筆者在《Docker 基礎 : 數據管理》一文中介紹了 docker 數據卷(volume) 的基本用法。隨着使用的深入，筆者對 docker 數據卷的理解與認識也在不斷的增強。本文將在前文的基礎上介紹 docker 數據卷的原理及一些高級用法。如果您想先了解 docker 數據卷的基本概念與用法，請先移步這里。
為什么需要數據卷？
這得從 docker 容器的文件系統說起。出於效率等一系列原因，docker 容器的文件系統在宿主機上存在的方式很復雜，這會帶來下面幾個問題：
- 不能在宿主機上很方便地訪問容器中的文件。
- 無法在多個容器之間共享數據。
- 當容器刪除時，容器中產生的數據將丟失。
為了解決這些問題，docker 引入了數據卷(volume) 機制。數據卷是存在於一個或多個容器中的特定文件或文件夾，這個文件或文件夾以獨立於 docker 文件系統的形式存在於宿主機中。數據卷的最大特定是：其生存周期獨立於容器的生存周期。
使用數據卷的最佳場景
- 在多個容器之間共享數據，多個容器可以同時以只讀或者讀寫的方式掛載同一個數據卷，從而共享數據卷中的數據。
- 當宿主機不能保證一定存在某個目錄或一些固定路徑的文件時，使用數據卷可以規避這種限制帶來的問題。
- 當你想把容器中的數據存儲在宿主機之外的地方時，比如遠程主機上或雲存儲上。
- 當你需要把容器數據在不同的宿主機之間備份、恢復或遷移時，數據卷是很好的選擇。
docker volume 子命令
docker 專門提供了 volume 子命令來操作數據卷：
create 創建數據卷
inspect 顯示數據卷的詳細信息
ls 列出所有的數據卷
prune 刪除所有未使用的 volumes，並且有 -f 選項
rm 刪除一個或多個未使用的 volumes，並且有 -f 選項
先創建一個名稱為 hello 的數據卷並通過 ls 命令進行查看：
然后可以使用 inspect 命令看看數據卷 hello 的詳細信息：
在這里我們可以看到創建數據卷的時間；該數據卷使用的驅動程序為默認的 "local"，表示數據卷使用宿主機的本地存儲；數據卷的掛載點，默認是本機 /var/lib/docker/volumes 下的一個目錄。
最后我們可以使用 rm 或 prune 命令刪除數據卷，后面筆者會介紹一些實際使用中與數據卷的刪除有關的一些實踐。
使用 mount 語法掛載數據卷
之前我們使用 --volume(-v) 選項來掛載數據卷，現在 docker 提供了更強大的 --mount 選項來管理數據卷。mount 選項可以通過逗號分隔的多個鍵值對一次提供多個配置項，因此 mount 選項可以提供比 volume 選項更詳細的配置。使用 mount 選項的常用配置如下：
type 指定掛載方式，我們這里用到的是 volume，其實還可以有 bind 和 tmpfs。
volume-driver 指定掛載數據卷的驅動程序，默認值是 local。
source 指定掛載的源，對於一個命名的數據卷，這里應該指定這個數據卷的名稱。在使用時可以寫 source，也可以簡寫為 src。
destination 指定掛載的數據在容器中的路徑。在使用時可以寫 destination，也可以簡寫為 dst 或 target。
readonly 指定掛載的數據為只讀。
volume-opt 可以指定多次，用來提高更多的 mount 相關的配置。
下面我們看個具體的例子：
$ docker volume create hello $ docker run -id --mount type=volume,source=hello,target=/world ubuntu /bin/bash
我們創建了名稱為 hello 的數據卷，然后把它掛在到容器中的 /world 目錄。通過 inspect 命令查看容器的詳情中的 "Mounts" 信息可以驗證實際的數據卷掛載結果 ：
使用 volume driver 把數據存儲到其它地方
除了默認的把數據卷中的數據存儲在宿主機，docker 還允許我們通過指定 volume driver 的方式把數據卷中的數據存儲在其它的地方，比如 Azrue Storge 或 AWS 的 S3。
簡單起見，我們接下來的 demo 演示如何通過 vieux/sshfs 驅動把數據卷的存儲在其它的主機上。
docker 默認是不安裝 vieux/sshfs 插件的，我們可以通過下面的命令進行安裝：
$ docker plugin install --grant-all-permissions vieux/sshfs
然后通過 vieux/sshfs 驅動創建數據卷，並指定遠程主機的登錄用戶名、密碼和數據存放目錄：
docker volume create --driver vieux/sshfs \ -o sshcmd=nick@10.32.2.134:/home/nick/sshvolume \ -o password=yourpassword \ mysshvolume
注意，請確保你指定的遠程主機上的掛載點目錄是存在的(demo 中是 /home/nick/sshvolume 目錄)，否則在啟動容器時會報錯。
最后在啟動容器時指定掛載這個數據卷：
docker run -id \ --name testcon \ --mount type=volume,volume-driver=vieux/sshfs,source=mysshvolume,target=/world \ ubuntu /bin/bash
這就搞定了，你在容器中 /world 目錄下操作的文件都存儲在遠程主機的 /home/nick/sshvolume 目錄中。進入容器 testcon 然后在 /world 目錄中創建一個文件，然后打開遠程主機的 /home/nick/sshvolume 目錄進行查看，你新建的文件是不是已經出現在那里了！
數據卷原理
下圖描述了 docker 容器掛載數據的三種方式：
數據卷是完全被 docker 管理的，就像上圖中的黃色區域描述的一樣，docker 在宿主機的文件系統中找了個文件管理數據卷相關的數據。因此你可能根本不需要知道數據卷文件在宿主機上的存儲位置(事實上抱着刨根問底的精神我們還是很想搞清楚它背后的工作原理！)。
docker 數據卷的本質是容器中的一個特殊目錄。在容器創建的過程中，docker 會將宿主機上的指定目錄(一個以數據卷 ID 為名稱的目錄)掛載到容器中指定的目錄上。這里使用的掛載方式為綁定掛載(bind mount)，所以掛載完成后的宿主機目錄和容器內的目標目錄表現一致。
比如我們執行下面的命令創建數據卷 hello，並掛載到容器 testcon 的 /world 目錄：
$ docker volume create hello $ docker run -id --name testcon --mount type=volume,source=hello,target=/world ubuntu /bin/bash
實際上在容器的創建過程中，類似於在容器中執行了下面的代碼：
// 將數據卷 hello 在宿主機上的目錄綁定掛載到 rootfs 中指定的掛載點 /world 上 mount("/var/lib/docker/volumes/hello/_data", "rootfs/world", "none", MS_BIND, NULL)
在處理完所有的 mount 操作之后(真正需要 docker 容器掛載的除了數據卷目錄還包括 rootfs，init-layer 里的內容，/proc 設備等)，docker 只需要通過 chdir 和 pivot_root 切換進程的根目錄到 rootfs 中，這樣容器內部進程就只能看見以 rootfs 為根的文件系統以及被 mount 到 rootfs 之下的各項目錄了。例如我們啟動的 testcon 中的文件系統為：
下面我們介紹幾個數據卷在使用中比較常見的問題。
數據的覆蓋問題
- 如果掛載一個空的數據卷到容器中的一個非空目錄中，那么這個目錄下的文件會被復制到數據卷中。
- 如果掛載一個非空的數據卷到容器中的一個目錄中，那么容器中的目錄中會顯示數據卷中的數據。如果原來容器中的目錄中有數據，那么這些原始數據會被隱藏掉。
這兩個規則都非常重要，靈活利用第一個規則可以幫助我們初始化數據卷中的內容。掌握第二個規則可以保證掛載數據卷后的數據總是你期望的結果。
在 Dockerfile 中添加數據卷
在 Dockerfile 中我們可以使用 VOLUME 指令向容器添加數據卷：
VOLUME /data
在使用 docker build 命令生成鏡像並且以該鏡像啟動容器時會掛載一個數據卷到 /data 目錄。根據我們已知的數據覆蓋規則，如果鏡像中存在 /data 目錄，這個目錄中的內容將全部被復制到宿主機中對應的目錄中，並且根據容器中的文件設置合適的權限和所有者。
注意，VOLUME 指令不能掛載主機中指定的目錄。這是為了保證 Dockerfile 的可一致性，因為不能保證所有的宿主機都有對應的目錄。
在實際的使用中，這里還有一個陷阱需要大家注意：在 Dockerfile 中使用 VOLUME 指令之后的代碼，如果嘗試對這個數據卷進行修改，這些修改都不會生效！下面是一個這樣的例子：
FROM ubuntu RUN useradd nick VOLUME /data RUN touch /data/test.txt RUN chown -R nick:nick /data
通過這個 Dockerfile 創建鏡像並啟動容器后，該容器中存在用戶 nick，並且能夠看到 /data 目錄掛載的數據卷。但是 /data 目錄內並沒有文件 test.txt，更別說 test.txt 文件的所有者屬性了。要解釋這個現象需要我們了解通過 Dockerfile 創建鏡像的過程：
Dockerfile 中除了 FROM 指令的每一行都是基於上一行生成的臨時鏡像運行一個容器，執行一條指令並執行類似 docker commit 的命令得到一個新的鏡像。這條類似 docker commit 的命令不會對掛載的數據卷進行保存。
所以上面的 Dockerfile 最后兩行執行時，都會在一個臨時的容器上掛載 /data，並對這個臨時的數據卷進行操作，但是這一行指令執行並提交后，這個臨時的數據卷並沒有被保存。因而我們最終通過鏡像創建的容器所掛載的數據卷是沒有被最后兩條指令操作過的。我們姑且叫它 "Dockerfile 中數據卷的初始化問題"。
下面的寫法可以解決 Dockerfile 中數據卷的初始化問題：
FROM ubuntu RUN useradd nick RUN mkdir /data && touch /data/test.txt RUN chown -R nick:nick /data VOLUME /data
通過這個 Dockerfile 創建鏡像並啟動容器后，數據卷的初始化是符合預期的。這是由於在掛載數據卷時，/data 已經存在，/data 中的文件以及它們的權限和所有者設置會被復制到數據卷中。
還有另外一種方法可以解決 Dockerfile 中數據卷的初始化問題。就是利用 CMD 指令和 ENTRYPOINT 指令的執行特點：與 RUN 指令在鏡像構建過程中執行不同，CMD 指令和 ENTRYPOINT 指令是在容器啟動時執行。因此使用下面的 Dockerfile 也可以達到對數據卷的初始化目的：
FROM ubuntu RUN useradd nick VOLUME /data CMD touch /data/test.txt && chown -R nick:nick /data && /bin/bash
總結
數據卷解決了用戶數據的持久化問題，能夠讓用戶在容器中產生的數據超出容器自身的生命周期。因此對於容器技術來說掌握數據卷的使用非常必要。希望本文能夠幫助您理解數據卷相關的內容。
參考：
Docker doc: Use volumes
《docker 容器與容器雲第二版》