四、Docker容器数据卷

Docker 容器数据卷（Volume）​​ 是一种​​持久化数据​​和​​共享数据​​的机制，用于解决容器内数据生命周期的问题。它本质上是绕过容器联合文件系统（UnionFS）的​​一个特殊目录​​，可以存在于一个或多个容器中，但其数据直接存储在宿主机上或由外部服务管理。

1.数据卷的主要特点

1. 数据持久化 (Persistence)：
   • 卷中的数据是独立于容器生命周期的。即使容器被删除、重启或停止，卷中的数据依然安全地保留在宿主机上。一直到没有容器使用它为止。
   • 这是数据卷最核心的价值。
2. 数据共享与复用 (Sharing & Reuse)：
   • 一个数据卷可以同时被多个容器挂载和使用，是实现容器间数据共享的最佳方式。
   • 一个容器也可以挂载多个数据卷。
3. 高性能 (Performance)：
   • 相对于容器内联合文件系统的写时复制（CoW）机制，直接对数据卷的读写性能更高，更接近原生文件系统I/O。
4. 解耦应用与数据 (Decoupling)：
   • 将动态变化的、需要持久化的数据（如数据库文件）与静态的应用环境（如已安装的程序）分离开，使容器更加轻量和专注于业务逻辑。

2.卷的共享与继承

（1）卷的共享（Sharing）

这是数据卷最直接和常用的功能。多个容器（无论是否同时运行）可以挂载同一个预先创建好的数据卷（通常是命名卷），从而实现数据的共同访问和交换。

工作机制：
多个容器的挂载点（target）指向同一个卷源（source）。

操作示例：容器间共享数据

1. 创建一个命名卷 (shared-data)

   docker volume create shared-data
   

2. 启动第一个生产者容器 (producer)，向共享卷写入数据

   docker run -it --name producer --mount source=shared-data,target=/data ubuntu bash
   

   在容器内执行：

   echo "Hello from Producer Container!" > /data/message.txt
   exit
   

3. 启动第二个消费者容器 (consumer)，从同一个共享卷读取数据

   docker run -it --name consumer --mount source=shared-data,target=/app ubuntu bash
   

   在容器内执行：

   cat /app/message.txt # 输出: Hello from Producer Container!
   

4. 验证：

• 你可以在 consumer 容器中看到 producer 容器创建的文件。
• 在 consumer 中修改 /app/ 下的文件，producer 重新挂载后也能看到。
• 即使这两个容器都停止了，shared-data 卷里的数据依然存在。

(2) 卷的继承（Inheritance）

卷的继承主要通过 --volumes-from 参数实现。它允许一个新容器自动继承另一个容器所挂载的所有数据卷，包括挂载点和权限。

重要提示：--volumes-from 继承的是挂载规则，而不是复制数据。最终，继承的容器和被继承的容器会挂载到同一个物理卷上，因此它们操作的也是同一份数据，本质上也构成了一种共享。

操作示例：继承挂载规则

1. 启动一个“数据卷容器” (data-container)
   这个容器本身可以不运行任何应用，它的唯一目的就是定义要挂载的卷。

   docker run -d --name data-container \-v /db-data \          # 定义一个匿名卷-v /config \           # 定义另一个匿名卷ubuntu sleep infinity  # 让它执行一个无害的长期命令
   

2. 通过继承启动一个新容器 (app-container)

   docker run -d --name app-container \--volumes-from data-container \ # 关键参数：继承 data-container 的所有卷my-app-image
   

   此时，app-container 容器会自动拥有两个挂载点：/db-data 和 /config，它们与 data-container 中的对应卷是同一个。

3. 再启动一个容器也继承它 (backup-container)

   docker run -d --name backup-container \--volumes-from data-container \backup-image
   

   现在，data-container、app-container 和 backup-container 都共享着相同的 /db-data 和 /config 卷。

3.数据卷运行实例

1. ​​直接命令添加​​宿主机与容器的卷映射。
2. 设置不同的​​读写规则​​（rw与 ro）。
3. 实现容器间的​​卷的继承和共享​​。

场景模拟​​
我们创建两个容器：

• 容器1 (container1)​​：作为一个数据生产者，与宿主机建立映射，并创建数据。
• ​​容器2 (container2)​​：继承容器1的卷规则，作为数据消费者来读取数据。

步骤 1: 直接命令添加容器卷（宿主机 vs 容器映射）

我们使用 docker run -v命令直接创建映射。

语法：-v <宿主机目录>:<容器目录>:<读写规则>

执行命令：创建容器1并完成映射

# 在宿主机上创建一个目录用于映射
sudo mkdir -p /docker_volume_example/data# 运行容器1，并建立映射关系
# -v /docker_volume_example/data:/data:rw 表示将宿主机的目录映射到容器的/data目录，读写规则为读写（默认）
docker run -itd \--name container1 \-v /docker_volume_example/data:/data:rw \ubuntu:22.04 \bash

• -v /docker_volume_example/data:/data:rw：这就是图中的“直接命令添加”。
  • 宿主机目录：/docker_volume_example/data
  • 容器目录：/data
  • 读写规则：rw(读写，为默认模式，可省略)

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步骤 2: 读写规则映射添加说明

现在我们在容器1内进行操作，验证读写权限，并模拟数据生产。

进入容器1并写入数据：

# 进入容器1
docker exec -it container1 bash# 此时，我们已在容器1的内部Shell中
# 查看映射的目录
ls /data # 此时应该是空的，因为宿主机目录是空的# 向数据卷中写入一个文件，模拟生产数据
echo "This is important data created by Container1." > /data/data_from_container1.txt# 退出容器1
exit

在宿主机上验证数据共享：

# 检查宿主机映射目录，应该能看到容器1创建的文件
cat /docker_volume_example/data/data_from_container1.txt

输出结果：This is important data created by Container1.

这证明了宿主机和容器1之间的数据是实时共享的。

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步骤 3: 卷的继承和共享

现在，我们启动容器2，让它继承容器1的卷规则，实现数据共享。

执行命令：创建容器2并继承容器1的卷

# 使用 --volumes-from 参数继承容器1的所有卷映射规则
docker run -itd \--name container2 \--volumes-from container1 \ # 这是实现继承的关键！ubuntu:22.04 \bash

验证继承与共享：

# 进入容器2
docker exec -it container2 bash# 检查容器2的 /data 目录，应该能看到容器1创建的文件
ls /data
cat /data/data_from_container1.txt

输出结果：This is important data created by Container1.

成功！容器2没有直接映射宿主机目录，但通过 --volumes-from继承了容器1的映射，因此也能访问到同一份数据。

测试只读（ro）规则：

假设我们想让容器2只能读，不能写，我们可以在继承时重新定义挂载的读写规则。

1. 先删除旧的容器2

docker stop container2
docker rm container2

2. 以只读模式重新运行容器2

# 注意命令中的 :ro
docker run -itd \--name container2 \--volumes-from container1 \ # 先继承-v /docker_volume_example/data:/app_data:ro \ # 再重新挂载并覆盖为只读规则ubuntu:22.04 \bash

• 这里我们做了一个调整，将容器2的挂载点从 /data改到了 /app_data，并设置了 :ro（只读）。

3. 验证容器2的只读权限

docker exec -it container2 bash# 可以成功读取
cat /app_data/data_from_container1.txt# 尝试写入会报错：Read-only file system
echo "Try to write from Container2" > /app_data/data_from_container2.txt

输出结果：bash: /app_data/data_from_container2.txt: Read-only file system

这证明了只读（ro）规则已生效，完美实现了“只读”的说明。

五、Dockerfile

1.Dockerfile

Dockerfile 是一个文本文件​​，里面包含了一系列的​​指令（Instruction）​​ 和​​参数​​。每一条指令都会在镜像上构建一层，因此每一条指令的内容，就是描述该层应当如何构建。
它将基础镜像一步步变成自定义镜像。

一个典型的 Dockerfile 分为四部分：

1. ​​基础镜像信息​​：使用 FROM指令指定从哪个镜像开始构建。
2. ​​元数据信息​​：使用 LABEL、MAINTAINER等指令添加镜像的描述信息。
3. ​​构建指令​​：运行命令、复制文件、设置环境变量等，按顺序逐步构建镜像层。
4. ​​容器启动指令​​：指定镜像构建完成后，启动容器时默认要运行的命令。

Dockerfile 的常用保留字

指令	功能描述
FROM	指定基础镜像，必须是第一条指令。
LABEL	为镜像添加元数据（键值对），如版本、描述等。替代旧的 MAINTAINER。
RUN	在镜像构建过程中执行命令，用于安装软件、下载依赖等。
COPY	将宿主机上的文件或目录复制到镜像中。
ADD	类似 COPY，但功能更多（如自动解压 tar 包、支持 URL）。推荐优先使用 COPY。
WORKDIR	设置后续指令的工作目录（如果不存在则创建）。类似 cd。
EXPOSE	声明容器运行时监听的网络端口（只是一个说明，实际映射需用 -p）。
ENV	设置环境变量，后续指令和容器运行时都可以使用。
ARG	设置构建时的环境变量，镜像运行时不存在。用于动态传入参数。
VOLUME	创建匿名数据卷挂载点，用于持久化数据。
USER	指定后续指令以哪个用户身份运行（默认为 root）。
CMD	指定容器启动时默认执行的命令。一个 Dockerfile 只能有一条 CMD。
ENTRYPOINT	指定容器启动时的主要命令，CMD的内容会成为其参数。

2. 创建一个名为 myubuntu的自定义镜像

体验从编写 Dockerfile 到构建，最后运行的完整流程

第 1 步：准备并编写 Dockerfile 文件

1. 创建一个空目录 作为工作空间，并进入该目录。

   mkdir myubuntu-dockerfile
   cd myubuntu-dockerfile
   

2. 创建 Dockerfile文件（注意：没有文件扩展名）。

   touch Dockerfile
   

3. 编辑 Dockerfile文件，输入以下内容：

   # 指定基础镜像
   FROM ubuntu:22.04# 维护者信息（可选）
   LABEL maintainer="student@example.com"# 设置环境变量，防止apt安装时交互式提示
   ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive# 构建指令：更新软件包列表并安装常用工具
   RUN apt-get update && \apt-get install -y \vim \net-tools \iputils-ping \curl \&& rm -rf /var/lib/apt/lists/* # 清理缓存以减小镜像体积# 设置容器启动时默认执行的命令
   CMD ["/bin/bash"]
   

   代码解释：

   • FROM ubuntu:22.04: 基于官方 Ubuntu 22.04 镜像开始构建。
   • LABEL: 添加镜像的元数据信息。
   • RUN: 这是核心步骤。它执行命令来安装我们需要的软件包。
     • apt-get update && apt-get install -y: 更新软件源并安装指定工具（vim-编辑器, net-tools-网络工具如ifconfig, iputils-ping-ping命令, curl-传输工具）。
     • && rm -rf /var/lib/apt/lists/*: 这是一个很好的实践，清理 apt 缓存，可以显著减小镜像体积。
   • CMD ["/bin/bash"]: 指定当容器启动时，默认进入 bashshell。

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第 2 步：构建镜像

使用 docker build命令，根据编写好的 Dockerfile 构建镜像。

命令格式： docker build -t 新镜像名字:TAG .

在 Dockerfile所在的目录下，执行以下命令：

docker build -t myubuntu:1.0 .

命令解释：

• docker build: 构建镜像的命令。
• -t myubuntu:1.0: -t参数用于给新镜像命名和打标签。这里我们将镜像命名为 myubuntu，标签为 1.0。
• .: 这个点 .非常重要！它指定了 构建上下文（Build Context） 的路径，即当前目录。Docker 引擎会在这个路径下寻找 Dockerfile文件。

等待构建完成，会看到类似下面的输出，表示构建成功：

Successfully built xxxxxxxxxxxx
Successfully tagged myubuntu:1.0

验证镜像是否创建成功：

docker images

你应该能在列表中看到 myubuntu镜像。

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第 3 步：运行镜像

使用 docker run命令来启动并进入我们新创建的容器。

命令格式： docker run -it 新镜像名字:TAG

执行以下命令：

docker run -it myubuntu:1.0

命令解释：

• docker run: 运行容器的命令。
• -it: 这是两个参数的组合。
  • -i(--interactive): 保持标准输入流（STDIN）打开。
  • -t(--tty): 分配一个伪终端（pseudo-TTY）。
  • 组合使用 -it可以让我们以交互模式进入容器，就像登录一台虚拟机一样。
• myubuntu:1.0: 指定要运行的镜像名称和标签。

验证自定义功能：

命令执行后，你的终端提示符会发生变化，表示你已经进入了容器内部，形如：

root@a1b2c3d4e5f6:/#

现在，可以测试我们在 Dockerfile 中安装的工具是否可用：

# 测试 ping 命令
ping -c 4 github.com# 测试 ifconfig 命令（来自net-tools）
ifconfig# 测试 vim 编辑器
vim --version

退出容器：输入 exit即可退出容器并回到宿主机的命令行。

3、什么是虚悬镜像？​

虚悬镜像​​是指没有标签（TAG）、并且没有被任何容器引用的镜像。它在 Docker 的镜像列表中通常显示为 <none>:<none>。

产生场景：

1. 镜像构建过程中
   当你使用 docker build重新构建一个同名的镜像时，Docker 会为新的构建过程创建新的镜像层。构建成功后，它会给​​新生成的镜像​​打上你指定的标签（如 my-app:latest）。

   而​​旧版本的镜像​​就会失去这个标签，变成 :，即虚悬镜像。

2. 删除镜像后​​
   如果你删除了一个镜像的​​某个标签​​，而这个镜像还有其他标签，那么它不会变成虚悬镜像。但如果你删除了它的​​最后一个标签​​，这个镜像本身就会变成虚悬镜像。