Docker 数据管理

本章将深入讲解 Docker 中的数据管理，包括数据卷、绑定挂载、临时文件系统以及数据持久化策略，帮助你有效管理容器中的数据。

数据管理概述

容器数据的特点

Docker 容器默认是无状态的，容器删除时其内部的数据也会丢失。为了实现数据持久化和共享，Docker 提供了多种数据管理方案：

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    主机文件系统                          │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│  数据卷        │  绑定挂载      │  tmpfs 挂载          │
│  (Volumes)     │  (Bind Mounts) │  (tmpfs Mounts)      │
│                │                │                      │
│  Docker 管理   │  主机路径      │  内存存储            │
│  可移植性好    │  性能较好      │  临时数据            │
│  安全性高      │  依赖主机      │  容器停止即删除      │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

数据管理方式对比

特性	数据卷 (Volumes)	绑定挂载 (Bind Mounts)	tmpfs 挂载
管理方式	Docker 管理	用户管理	系统管理
存储位置	Docker 目录	主机任意路径	内存
性能	好	最好	最好
可移植性	高	低	不适用
安全性	高	中	高
持久化	是	是	否

数据卷 (Volumes)

数据卷基础操作

bash

# 创建数据卷
docker volume create my-volume

# 列出所有数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详细信息
docker volume inspect my-volume

# 删除数据卷
docker volume rm my-volume

# 删除所有未使用的数据卷
docker volume prune

# 强制删除所有数据卷
docker volume prune -f

使用数据卷

bash

# 在容器中使用数据卷
docker run -d --name web-server -v my-volume:/usr/share/nginx/html nginx

# 使用匿名数据卷
docker run -d --name app -v /app/data nginx

# 多个容器共享数据卷
docker run -d --name app1 -v shared-data:/data nginx
docker run -d --name app2 -v shared-data:/data nginx

# 只读数据卷
docker run -d --name app -v my-volume:/data:ro nginx

# 使用数据卷容器模式
docker create --name data-container -v /data busybox
docker run -d --volumes-from data-container --name app1 nginx
docker run -d --volumes-from data-container --name app2 nginx

数据卷驱动程序

bash

# 使用本地驱动（默认）
docker volume create --driver local my-local-volume

# 使用 NFS 驱动
docker volume create --driver local \
  --opt type=nfs \
  --opt o=addr=192.168.1.100,rw \
  --opt device=:/path/to/nfs/share \
  nfs-volume

# 使用 CIFS/SMB 驱动
docker volume create --driver local \
  --opt type=cifs \
  --opt o=username=user,password=pass,uid=1000,gid=1000 \
  --opt device=//192.168.1.100/share \
  cifs-volume

# 查看可用驱动
docker info | grep "Volume:"

数据卷配置选项

bash

# 创建带标签的数据卷
docker volume create --label environment=production --label team=backend my-volume

# 创建带驱动选项的数据卷
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=none \
  --opt o=bind \
  --opt device=/host/path \
  my-bind-volume

# 设置数据卷大小限制（需要支持的存储驱动）
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=tmpfs \
  --opt device=tmpfs \
  --opt o=size=100m \
  tmp-volume

绑定挂载 (Bind Mounts)

基本绑定挂载

bash

# 绑定挂载主机目录
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path nginx

# 使用绝对路径
docker run -d --name web -v $(pwd)/html:/usr/share/nginx/html nginx

# 只读绑定挂载
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path:ro nginx

# 绑定挂载单个文件
docker run -d --name app -v /host/config.json:/app/config.json nginx

# 使用 --mount 语法（推荐）
docker run -d --name web \
  --mount type=bind,source=/host/path,target=/container/path \
  nginx

绑定挂载选项

bash

# 只读挂载
docker run -d --name app \
  --mount type=bind,source=/host/path,target=/container/path,readonly \
  nginx

# 绑定传播设置
docker run -d --name app \
  --mount type=bind,source=/host/path,target=/container/path,bind-propagation=shared \
  nginx

# 一致性设置（macOS）
docker run -d --name app \
  --mount type=bind,source=/host/path,target=/container/path,consistency=cached \
  nginx

开发环境示例

bash

# Node.js 开发环境
docker run -it --rm \
  --name node-dev \
  -v $(pwd):/workspace \
  -v node_modules:/workspace/node_modules \
  -w /workspace \
  -p 3000:3000 \
  node:16 \
  bash

# Python 开发环境
docker run -it --rm \
  --name python-dev \
  -v $(pwd):/app \
  -w /app \
  -p 8000:8000 \
  python:3.9 \
  bash

# 数据库开发环境
docker run -d \
  --name postgres-dev \
  -v $(pwd)/data:/var/lib/postgresql/data \
  -v $(pwd)/init.sql:/docker-entrypoint-initdb.d/init.sql \
  -e POSTGRES_PASSWORD=password \
  -p 5432:5432 \
  postgres:13

tmpfs 挂载

tmpfs 基础使用

bash

# 创建 tmpfs 挂载
docker run -d --name app --tmpfs /tmp nginx

# 指定 tmpfs 选项
docker run -d --name app \
  --tmpfs /tmp:rw,size=100m,mode=1777 \
  nginx

# 使用 --mount 语法
docker run -d --name app \
  --mount type=tmpfs,destination=/tmp,tmpfs-size=100m \
  nginx

# 多个 tmpfs 挂载
docker run -d --name app \
  --tmpfs /tmp \
  --tmpfs /var/run \
  nginx

tmpfs 应用场景

bash

# 临时文件处理
docker run -d --name processor \
  --tmpfs /tmp:size=1g \
  --tmpfs /var/tmp:size=500m \
  my-data-processor

# 缓存目录
docker run -d --name web-app \
  --tmpfs /app/cache:size=200m \
  --tmpfs /app/sessions:size=100m \
  my-web-app

# 敏感数据处理
docker run -d --name secure-app \
  --tmpfs /secure:noexec,nosuid,size=50m \
  my-secure-app

Docker Compose 中的数据管理

数据卷配置

yaml

version: '3.8'

services:
  web:
    image: nginx
    volumes:
      # 命名数据卷
      - web-content:/usr/share/nginx/html
      # 绑定挂载
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
      # 匿名数据卷
      - /var/log/nginx
    
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      # 命名数据卷
      - postgres-data:/var/lib/postgresql/data
      # 初始化脚本
      - ./init.sql:/docker-entrypoint-initdb.d/init.sql:ro
    environment:
      POSTGRES_PASSWORD: password

  app:
    image: myapp
    volumes:
      # 开发时代码挂载
      - .:/app
      # 防止 node_modules 被覆盖
      - /app/node_modules
    tmpfs:
      # 临时文件
      - /tmp
      - /app/cache

# 定义命名数据卷
volumes:
  web-content:
    driver: local
  postgres-data:
    driver: local
    driver_opts:
      type: none
      o: bind
      device: /host/postgres/data

外部数据卷

yaml

version: '3.8'

services:
  app:
    image: myapp
    volumes:
      - existing-volume:/data

volumes:
  existing-volume:
    external: true
    # 或指定外部数据卷名称
    # external:
    #   name: my-existing-volume

数据卷配置选项

yaml

version: '3.8'

services:
  app:
    image: myapp
    volumes:
      # 长格式配置
      - type: volume
        source: app-data
        target: /data
        read_only: false
        volume:
          nocopy: true
      
      # 绑定挂载长格式
      - type: bind
        source: ./config
        target: /app/config
        read_only: true
        bind:
          propagation: shared
      
      # tmpfs 长格式
      - type: tmpfs
        target: /tmp
        tmpfs:
          size: 100M
          mode: 1777

volumes:
  app-data:
    driver: local
    driver_opts:
      type: nfs
      o: addr=nfs-server,rw
      device: ":/path/to/nfs/share"
    labels:
      - "environment=production"
      - "backup=daily"

数据备份和恢复

数据卷备份

bash

# 备份数据卷到 tar 文件
docker run --rm \
  -v my-volume:/data \
  -v $(pwd):/backup \
  ubuntu \
  tar czf /backup/backup-$(date +%Y%m%d-%H%M%S).tar.gz -C /data .

# 使用专用备份容器
docker run --rm \
  -v my-volume:/source:ro \
  -v $(pwd):/backup \
  --name backup-container \
  alpine \
  sh -c "cd /source && tar czf /backup/volume-backup.tar.gz ."

# 备份到远程存储
docker run --rm \
  -v my-volume:/data:ro \
  -e AWS_ACCESS_KEY_ID=your-key \
  -e AWS_SECRET_ACCESS_KEY=your-secret \
  amazon/aws-cli \
  s3 sync /data s3://your-bucket/backup/

数据卷恢复

bash

# 从 tar 文件恢复
docker run --rm \
  -v my-volume:/data \
  -v $(pwd):/backup \
  ubuntu \
  tar xzf /backup/backup.tar.gz -C /data

# 从另一个数据卷复制
docker run --rm \
  -v source-volume:/source:ro \
  -v target-volume:/target \
  ubuntu \
  cp -a /source/. /target/

# 从远程存储恢复
docker run --rm \
  -v my-volume:/data \
  -e AWS_ACCESS_KEY_ID=your-key \
  -e AWS_SECRET_ACCESS_KEY=your-secret \
  amazon/aws-cli \
  s3 sync s3://your-bucket/backup/ /data

自动化备份脚本

bash

#!/bin/bash
# backup-volumes.sh

BACKUP_DIR="/backup"
DATE=$(date +%Y%m%d-%H%M%S)

# 获取所有数据卷
VOLUMES=$(docker volume ls -q)

for volume in $VOLUMES; do
    echo "备份数据卷: $volume"
    
    # 创建备份目录
    mkdir -p "$BACKUP_DIR/$volume"
    
    # 备份数据卷
    docker run --rm \
        -v "$volume":/source:ro \
        -v "$BACKUP_DIR/$volume":/backup \
        alpine \
        tar czf "/backup/$volume-$DATE.tar.gz" -C /source .
    
    # 保留最近 7 天的备份
    find "$BACKUP_DIR/$volume" -name "*.tar.gz" -mtime +7 -delete
    
    echo "备份完成: $volume-$DATE.tar.gz"
done

echo "所有数据卷备份完成"

数据同步和迁移

容器间数据同步

bash

# 使用 rsync 同步数据
docker run --rm \
  -v source-volume:/source:ro \
  -v target-volume:/target \
  instrumentisto/rsync \
  rsync -av --delete /source/ /target/

# 实时同步（使用 inotify）
docker run -d \
  -v source-volume:/source:ro \
  -v target-volume:/target \
  --name sync-container \
  alpine \
  sh -c "
    apk add --no-cache inotify-tools rsync
    while inotifywait -r -e modify,create,delete /source; do
      rsync -av --delete /source/ /target/
    done
  "

跨主机数据迁移

bash

# 导出数据卷
docker run --rm \
  -v my-volume:/data:ro \
  alpine \
  tar czf - -C /data . > volume-export.tar.gz

# 传输到目标主机
scp volume-export.tar.gz user@target-host:/tmp/

# 在目标主机导入
docker volume create my-volume
docker run --rm \
  -v my-volume:/data \
  -i alpine \
  tar xzf - -C /data < /tmp/volume-export.tar.gz

性能优化

存储驱动优化

json

// /etc/docker/daemon.json
{
  "storage-driver": "overlay2",
  "storage-opts": [
    "overlay2.override_kernel_check=true",
    "overlay2.size=20G"
  ]
}

数据卷性能调优

bash

# 使用本地 SSD 存储
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=none \
  --opt o=bind \
  --opt device=/ssd/path \
  fast-volume

# 内存文件系统
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=tmpfs \
  --opt device=tmpfs \
  --opt o=size=1G \
  memory-volume

# 网络存储优化
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=nfs \
  --opt o=addr=nfs-server,rw,tcp,hard,intr,timeo=600 \
  --opt device=:/fast/nfs/share \
  nfs-volume

监控存储使用

bash

# 查看 Docker 存储使用情况
docker system df

# 详细查看
docker system df -v

# 查看数据卷使用情况
docker volume ls --format "table {{.Name}}\t{{.Driver}}\t{{.Scope}}"

# 监控脚本
#!/bin/bash
while true; do
    echo "=== Docker 存储使用情况 ==="
    docker system df
    echo ""
    echo "=== 数据卷列表 ==="
    docker volume ls
    echo ""
    sleep 60
done

安全考虑

数据卷安全

bash

# 设置数据卷权限
docker run --rm \
  -v my-volume:/data \
  alpine \
  chown -R 1000:1000 /data

# 加密数据卷
docker volume create \
  --driver local \
  --opt type=ext4 \
  --opt o=loop,encryption=aes256 \
  --opt device=/encrypted/volume/file \
  encrypted-volume

# 只读挂载敏感数据
docker run -d \
  -v /host/secrets:/secrets:ro \
  --security-opt no-new-privileges \
  myapp

访问控制

bash

# 限制容器用户权限
docker run -d \
  --user 1000:1000 \
  -v app-data:/data \
  myapp

# 使用 SELinux 标签
docker run -d \
  --security-opt label:type:container_file_t \
  -v /host/data:/data:Z \
  myapp

# AppArmor 配置
docker run -d \
  --security-opt apparmor:docker-default \
  -v app-data:/data \
  myapp

故障排查

常见问题诊断

bash

# 检查数据卷挂载
docker inspect container_name | grep -A 10 "Mounts"

# 查看数据卷内容
docker run --rm -v my-volume:/data alpine ls -la /data

# 检查权限问题
docker run --rm -v my-volume:/data alpine \
  sh -c "ls -la /data && id"

# 测试读写权限
docker run --rm -v my-volume:/data alpine \
  sh -c "echo 'test' > /data/test.txt && cat /data/test.txt"

# 查看存储驱动信息
docker info | grep -A 20 "Storage Driver"

性能问题排查

bash

# 监控 I/O 性能
docker run --rm -v my-volume:/data alpine \
  sh -c "dd if=/dev/zero of=/data/test bs=1M count=100 oflag=direct"

# 检查磁盘空间
docker run --rm -v my-volume:/data alpine df -h /data

# 查看 inode 使用情况
docker run --rm -v my-volume:/data alpine df -i /data

本章小结

本章全面介绍了 Docker 数据管理的各个方面：

关键要点：

数据卷：Docker 管理的持久化存储，推荐用于生产环境
绑定挂载：直接挂载主机路径，适合开发环境
tmpfs 挂载：内存存储，适合临时数据
备份恢复：定期备份重要数据，制定恢复策略
性能优化：选择合适的存储驱动和配置
安全考虑：权限控制和访问限制

最佳实践：

生产环境优先使用数据卷
定期备份重要数据
监控存储使用情况
合理设置权限和安全策略
选择合适的存储驱动

在下一章中，我们将学习 Docker 网络配置，包括网络模式、自定义网络和服务发现。

Docker 数据管理 ​

数据管理概述 ​

容器数据的特点 ​

数据管理方式对比 ​

数据卷 (Volumes) ​

数据卷基础操作 ​

使用数据卷 ​

数据卷驱动程序 ​

数据卷配置选项 ​

绑定挂载 (Bind Mounts) ​

基本绑定挂载 ​

绑定挂载选项 ​

开发环境示例 ​

tmpfs 挂载 ​

tmpfs 基础使用 ​

tmpfs 应用场景 ​

Docker Compose 中的数据管理 ​

数据卷配置 ​

外部数据卷 ​

数据卷配置选项 ​

数据备份和恢复 ​

数据卷备份 ​

数据卷恢复 ​

自动化备份脚本 ​

数据同步和迁移 ​

容器间数据同步 ​

跨主机数据迁移 ​

性能优化 ​

存储驱动优化 ​

数据卷性能调优 ​

监控存储使用 ​

安全考虑 ​

数据卷安全 ​

访问控制 ​

故障排查 ​

常见问题诊断 ​

性能问题排查 ​

本章小结 ​

延伸阅读 ​

Docker 数据管理

数据管理概述

容器数据的特点

数据管理方式对比

数据卷 (Volumes)

数据卷基础操作

使用数据卷

数据卷驱动程序

数据卷配置选项

绑定挂载 (Bind Mounts)

基本绑定挂载

绑定挂载选项

开发环境示例

tmpfs 挂载

tmpfs 基础使用

tmpfs 应用场景

Docker Compose 中的数据管理

数据卷配置

外部数据卷

数据卷配置选项

数据备份和恢复

数据卷备份

数据卷恢复

自动化备份脚本

数据同步和迁移

容器间数据同步

跨主机数据迁移

性能优化

存储驱动优化

数据卷性能调优

监控存储使用

安全考虑

数据卷安全

访问控制

故障排查

常见问题诊断

性能问题排查

本章小结

延伸阅读