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容器通信技术与数据持久化

news 来源：原创 2025/6/22 9:41:30

第一节：容器通信技术

一：Docker容器的网络模式

1：Bridge模式

2：host模式

3：Container模式

4：none模式

5：overlay模式

6：macvlan模式

7：自定义网络模式

二：端口映射

1：随机映射端口

2：指定映射端口

（1）固定端口

（2）宿主机随机端口

三：容器互联

1：使用--link选项

四：容器间通信实现案例

1：常用选项及解释

2：容器间通信步骤

第二节：数据持久化技术

一：Docker的数据管理

1：什么是数据卷

2：数据卷的作用

3：创建匿名数据卷

4：创建具名数据卷

（1）创建具名数据卷

（2）在创建容器时挂载具名数据卷

5：共享容器数据卷

6：挂在主机目录作为数据卷

二：Docker数据管理注意事项

第一节：容器通信技术

一：Docker容器的网络模式

当项目大规模使用 Docker 时，容器通信的问题也就产生了。要解决容器通信问题，必须先了解很多关于网络的知识。Docker 的网络模式非常丰富，可以满足不同容器的通信要求，下表列出了这些网络模式的主要信息。

网络模式	创建此种网络模式的关键选项	简单说明
host 模式	--network host	容器直接使用宿主机的网络栈，没有独立的网络命名空间，网络性能高，但容器与宿主机共享网络资源，易出现端口冲突。
container 模式	--network container:<已有容器名或 ID>	新容器共享指定已有容器的网络命名空间，两个容器网络配置相同，适用于需要紧密耦合通信的容器组合。
none 模式	--network none	容器仅有一个 lo 回环接口，无任何外部网络连接，适用于对网络安全性要求极高或需手动配置网络的场景。
bridge 模式	默认模式，可通过 -d bridge 手动指定（一般省略）	Docker 默认网络模式，创建 docker0 虚拟网桥，容器通过 veth 设备连到该网桥，容器有独立 IP，借助宿主机 NAT 访问外部网络。
Overlay 模式	-d overlay	用于 Docker Swarm 集群，基于 VXLAN 技术创建跨主机的虚拟覆盖网络，实现不同宿主机上容器间的通信。
macvlan 模式	-d macvlan，还需指定 --subnet、--gateway 和 -o parent=<宿主机物理网卡>	为容器分配唯一 MAC 地址，使其像独立物理设备，直接连接宿主机物理网络接口，绕过 docker0 网桥，提高网络性能。
自定义网络模式	docker network create 结合如 --subnet、--gateway、--ip-range 等参数	用户可根据需求灵活配置网络参数，如子网、网关、IP 范围等，创建符合特定要求的网络。

1：Bridge模式

当 Docker 安装完成后，会自动创建一个名为 docker0 的虚拟网桥。在 Bridge 模式下，新创建的容器会通过一个虚拟以太网设备对（veth pair）连接到 docker0 网桥上。

Docker 守护进程会从预定义的子网中为每个容器分配一个唯一的 IP 地址。容器可以通过 docker0 网桥与宿主机以及其他连接到该网桥的容器进行通信。

当容器需要访问外部网络时，宿主机的内核会通过网络地址转换（NAT）将容器的私有 IP 地址转换为宿主机的公共 IP 地址，从而实现容器与外部网络的通信。

bridge 模式是 docker 的默认网络模式，不写 -net 参数，就是 bridge 模式。使用 docker run -p 时，docker 实际是在 iptables 做了 DNAT 规则，实现端口转发功能。可以使用 iptables -t nat -vnL 查看。

#创建一个叫my-net的bridge类型网络
docker network create -d bridge my-net
#列出docker中的网络
docker network ls
#运行一个容器并连接到新建的my-net网络
docker run -dit --name busybox1 --rm --network my-net busybox sh -c "while true;do echo nihao;done"//busybox1：镜像名称
//--rm：当容器运行时删除这个指令
//sh：调用shell解释器
//-c：conmod命令#运行一个容器并加入到my-net网络
docker run -it --name busybox2 --rm --network my-net busybox sh
进入后：
/ # ping busybox1
/ # ping www.baidu.com		#测试与外网连接

2：host模式

使用 Host 模式的容器会直接使用宿主机的网络栈，容器没有独立的网络命名空间，而是与宿主机共享相同的 IP 地址、端口等网络资源。

由于容器和宿主机共享网络栈，因此容器可以直接使用宿主机的网络接口，不存在网络地址转换和网桥转发的开销，网络性能较高。但同时也意味着容器之间以及容器与宿主机之间的网络隔离性较差，可能会出现端口冲突等问题。

如果启动容器的时候使用 host 模式，那么这个容器将不会获得一个独立的 Network Namespace，而是和宿主机共用一个 Network Namespace，容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的 IP 等，而是使用宿主机的 IP 和端口。但是，容器的其他方面，如文件系统、进程列表等还是和宿主机隔离的。

#创建一个叫my-net1的host类型网络
docker network create -d host my-net1
（只能创建一个仅主机的模式）
#运行一个容器并连接到新建的my-net1网络
docker run -dit --net=host --name docker_host1 busybox
docker ps
#登录终端
docker exec -it docker_host1 sh
进入后：
/ # ifconfig
/ # ping www.baidu.com		#测试与外网连接

3：Container模式

Container 模式允许一个容器共享另一个容器的网络命名空间，即两个容器使用相同的网络配置，包括 IP 地址、端口等，利用这种模式使得容器共享统一的网络命名空间。

这种模式适用于那些需要紧密耦合的容器，例如一个应用程序和它的日志收集器容器，它们可以共享同一个网络，方便进行通信和数据传输。

这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个 Network Namespace，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的 IP，而是和一个指定的容器共享 IP、端口范围等。同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过 lo 网卡设备通信。

#创建一个叫host1的Container类型网络
docker run  -dit --name host1 busybox
#创建hosts容器共享host1容器的网络
docker run -dit --net=container:host1 --name host2 busybox
#查询host1容器的网络
docker exec -it host1 ifconfig
#查询host2容器的网络
docker exec -it host2 ifconfig
（确认与host1容器的网络一致）

4：none模式

示例：

#创建一个叫none01的none类型网络
docker run -dit --net=none --name none01 busybox sh
#登录终端
docker exec -it none1 sh
进入后：
/ # ifconfig

5：overlay模式

Overlay 模式主要用于 Docker Swarm 集群，它允许容器在不同的 Docker 宿主机之间进行通信。它基于 VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network）技术，在物理网络之上创建一个虚拟的覆盖网络。

当容器之间进行通信时，数据包会被封装在 VXLAN 报头中，通过物理网络进行传输。在接收端，VXLAN 报头会被解封装，还原出原始的数据包。

Overlay 网络是分布式的，每个 Docker 宿主机上都有一个网络代理（如 Docker 的 docker_gwbridge）负责管理和转发数据包。

#在 Docker Swarm 集群中创建一个 Overlay 网络
docker network create -d overlay my_overlay_network#在不同的宿主机上创建服务并连接到 Overlay 网络
docker service create --name my_service --network my_overlay_network nginx

6：macvlan模式

在 Macvlan 模式下，Docker 为每个容器分配一个唯一的 MAC 地址，使得容器在网络中看起来像一个独立的物理设备。

容器直接连接到宿主机的物理网络接口，绕过了 docker0 网桥，从而提高了网络性能。容器可以直接与外部网络进行通信，就像一个独立的主机一样。

每个容器都有自己独立的网络配置，与宿主机和其他容器之间相互隔离。

示例：使容器获得一个与宿主机在同一子网内的 IP 地址，可以直接与外部网络进行通信。

#创建一个 Macvlan 网络
docker network create -d macvlan
--subnet=192.168.1.0/24
--gateway=192.168.1.1
-o parent=eth0
my_macvlan_network#创建一个使用 Macvlan 网络的容器
docker run --name my_macvlan_container --network my_macvlan_network nginx

7：自定义网络模式

除了上述内置的网络模式，你还可以使用 docker network create 命令创建自定义的 bridge 网络，以满足特定的网络需求，例如指定子网、网关、IP 范围等。

示例 1：使用如下命令创建一个自定义网络

docker network create
--subnet=172.21.0.0/16
--gateway=172.21.0.1
my_custom_network

参数说明：

docker network create：这是 Docker 提供的用于创建网络的基础命令。
--subnet=172.21.0.0/16：指定了该网络使用的子网范围。172.21.0.0/16 是一个 CIDR（无类别域间路由）表示法，意味着该子网的网络地址是 172.21.0.0，子网掩码为 255.255.0.0，可以容纳 65534 个可用的 IP 地址（2^32 - 16）- 2，减去网络地址和广播地址）。当容器连接到这个网络时，它们将从这个子网范围内分配 IP 地址。
--gateway=172.21.0.1：设置了该网络的网关地址。网关是容器访问外部网络（超出该子网范围）的出口点。当容器需要与子网外的网络进行通信时，数据包会被发送到这个网关地址进行转发。
my_custom_network：为新创建的网络指定了一个名称，后续在创建容器时，可以通过这个名称将容器连接到该网络。

二：端口映射

（1）-P (大写)：指的是容器应用 PORT 随机映射到宿主机器上的 PORT
自动绑定所有对外提供服务的容器端口，映射的端口将会从没有使用的端口池中自动随机选择，但是如果连续启动多个容器的话，则下一个容器的端口默认是当前容器占用端口号 + 1。
生产场景一般不使用随机映射，好处是由 docker 分配，宿主机器端口不会冲突。
（2）-p (小写)：（宿主机器 PORT: 容器 PORT）
宿主机器 IP 不写表示 “0.0.0.0”，宿主机器 PORT 不写表示随机端口，容器 PORT 必须指定，可以同时对多个端口进行映射绑定。
指定端口映射，在标准化场景下使用频率高。
端口的取值范围 32768 -- 61000 之间

1：随机映射端口

在使用 docker run 命令创建并启动容器时，可以使用 -P（大写的 P）参数来实现随机端口映射。它会将容器中 EXPOSE 指令声明的所有端口随机映射到宿主机器的可用端口上。
假设你要运行一个 Nginx 容器，Nginx 默认监听 80 端口。使用以下命令启动容器：

#把容器内端口映射到应用程序上
docker run --rm -d -P nginx
docker ps
#测试容器IP：随机生成的映射端口
#暴露nginx端口
docker run --rm -d nginx
docker ps

2：指定映射端口

（1）固定端口

假设你要运行一个 Nginx 容器，并将容器的 80 端口映射到宿主机器的 8080 端口，可使用以下命令：
[root@localhost ~]# docker run --rm -d -p 8080:80 nginx
需要注意的是，在映射端口时，所使用的 docker 主机上的端口不能与其他容器或程序的端口冲突。否则，容器无法正常创建。

（2）宿主机随机端口

当使用小写的 -p 参数时，你可以不指定宿主机器的具体端口，只给出容器端口，Docker 会自动将容器端口映射到宿主机器的一个随机可用端口上。

[root@localhost ~]# docker run --rm -d -p 80 nginx
[root@localhost ~]# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
89d94e902ea1 nginx "/docker-entrypoint…" 2 minutes ago Up 2 minutes 0.0.0.0:32769->80/tcp,:::32769->80/tcp amazing_banach

三：容器互联

容器互联，简单说就是让多个 Docker 容器之间能互相通信、协同工作的机制，核心是解决容器间 “怎么找到对方、怎么安全交互数据” 的问题

怎么实现 “互联”？（常见方式）

实际就是给容器规划共享的网络环境，让它们能互相发现，常见方案有：

自定义网络（推荐）：Docker 里创建一个 “虚拟网络”，然后启动容器时加入这个网络。容器间直接用 容器名 通信（比如 web 容器访问 db 容器的 3306 端口），Docker 会自动解析名称 → 类似 “局域网里用主机名访问”。
--link 选项（老旧方式，逐渐淘汰）：启动容器时用 --link 目标容器:别名 ，让当前容器能通过 “别名” 访问目标容器。缺点：配置不灵活、不支持跨网络，新项目基本不用了。
Docker Compose / Swarm：编排工具里定义 “服务” 和 “网络”，启动后自动帮你把容器接入同一网络，直接用服务名互联（比如 Compose 里 services.web 访问 services.db ）。
宿主机端口映射（简单但不优雅）：把容器端口映射到宿主机（比如 docker run -p 3306:3306 ），其他容器通过 宿主机 IP + 端口 访问。缺点：依赖宿主机网络，多容器时管理麻烦，还可能暴露端口风险。

1：使用--link选项

#创建源容器
docker run -dit --name web01 centos:7
#创建接收容器
docker run -dit --name web02 --link web01:myweb01 centos:7
#测试容器互联
docker exec -it web02 /bin/bash
/ # cat /etc/hosts
/ # ping myweb01

四：容器间通信实现案例

1：常用选项及解释

(1) --driver, -d
该选项用于指定网络使用的驱动程序，默认值是 bridge。常见的驱动类型有：

bridge：默认的网络驱动，适用于在单个 Docker 宿主机上创建的容器之间的通信。
host：使用宿主机的网络栈，容器直接使用宿主机的网络接口，不进行网络隔离。
overlay：用于在多个 Docker 宿主机之间创建跨主机的网络，通常用于 Docker Swarm 集群。
macvlan：允许为容器分配一个 MAC 地址，使其在网络中看起来像一个独立的物理设备。

示例：创建一个使用 bridge 驱动的网络
docker network create -d bridge my_bridge_network

(2) --subnet
该选项用于指定网络的子网，格式为 CIDR 表示法（如 192.168.0.0/16 ）。

示例：创建一个指定子网的网络：
docker network create --subnet=172.18.0.0/16 my_subnet_network

(3) --gateway
该选项用于指定网络的网关 IP 地址。
示例：创建一个指定子网和网关的网络

docker network create
--subnet=172.19.0.0/16
--gateway=172.19.0.1
my_gateway_network

(4) --ip-range
该选项用于指定容器可以使用的 IP 地址范围。
示例：创建一个指定子网、网关和 IP 范围的网络

docker network create
--subnet=172.20.0.0/16
--gateway=172.20.0.1
--ip-range=172.20.1.0/24
my_ip_range_network

(5) --internal
该选项用于将网络设置为内部网络，即容器无法访问外部网络。
示例：创建一个内部网络：
docker network create --internal my_internal_network

(6) --attachable
该选项可以允许独立的容器（非服务容器）连接到这个网络。
示例：创建一个可连接的网络：
docker network create --attachable my_attachable_network

2：容器间通信步骤

#创建自定义网络
docker network create my_net
#创建一个不在此自定义网络的容器
docker run -dit --name web03 centos:7
#创建两个容器，并加入自定义网络
docker run -dit --name pc01 --net=my_net centos:7
docker run -dit --name pc02 --net=my_net centos:7
#登陆到容器，测试通信结果
docker exec -it pc01 /bin/bash
/ # ping pc02		##能通
/ # ping web03		##不能通

第二节：数据持久化技术

一：Docker的数据管理

Docker 数据卷（Data Volumes）是 Docker 中用于持久化存储数据的一种机制，它在容器和宿主机之间建立了一种数据共享的方式，下面从多个方面详细解释 Docker 数据卷。

1：什么是数据卷

数据卷是一个可供一个或多个容器使用的特殊目录，它绕过了容器的文件系统，直接将宿主机上的目录或文件挂载到容器内部。这意味着即使容器被删除，数据卷中的数据也不会丢失，从而实现了数据的持久化存储。

2：数据卷的作用

数据持久化：容器的生命周期可能是短暂的，当容器被删除时，其内部文件系统中的数据也会随之消失。而数据卷可以将数据存储在宿主机上，确保数据不会因为容器的删除而丢失。
数据共享：多个容器可以同时挂载同一个数据卷，从而实现容器之间的数据共享。这对于需要共享配置文件、日志文件或其他数据的应用场景非常有用。
数据备份和恢复：由于数据卷中的数据存储在宿主机上，因此可以方便地进行备份和恢复操作。

3：创建匿名数据卷

docker run -dit -v /data1 -v /data2 --name web04 centos:7
docker exec -it web04 /bin/bash
cd /data1
cd /data2

4：创建具名数据卷

（1）创建具名数据卷

docker volume create my_volume

（2）在创建容器时挂载具名数据卷

docker run -d -v my_volume:/data --name my_cotainer nginx

5：共享容器数据卷

如果希望在容器之间共享数据，可以使用下面的命令来实现。

docker run -dit --volumes-from web04 --name web05 centos:7 /bin/bash

这个命令的主要功能是基于 centos:7 镜像创建并启动一个名为 web05 的新容器，该容器会以交互模式、守护进程模式运行，并且会从 web04 容器中挂载所有的数据卷。

--volumes-from web04：这是一个关键参数，它的作用是让新创建的 web05 容器挂载 web04 容器中所有已经挂载的数据卷。这意味着 web05 容器可以访问和使用 web04 容器所使用的数据卷中的数据，实现数据的共享。

注意事项：

如果 web04 容器被删除，只要数据卷本身没有被删除，web05 容器仍然可以正常访问数据卷中的数据。
当多个容器共享同一个数据卷时，对数据卷中数据的修改会影响到所有挂载该数据卷的容器。

6：挂在主机目录作为数据卷

案例1：

#将宿主机上的 /data1 目录挂载到容器内的 /usr/local/apache2/htdocs 目录。
docker run -dit -p 8080:80 -v /data1:/usr/local/apache2/htdocs --name web06 httpd#创建测试文件
echo "ni hao">/data1/index.html#访问服务
curl 192.168.101.8080

案例2：

(1) 在宿主机创建挂载目录

mkdir -p /www/{conf,html}

(2) 准备数据
将编辑好的 nginx 配置文件拷贝到 /www/conf
将网站代码拷贝到 /www/html

(3) 创建容器

docker run -d -p 9090:80 \
-v /www/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf \-v /www/html:/www/html \
-v/www/nginx/log:/var/log/nginx \
--name web07 nginx /bin/bash -c "nginx"或docker run -d -p 9090:80 \
-v /www/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf \
-v /www/html:/www/html \
-v/www/nginx/log:/var/log/nginx \
--name web08 nginx "nginx"

二：Docker数据管理注意事项

1：明确使用场景选择类型

匿名数据卷创建简单，但管理不便，适合临时存储中间数据。例如在构建过程中存储临时编译文件。
具名数据卷便于管理和共享，适用于需要持久化存储且后续会频繁使用的数据，如数据库数据。
挂载主机目录数据卷则方便与主机进行数据交互，适合需要与主机共享配置文件或数据的场景。

2：使用正确的路径

挂载主机目录作为数据卷时，必须使用绝对路径，否则会导致挂载失败。

3：数据卷清理

定期清理无用数据卷：使用 docker volume ls 查看所有数据卷，对于不再使用的匿名或具名数据卷，使用 docker volume rm 命令进行清理，避免占用过多磁盘空间。

4：容器内数据持久化

容器的文件系统是基于镜像层和容器层构建的。容器层的数据在容器删除时会丢失。因此，对于需要持久化的数据，应使用数据卷进行存储
多个容器可以挂载同一个数据卷来实现数据共享。但要注意并发访问问题，可能需要在应用层面实现数据同步机制，如使用锁机制或事务处理。
对于数据库、日志文件等关键数据，应将其存储在数据卷中，确保数据的持久化和可恢复性。例如，对于 MySQL 容器，将数据目录 /var/lib/mysql 挂载到数据卷上。