作一个命令下载debian，这时就会在内核上面加了一层基础镜像；

再安装一个emacs，会在基础镜像上叠加一层image；

接着再安装一个apache，又会在images上面再叠加一层image。

最后它们看起来就像一个文件系统即容器的rootfs。

在Docker的体系里把这些rootfs叫做Docker的镜像。

但是，此时的每一层rootfs都是read-only的，我们此时还不能对其进行操作。

当我们创建一个容器，也就是将Docker镜像进行实例化，系统会在一层或是多层read-only的rootfs之上分配一层空的read-write的rootfs。

也就是创建实例化的容器后，每次操作数据，都会添加一层可读可写层，底层只可以读，上层可以添加可以读可写层来操作

3.3.3、Dockerfile

Docker镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（如匿名卷、环境变量、用户等）。

镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

镜像的定制实际上就是定制每一层所添加的配置、文件。如果我们可以把每一层修改、安装、构建、操作的命令都写入一个脚本，用这个脚本来构建、定制镜像，那么镜像构建透明性的问题、体积的问题就都会解决。这个脚本就是 Dockerfile。

Dockerfile是一个文本文件，其内包含了一条条的指令(Instruction)，每一条指令构建一层，因此每一条指令的内容，就是描述该层应当如何构建。有了Dockerfile，当我们需要定制自己额外的需求时，只需在Dockerfile上添加或者修改指令，重新生成 image 即可，省去了敲命令的麻烦。

除了手动生成Docker镜像之外，可以使用Dockerfile自动生成镜像。Dockerfile是由多条的指令组成的文件，其中每条指令对应 Linux 中的一条命令，Docker 程序将读取Dockerfile 中的指令生成指定镜像。

Dockerfile结构大致分为四个部分：基础镜像信息、维护者信息、镜像操作指令和容器启动时执行指令。Dockerfile每行支持一条指令，每条指令可携带多个参数，支持使用以"#"号开头的注释。

在编写 Dockerfile 时，有严格的格式需要遵循：

第一行必须使用 FROM 指令指明所基于的镜像名称；
之后使用 MAINTAINER 指令说明维护该镜像的用户信息；maintainer维护者
然后是镜像操作相关指令，如 RUN 指令。每运行一条指令，都会给基础镜像添加新的一层。
最后使用 CMD 指令指定启动容器时要运行的命令操作。

3.3.3.1、Docker 镜像结构的分层

镜像不是一个单一的文件，而是有多层构成。容器其实是在镜像的最上面加了一层读写层，在运行容器里做的任何文件改动，都会写到这个读写层。如果删除了容器，也就删除了其最上面的读写层，文件改动也就丢失了。Docker使用存储驱动管理镜像每层内容及可读写层的容器层。

（1）Dockerfile 中的每个指令都会创建一个新的镜像层；

（2）镜像层将被缓存和复用；

（3）当Dockerfile 的指令修改了，复制的文件变化了，或者构建镜像时指定的变量不同了，对应的镜像层缓存就会失效；

（4）某一层的镜像缓存失效，它之后的镜像层缓存都会失效；

（5）镜像层是不可变的，如果在某一层中添加一个文件，然后在下一层中删除它，则镜像中依然会包含该文件，只是这个文件在 Docker 容器中不可见了。

3.3.3.2、Dockerfile 操作常用的指令

（1）FROM 镜像 from

指定新镜像所基于的基础镜像，第一条指令必须为FROM 指令，每创建一个镜像就需要一条 FROM 指令

（2）MAINTAINER 名字 maintainer

说明新镜像的维护人信息

（3）RUN 命令 run
创建时 ，在所基于的镜像上执行命令，并提交到新的镜像中

例如：cd cp命令

（4）ENTRYPOINT ["要运行的程序", "参数 1", "参数 2"] entrypoint

设定容器启动时第一个运行的命令及其参数。

可以通过使用命令docker run --entrypoint 来覆盖镜像中的ENTRYPOINT指令的内容。

ENTRYPOINT ["rm", "-rf", "/*"]

（5）CMD ["要运行的程序", "参数1", "参数2"]

上面的是exec形式，shell形式：CMD 命令参数1 参数2
容器启动时默认执行的命令或者脚本，Dockerfile只能有一条CMD命令。如果指定多条命令，只执行最后一条命令。
如果在docker run时指定了命令或者镜像中有ENTRYPOINT（有执行命令），那么CMD就会被覆盖。
CMD 可以为理解为 ENTRYPOINT 指令提供默认参数。

ENTRYPOINT ["rm"]

CMD ["cp" ,"-rf","*"]

最终执行rm -rf *

java -jar xxxxxxx.jar 8090

docker run指定的命令----》ENTRYPOINT---》CMD

（6）EXPOSE 端口号 expose暴露

端口是都需要的

指定新镜像加载到 Docker 时要开启的端口 EXPOSE 8090

（7）ENV 环境变量变量值

设置一个环境变量的值，会被后面的 RUN 使用

linxu PATH=$PATH:/opt

ENV PATH $PATH:/opt

将源文件复制到镜像中，源文件要与 Dockerfile 位于相同目录中 ，或者是一个 URL

有如下注意事项：

1、如果源路径是个文件，且目标路径是以 / 结尾，则docker会把目标路径当作一个目录，会把源文件拷贝到该目录下。

如果目标路径不存在，则会自动创建目标路径。

/home/ky26/zhaichen.txt /home/ky26/

2、如果源路径是个文件，且目标路径是不以 / 结尾，则docker会把目标路径当作一个文件。

如果目标路径不存在，会以目标路径为名创建一个文件，内容同源文件；

如果目标文件是个存在的文件，会用源文件覆盖它，当然只是内容覆盖，文件名还是目标文件名。

如果目标文件实际是个存在的目录，则会源文件拷贝到该目录下。注意，这种情况下，最好显示的以 / 结尾，以避免混淆。

A B

/home/ky26 /home/ky26

结论：用/

3、如果源路径是个目录，且目标路径不存在，则docker会自动以目标路径创建一个目录，把源路径目录下的文件拷贝进来。

如果目标路径是个已经存在的目录，则docker会把源路径目录下的文件拷贝到该目录下。

4、如果源文件是个归档文件（压缩文件），则docker会自动帮解压。

URL下载和解压特性不能一起使用。任何压缩文件通过URL拷贝，都不会自动解压。

（9）COPY 源文件/目录目标文件/目录

只复制本地主机上的文件/目录复制到目标地点，源文件/目录要与Dockerfile 在相同的目录中

（10）VOLUME ["目录"]

在容器中创建一个挂载点

（11）USER 用户名/UID

指定运行容器时的用户

（12）WORKDIR 路径 /home

为后续的 RUN、CMD、ENTRYPOINT 指定工作目录

（13）ONBUILD 命令

指定所生成的镜像作为一个基础镜像时所要运行的命令。

当在一个Dockerfile文件中加上ONBUILD指令，该指令对利用该Dockerfile构建镜像（比如为A镜像）不会产生实质性影响。

但是当编写一个新的Dockerfile文件来基于A镜像构建一个镜像（比如为B镜像）时，这时构造A镜像的Dockerfile文件中的ONBUILD指令就生效了，在构建B镜像的过程中，首先会执行ONBUILD指令指定的指令，然后才会执行其它指令。

OBuild rm - rf /*

注：请各位自己在生产中如果有的是别的dockerfile 请自习阅读，否则后果自付

（14）HEALTHCHECK

健康检查

四、案例

建立工作目录

mkdir /opt/apache

cd /opt/apache

vim Dockerfile

#基于的基础镜像
FROM centos:7
#维护镜像的用户信息
MAINTAINER this is xx image <自己的名字>
#镜像操作指令安装apache软件
RUN yum -y update
RUN yum -y install httpd
#开启 80 端口
EXPOSE 80
#复制网站首页文件
ADD index.html /var/www/html/index.html


//方法一：
#将执行脚本复制到镜像中
ADD run.sh /run.sh
RUN chmod 755 /run.sh
#启动容器时执行脚本
CMD ["/run.sh"]




//方法二：
ENTRYPOINT [ "/usr/sbin/apachectl" ]
CMD ["-D", "FOREGROUND"]




-----------------------------------------------------------------------------------
#基于镜像基础
FROM centos:7
#维护镜像的用户信息
MAINTAINER YC
#指令
ADD CentOS-Base.repo /etc/yum.repos.d/
RUN yum clean all && yum  makecache && \
yum install -y epel-release   && \
yum install -y  httpd
EXPOSE  80
ADD index.html /var/www/html/index.html
ENTRYPOINT ["/usr/sbin/apachectl" ]
CMD ["-D","FOREGROUND"]

方法二

docker build -t httpd:centos .

//新镜像运行容器

docker run -d -p 1216:80 httpd:centos

准备执行脚本

vim /opt/apache/CentOS-Base.repo

在【前置资源】

vim run.sh

#!/bin/bash
rm -rf /run/httpd/*                            #清理httpd的缓存
/usr/sbin/apachectl -D FOREGROUND            #指定为前台运行
#因为Docker容器仅在它的1号进程（PID为1）运行时，会保持运行。如果1号进程退出了，Docker容器也就退出了。

//准备网站页面
echo "this is test web" > index.html

//生成镜像
docker build -t httpd:centos .           #注意别忘了末尾有"."

//新镜像运行容器
docker run -d -p 1216:80 httpd:centos

//测试

http://192.168.80.10:1216/

########如果有网络报错提示########

[Warning] IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.

解决方法：

vim /etc/sysctl.conf

net.ipv4.ip_forward=1

sysctl -p

systemctl restart network

systemctl restart docker

备注：扩展有大量案例，请自行研究在【前置资源】

五、一些问题

1、为什么Docker里的centos的大小才200M？

因为对于精简的OS，rootfs可以很小，只需要包含最基本的命令、工具和程序库就可以了，因为底层直接用宿主机的kernel，自己只需要提供rootfs就可以了。由此可见对于不同的linux发行版，bootfs基本是一致的，rootfs会有差别，因此不同的发行版可以公用bootfs。