当代码从服务器进入草莓时，首届“多多农研究科技大赛”入围名单揭晓
06-18
我的公众号：海天二路砖工 1.简介 Docker的出现彻底改变了应用程序开发和部署的方式。 Docker技术利用Docker镜像、容器和分层文件系统的巧妙组合，轻松打包应用程序及其依赖项，并在不同环境中以一致的方式运行。
Docker 镜像包含应用程序及其运行所需的环境的快照。它是静态的、不可变的，由多个只读层和一个可写层组成。
容器提供了一个隔离的操作环境，允许应用程序在其中运行并读取、写入和存储数据。如何管理容器中的数据以及如何与主机交互都是通过Docker存储驱动来实现的。
本文将深入研究 Docker 存储驱动程序，从选择合适的存储驱动程序到它们的工作方式，再到最佳实践和性能优化。我们将重点关注一些常见的存储驱动程序，例如 Overlay2、AUFS 和 Device Mapper，以及其他存储选项，例如 Btrfs 和 VFS。
2. Docker 存储驱动简介 什么是 Docker 存储驱动 Docker 存储驱动是 Docker 中的核心组件，负责管理容器的文件系统和数据。存储驱动程序的主要功能是定义如何组织、存储和检索容器的数据，以便容器可以访问、写入和读取数据。
存储驱动程序确定容器内的文件系统层次结构以及它如何与主机文件系统交互。常见的 Docker 存储驱动有哪些？ Docker提供了多种不同的存储驱动选项，以满足不同的使用场景和需求。
以下是一些常见的 Docker 存储驱动程序： Overlay2：Overlay2 存储驱动程序是 Docker 的默认存储驱动程序。它采用OverlayFS技术，支持写时复制（Copy-on-Write）。
在性能和稳定性方面表现良好，特别适合生产。环境。
AUFS：AUFS 存储驱动程序使用另一个也支持写时复制的联合文件系统。虽然 AUFS 在某些旧版本的 Docker 中常用，但在较新的版本中，Overlay2 取代了它。
设备映射器：设备映射器存储驱动程序使用底层块设备来支持高级存储管理功能，例如快照和精简写入。适用于需要高级存储能力，但需要仔细配置的场景。
Btrfs：Btrfs 存储驱动程序利用 Btrfs 文件系统的功能，支持写时复制和快照。它适用于需要高级文件系统功能的环境。
VFS：VFS存储驱动是Docker原生的存储驱动，提供基本的文件系统功能。它通常用于测试或开发目的，不适合生产环境。
ZFS：ZFS 存储驱动程序使用 ZFS 文件系统提供高级数据管理和文件系统功能。适用于需要高级存储功能，但需要较多配置和管理工作的场景。
3. Overlay2存储驱动 Overlay2存储驱动介绍 Overlay2存储驱动是Docker默认的存储驱动，负责管理容器的文件系统和数据。 Overlay2存储驱动在性能和稳定性方面表现出色，特别适合生产环境。
Overlay2存储驱动工作原理 Overlay2是基于OverlayFS技术的。 OverlayFS原理：OverlayFS是一个联合文件系统，可以在单个Linux主机上堆叠两个目录并将它们呈现为单个目录。
两个堆叠的目录称为“层”，合并它们的过程称为“联合挂载”。在OverlayFS中，底层目录称为“lowerdir”，上层目录称为“upperdir”。
用户可以访问这两个目录的内容，但这个统一的视图是通过一个名为“merged”的单独目录公开的。上层：这是容器的可写层，包含容器内部生成的文件和数据。
当容器执行写操作时，Overlay2存储驱动程序会在上层创建一个新的文件或目录，而不直接修改底层。这种写时复制方法确保了容器的数据隔离和不变性。
Lower层：这是Docker镜像的最底层，包括基本的文件系统和镜像中的文件。这些文件在所有容器之间共享，从而实现跨多个容器的高度重用并节省存储空间。
当容器启动时，Overlay2存储驱动程序以只读模式挂载底层，并在上层创建一个可写的挂载点。这使容器可以访问底层的文件，允许它们修改和创建新文件，并将这些修改保存在上层中。
这种架构确保了容器的数据隔离和快速启动时间。Overlay2存储驱动的优缺点 Overlay2存储驱动的优缺点： 高性能：Overlay2是一个轻量级的存储驱动，可以利用分层存储机制实现高性能、高效的容器操作。
快速容器启动：Overlay2的层堆叠机制可以让容器快速启动。由于基础镜像层是共享的，因此只有在容器层添加或修改的文件需要额外的存储空间，而不是整个镜像。
可读：Overlay2使用标准的Linux文件系统功能使容器文件系统在主机上可读，这对于调试和监控容器非常有用。容器可移植性：Overlay2 允许容器和镜像在不同的 Docker 主机之间移植，因为它不依赖于底层文件系统的特定实现。
稳定性：Overlay2存储驱动是Docker默认的存储驱动，在稳定性和可靠性方面已经得到充分验证。 Overlay2存储驱动的缺点： 兼容性：在某些旧版本的Linux内核中，可能不支持Overlay2存储驱动，这可能会导致在某些系统上无法使用。
因此，在选择Overlay2存储驱动时，需要保证与主机操作系统和内核版本的兼容性。存储需求：虽然Overlay2是一个轻量级的存储驱动，但是当容器层较多时，它可能会占用更多的磁盘空间。
不适合大规模写入：大规模写入文件时，Overlay2 可能表现不佳，因为它需要向容器层写入比原始镜像更多的文件。 4. 其他存储驱动程序 **BTRFS** Btrfs（B 树文件系统）是一种现代、先进的 Linux 文件系统，旨在提供高水平的数据完整性、可扩展性和性能。
Btrfs 引入了许多高级功能，包括快照、检查和修复、压缩、在线扩展和多设备支持。其设计目标是提高文件系统的稳定性和可管理性，以满足现代计算机系统的需求。
使用 Btrfs 存储驱动程序时，整个 /var/lib/docker/ 目录存储在 Btrfs 卷上。有关镜像层和可写容器层的信息存储在 /var/lib/docker/btrfs/subvolumes/ 中。
该子目录包含每个映像或容器层一个目录，以及从一层及其所有父层构建的统一文件系统。整体结构就像一棵B树。
上图显示了 4 个子卷。 “子卷 2”和“子卷 3”是嵌套的，而“子卷 4”则显示其自己的内部目录树。
Device MapperDevice Mapper 是一个基于内核的框架，Docker 的 devicemapper 存储驱动程序利用其精简配置和快照功能来进行映像和容器管理。 devicemapper 驱动程序使用 Docker 特定的块设备并在块级别（而不是文件级别）运行。
可以通过向 Docker 主机添加物理存储来进行扩展，并且它们的性能比在操作系统 (OS) 级别使用文件系统更好。使用 devicemapper 存储驱动程序时， /var/lib/docker/devicemapper/metadata/ 目录保存有关 Devicemapper 配置本身以及存在的每个映像和容器层的元数据。
Devicemapper 使用快照将每一层中引入的差异存储为一个非常小的、轻量级的精简池。快照信息存储在容器层的元数据中。
**ZFS**ZFS 是下一代文件系统，支持许多先进的存储技术，例如卷管理、快照、校验和、压缩和重复数据删除、复制等。但由于 CDDL 和 GPL 之间的许可不兼容，ZFS 不能作为主线 Linux 内核的一部分。
ZFS 使用以下三个对象来支持其工作： 文件系统：文件系统是 ZFS 的核心对象，用于组织和管理数据。与传统文件系统类似，ZFS 文件系统允许您存储和组织数据，但具有数据完整性、容量管理、数据压缩和高级缓存等高级功能和特性。
快照：ZFS 支持快照，快照是文件系统的只读副本，用于捕获文件系统在特定时刻的状态。快照可用于数据备份、版本控制、数据恢复和测试。
ZFS 快照非常高效，因为它们不会立即占用额外的磁盘空间，而是利用写时复制技术来保存文件系统状态。克隆：克隆是现有快照的可写副本。
您可以创建克隆来创建与原始文件系统的快照相同的新文件系统。克隆可用于创建环境隔离、测试、开发分支或任何需要原始数据的独立副本的情况。
克隆非常高效，因为它们与原始文件系统共享相同的数据块，并且仅在修改时才分配额外的磁盘空间。上图包含 ZFS 的两个主要步骤： 从文件系统创建只读快照。
从快照创建可写克隆。这包括与父层的任何差异。
**VFS** VFS 存储驱动程序不是联合文件系统；相反，每一层都是磁盘上的一个目录，并且不支持写入时复制。要创建新图层，需要对前一层进行“深层复制”，这极大地限制了其性能。
VFS 不是联合文件系统。相反，每个镜像层和可写容器层在 Docker 主机上都表示为 /var/lib/docker/ 中的子目录。
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