Docker Storage

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Docker 中的儲存架構與常見儲存技術，包含 Volume、Bind Mount、Storage Driver 與 CSI 介面簡介

Docker Storage Architecture（儲存架構）

Layered Architecture (分層架構)

每個 Docker 容器都是由唯讀映像層（image layer）和一個可寫容器層（container layer）組成。

  • Image Layers
    • Read Only
  • Container Layers
    • Read Write
    • Copy-on-Write（寫入時複製）

      當容器對檔案進行修改時，Docker 並不會直接修改映像層(唯讀層)的檔案，而是複製該檔案到容器層(可寫層)再修改，這稱為 Copy-on-Write。
      這樣可保持映像層不變，保證容器隔離性與一致性。

Storage Drivers

Docker 使用不同的儲存驅動來管理容器層的檔案系統。

Overlay2 是目前最建議使用的主流驅動（除非有特別需求）。

不同的作業系統與需求會對應不同的驅動：

  • AUFS（Ubuntu 常見，支援多層）
  • Overlay / Overlay2（現代 Linux 發行版的預設）
  • ZFS（支援壓縮與快照）
  • Btrfs（支援子卷與快照）
  • Device Mapper（早期 CentOS / RHEL 使用）
  • VFS（開發/除錯用途，不使用 Copy-on-Write）

Overlay2 建議搭配 xfs 或 ext4 檔案系統，並支援 SELinux。
可以使用以下指令確認目前使用的 Storage Driver：

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docker info | grep Storage

Volume Drivers

Volume 是容器外部的持久化儲存方式，支援許多第三方儲存解決方案：

  • local（預設、儲存在本地 /var/lib/docker/volumes）
  • Azure File Storage
  • DigitalOcean Block Storage
  • gce-docker（Google Cloud）
  • GlusterFS
  • NetApp
  • Portworx
  • RexRay（支援 AWS EBS、EMC 等）
  • Convoy
  • Flocker
  • VMware vSphere Storage

使用 Volume Driver 指令範例

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docker run -it \
  --name mysql \
  --volume-driver rexray/ebs \
  --mount src=ebs-vol,target=/var/lib/mysql \
  mysql

Volume Driver 實務補充

如何列出與移除 volume

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docker volume ls
docker volume inspect data_volume
docker volume rm data_volume

Docker Volumes（資料卷）

Volume Mounting（資料卷掛載）

儲存於 /var/lib/docker/volumes 內部目錄，由 Docker 管理。

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docker volume create data_volume
docker run -v data_volume:/var/lib/mysql mysql

或用另一個 volume：

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docker run -v data_volume2:/var/lib/mysql mysql

Bind Mounting（目錄綁定掛載）

綁定主機檔案系統的特定目錄 (e.g. /data)，適合需要直接存取主機檔案的場景。

⚠️ 使用 Bind Mount 時，要特別小心主機路徑的權限與 SELinux/AppArmor 安全設定，以免造成容器存取主機敏感檔案。

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docker run -v /data/mysql:/var/lib/mysql mysql

或使用 --mount（較新且推薦）語法：👍

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docker run --mount type=bind,source=/data/mysql,target=/var/lib/mysql mysql

差異比較

項目 Volume Mount Bind Mount
定義方式 由 Docker 管理 綁定主機目錄
可攜性 高 低
安全性 高（Docker 控制） 較低（直接操作主機，主機目錄直接存取）
備份與復原 容易 需自定義腳本/工具
SELinux 相容性 有良好支援 須手動調整對應標籤

Container Storage Interface (CSI)

Container Storage Interface 是 K8s 等容器編排系統與儲存解決方案之間的標準接口協定，讓各種儲存供應商能以一致方式整合。

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      App (Pod)
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	  v
     [ Kubelet ]
	  |
	  v
    [ CSI Plugin ]
	  |
	  v
[ Storage Provider (e.g. AWS EBS, Ceph) ]

CSI 對應的容器接口

  • CRI (Container Runtime Interface)：容器運行時介面，對接 Docker、containerd、CRI-O 等。
  • CNI (Container Network Interface)：容器網路介面，對接 Flannel、Cilium、Calico 等。
  • CSI (Container Storage Interface)：容器儲存介面，對接各種儲存供應商。
    • 常見支援 CSI 的儲存方案：
      • AWS EBS
      • Azure Disk
      • Google Persistent Disk
      • Dell EMC
      • Portworx
      • GlusterFS
      • Ceph

CSI 功能要求

功能 RPC 名稱 說明 執行端
建立 Volume CreateVolume 建立新的儲存資源（PV 對應） Controller
刪除 Volume DeleteVolume 刪除儲存資源 Controller
附加 Volume 到節點 ControllerPublishVolume 將 volume attach 至 node Controller
從節點移除 Volume ControllerUnpublishVolume detach volume from node Controller
掛載 Volume 給容器使用 NodePublishVolume 將 volume 掛載到節點目錄供 Pod 使用 Node
卸載 Volume NodeUnpublishVolume 將 volume 從節點目錄卸載 Node

CSI 底層運作協定

  • 使用 gRPC 與容器平台通訊

    CSI 使用 gRPC 作為通訊協定，能支援多語言、雙向串流與高效能序列化，適合跨平台的容器架構。

  • 定義 RPC 方法：CreateVolume、DeleteVolume、ControllerPublishVolume、NodePublishVolume 等

補充 CLI 工具與 YAML 例子（進入 Kubernetes 實作）

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# PersistentVolumeClaim YAML 例子（K8s）
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: mypvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  storageClassName: gp2
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi
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# PersistentVolume (PV) YAML 例子（K8s）
apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: mypv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce  # ReadOnlyMany, ReadWriteOnce, ReadWriteMany
  hostPath:
    path: /data/mysql

總結

功能 技術 說明
儲存格式 Copy-on-Write 容器層讀寫原理
儲存驅動 Overlay2 等 控制容器檔案系統
資料卷 Volume / Bind Mount 持久化儲存
跨平台儲存 Volume Driver 整合外部儲存解決方案
標準儲存協定 CSI 容器與儲存供應商之間的接口