五、Docker 核心技术：容器数据持久化之数据卷

Docker 容器本身是无状态且生命周期短暂的。当一个容器被删除时，它在可写层产生的所有数据都会随之消失。这对于需要持久化存储数据的应用 (如数据库、日志系统、用户上传内容) 来说是不可接受的。为了解决这个问题，Docker 提供了多种数据持久化方案，其中最重要、最推荐的就是数据卷

一、什么是容器数据卷

数据卷是宿主机文件系统中一个特殊的目录，它由 Docker 管理 (/var/lib/docker/volumes/ 目录下)，并可以直接映射到一个或多个容器的指定目录下。

数据卷的核心优势：

数据持久化：数据卷的生命周期独立于任何容器。即使所有使用该数据卷的容器都被删除，数据卷及其中的数据依然存在。
数据共享：多个容器可以同时挂载同一个数据卷，从而实现容器间的数据共享和同步。
高性能：数据卷绕过了容器的联合文件系统 (UnionFS)，直接读写宿主机的文件系统，具有接近原生的I/O性能。
易于管理：Docker 提供了专门的命令 (docker volume ...) 来创建、查看、删除数据卷，便于备份、迁移和恢复。

二、数据卷的使用

在创建或运行容器时，我们主要使用 -v 或 --mount 标志来挂载数据卷。-v 语法更简洁，--mount 语法更明确，推荐在生产环境和复杂场景下使用 --mount。

1. 匿名挂载

如果你在 -v 标志中只指定容器内的路径，Docker 会自动创建一个匿名的数据卷，并将其挂载到该路径。

语法：

-v /path/in/container

代码案例：

docker run -d -P --name nginx-anon -v /usr/share/nginx/html nginx

• 这个命令会创建一个新的、名字是随机哈希值的数据卷，并挂载到容器的 /usr/share/nginx/html 目录。
• 我们可以通过 docker inspect 查看这个匿名数据卷的具体信息。

docker inspect nginx-anon

在输出的 "Mounts" 部分，你会看到类似这样的信息：

"Mounts": [{"Type": "volume","Name": "a1b2c3d4...", // 随机生成的长哈希值"Source": "/var/lib/docker/volumes/a1b2c3d4.../_data","Destination": "/usr/share/nginx/html",...}
]

• 缺点：匿名挂载的数据卷名称不直观，难以管理和复用。

2.具名挂载

这是最推荐的数据卷使用方式。你可以为数据卷指定一个有意义的名称，方便后续的引用、共享和管理。

语法：

-v 方式: volume-name:/path/in/container
--mount 方式: type=volume,source=volume-name,target=/path/in/container

代码案例：

步骤一：创建具名数据卷 (可选，Docker会在挂载时自动创建)

docker volume create my-nginx-data

步骤二：使用具名数据卷运行容器

• 使用 -v 标志：

docker run -d -P --name nginx-named-v -v my-nginx-data:/usr/share/nginx/html nginx

• 使用 --mount 标志 (推荐)：

docker run -d -P --name nginx-named-mount --mount type=volume,source=my-nginx-data,target=/usr/share/nginx/html nginx

• 在这两个例子中，名为 my-nginx-data 的数据卷被挂载到了容器的 /usr/share/nginx/html 目录。
• 现在，你可以删除并重建 nginx-named-v 或 nginx-named-mount 容器，但只要你重新挂载 my-nginx-data 数据卷，网站的数据 (如 index.html) 就会保持不变。

数据卷管理命令：

# 列出所有数据卷
docker volume ls# 查看某个数据卷的详细信息
docker volume inspect my-nginx-data# 删除一个数据卷 (前提是没有容器正在使用它)
docker volume rm my-nginx-data# 删除所有不再被任何容器使用的悬空数据卷 (dangling volumes)
docker volume prune

3. 数据卷 vs 绑定挂载

除了由 Docker 管理的数据卷，Docker 还支持另一种强大的挂载方式——绑定挂载。它允许我们将宿主机上任意的一个文件或目录直接映射到容器中。

绑定挂载语法 (使用 -v)：

-v /path/on/host:/path/in/container

与数据卷的核心区别及选择：

特性	数据卷	绑定挂载
管理方	由 Docker 管理，位于 Docker 的专用存储区域 (/var/lib/docker/volumes/)。	由用户管理，可以是宿主机文件系统中的任意路径。
可移植性	高。数据卷的定义与宿主机的目录结构无关，便于在不同环境中迁移。	低。依赖于宿主机上特定的目录结构，不易迁移。
性能	在 Linux 上通常性能更高，因为它为数据I/O进行了优化。	性能也很好，但可能受宿主机文件系统权限等因素影响。
权限	Docker 自动处理权限。	可能存在宿主机与容器内用户权限不匹配的问题。
适用场景	推荐用于生产环境和所有需要持久化应用数据的场景，如数据库文件、应用日志等。	适用于开发环境，如将源代码目录挂载到容器中进行实时代码调试；或共享宿主机的配置文件到容器。

代码示例：直观感受数据卷与绑定挂载的行为差异

这个示例将清晰地展示数据卷独立于容器生命周期的特性，以及绑定挂载下宿主机与容器的实时同步。

场景一：使用数据卷的持久性演示

1. 运行一个容器，使用具名数据卷并写入数据：

docker run -d --name vol-test-container -v my-persistent-data:/data ubuntu sleep infinity
docker exec vol-test-container sh -c "echo 'This data is in a volume' > /data/message.txt"

• 此时，名为 my-persistent-data 的数据卷中已经包含了 message.txt 文件。

2. 在容器内删除文件，验证宿主机数据卷不受影响：(为模拟容器内误操作)

docker exec vol-test-container rm /data/message.txt

验证容器内文件已删除

docker exec vol-test-container ls /data

(此时应无输出)

关键点：此时 my-persistent-data 这个数据卷本身在宿主机上仍然包含 message.txt 文件。容器的删除操作仅仅是在容器的可写层记录了“该文件已删除”的标记，并未真正删除数据卷中的源文件。

3. 删除容器，然后创建一个新容器挂载同一个数据卷：

docker stop vol-test-container
docker rm vol-test-container# 创建一个全新的容器，挂载之前的数据卷
docker run --name vol-test-checker -it -v my-persistent-data:/data ubuntu

4. 在新容器中查看数据：
   当你进入 vol-test-checker 容器的交互式终端后，查看 /data 目录：

# 在 vol-test-checker 容器的shell中执行
ls /data
# 输出应为：message.txtcat /data/message.txt
# 输出应为：This data is in a volume

结论：这个实验有力地证明了，数据卷中的数据是独立且持久的。即使容器内的文件被看似“删除”，或者整个容器被删除，数据卷中的原始数据也安然无恙，可以被新的容器重新挂载和使用。

场景二：使用绑定挂载的实时同步演示

1. 在宿主机上创建一个目录和文件：

mkdir -p ./host-data
echo "Initial data from host" > ./host-data/sync.txt

2. 运行一个容器，将宿主机目录绑定挂载到容器中：

docker run -d --name bind-test-container -v $(pwd)/host-data:/data ubuntu tail -f /dev/null

• tail -f /dev/null 是一个让容器保持运行的技巧。
• 现在，宿主机的 ./host-data 目录与容器的 /data 目录实时同步。

3. 验证容器内可以看到宿主机文件：

docker exec bind-test-container cat /data/sync.txt
# 输出应为：Initial data from host

4. 在宿主机上修改文件内容：

echo "Host updated the file" >> ./host-data/sync.txt

5. 在容器内立即查看变化：

docker exec bind-test-container cat /data/sync.txt
# 输出现在应包含两行：
# Initial data from host
# Host updated the file

6. 在容器内删除文件：

docker exec bind-test-container rm /data/sync.txt

7. 在宿主机上验证文件是否也被删除：

ls ./host-data/
# (此时应无输出，文件已被删除)

结论：绑定挂载建立了宿主机和容器之间文件系统的直接链接。任何一方对挂载目录中内容的修改或删除，都会立即、真实地反映在另一方。这种实时同步的特性使其非常适合开发时共享源代码。

4. 综合案例：使用具名数据卷持久化 MySQL 数据

这个案例将演示如何创建一个 MySQL 容器，并将其数据目录 /var/lib/mysql 持久化到一个具名数据卷中，从而实现数据库数据的安全存储。

步骤一：创建具名数据卷
为了清晰管理，我们先创建一个名为 mysql-data 的数据卷。

docker volume create mysql-data

步骤二：运行 MySQL 容器并挂载数据卷
我们将运行一个 MySQL 8.0 容器，并设置 root 密码。

docker run -d \
--name my-mysql \
-p 3306:3306 \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
--mount type=volume,source=mysql-data,target=/var/lib/mysql \
mysql:8.0

• -d: 后台运行容器。
• --name my-mysql: 为容器命名。
• -p 3306:3306: 将宿主机的 3306 端口映射到容器的 3306 端口。
• -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=...: 通过环境变量设置 MySQL 的 root 用户密码。
• --mount ...: 核心部分。将我们创建的 mysql-data 数据卷挂载到容器内部存放数据库文件的标准路径 /var/lib/mysql。

步骤三：验证数据持久化

1. 进入容器并创建数据
   使用 docker exec 进入正在运行的 MySQL 容器，并登录到数据库。

docker exec -it my-mysql mysql -uroot -pmysecretpassword

在 MySQL 命令行中，创建一个新的数据库和表，并插入一些数据。

CREATE DATABASE testdb;
USE testdb;
CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY, name VARCHAR(50));
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice'), (2, 'Bob');
EXIT;

主机也能正常连接上

2. 删除容器
   现在，我们模拟一次容器故障或升级，删除这个 MySQL 容器。

docker stop my-mysql
docker rm my-mysql

此时，容器已经不存在了。

3. 重新创建容器，挂载同一个数据卷
   我们再次运行一个 MySQL 容器，使用相同的命令，确保它挂载的还是 mysql-data 这个数据卷。

docker run -d \
--name my-mysql-new \
-p 3306:3306 \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=mysecretpassword \
--mount type=volume,source=mysql-data,target=/var/lib/mysql \
mysql:5.7

4. 验证数据是否恢复
   等待新容器 my-mysql-new 完全启动后，再次进入这个新容器。

docker exec -it my-mysql-new mysql -uroot -pmysecretpassword

在 MySQL 命令行中，检查我们之前创建的数据库和数据是否存在。

USE testdb;
SELECT * FROM users;

你会看到输出：

+----+-------+
| id | name  |
+----+-------+
|  1 | Alice |
|  2 | Bob   |
+----+-------+

这证明了，即使容器被删除，存储在数据卷中的数据也被完美地保留了下来，并在新容器中得以恢复。

总结： 容器数据卷是实现Docker数据持久化的首选方案。通过使用具名数据卷，我们可以安全地存储应用数据，解耦数据与容器的生命周期，并轻松实现数据的共享、备份和恢复，为在生产环境中运行有状态应用提供了坚实的基础。

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练习题

题目一：创建与查看数据卷
写出一条命令，创建一个名为 app-config 的具名数据卷，然后写出另一条命令来查看这个数据卷的详细信息。

题目二：匿名挂载
写出一条命令，以后台模式运行一个 ubuntu 容器，并为容器内的 /data 目录进行匿名挂载。

题目三：具名挂载 (使用 -v)
写出一条命令，以后台模式运行一个名为 my-redis 的 redis 容器，并使用 -v 标志将一个名为 redis-data 的具名数据卷挂载到容器的 /data 目录。

题目四：具名挂载 (使用 --mount)
使用 --mount 标志重写上一题的命令，实现完全相同的效果。

题目五：绑定挂载
写出一条命令，运行一个临时的、交互式的 alpine 容器，并将宿主机当前目录下的 app 子目录 (假设为 ./app) 绑定挂载到容器的 /app 目录。容器启动后执行 ls /app 命令。

题目六：数据共享

1. 首先，运行一个名为 writer-container 的 busybox 容器，将一个名为 shared-volume 的数据卷挂载到 /shared。容器启动后，向 /shared/message.txt 文件写入 “Hello from writer”。
2. 然后，运行另一个名为 reader-container 的 busybox 容器，同样挂载 shared-volume 数据卷到 /shared，并读取 /shared/message.txt 文件的内容。
   (请分别写出这两个 docker run 命令)

题目七：数据卷清理
写出一条命令，可以一次性删除所有当前未被任何容器使用的Docker数据卷。

题目八：数据卷数据备份
假设 mysql-data 数据卷中包含了重要的数据库文件，你希望对其进行备份。请描述一种简单的、利用另一个临时容器来备份该数据卷中所有文件到宿主机 /backup 目录的思路或命令。

答案与解析

答案一：
创建数据卷：

docker volume create app-config

查看详细信息：

docker volume inspect app-config

解析： docker volume create 用于创建具名数据卷，docker volume inspect 用于查看其元数据，包括在宿主机上的实际存储路径。

答案二：

docker run -d --name ubuntu-anon -v /data ubuntu

解析： -v 标志后只跟了容器内的路径 /data，这会触发Docker创建一个匿名数据卷并挂载到此路径。

答案三：

docker run -d --name my-redis -v redis-data:/data redis

解析： -v 标志使用 [volume_name]:[container_path] 的格式来进行具名挂载。如果 redis-data 数据卷不存在，Docker会自动创建它。

答案四：

docker run -d --name my-redis --mount type=volume,source=redis-data,target=/data redis

解析： --mount 标志使用更明确的键值对语法。type=volume 指定类型，source 指定数据卷名称，target 指定容器内路径。

答案五：

docker run --rm -it --mount type=bind,source=$(pwd)/app,target=/app alpine ls /app

解析： --mount type=bind 指定了绑定挂载。source=$(pwd)/app 表示宿主机当前工作目录下的 app 目录。--rm 使容器退出后自动删除，-it 提供交互式终端。容器启动后直接执行 ls /app 命令。

答案六：

1. 运行 writer-container：

docker run --name writer-container -v shared-volume:/shared busybox sh -c "echo 'Hello from writer' > /shared/message.txt"

2. 运行 reader-container：

docker run --name reader-container -v shared-volume:/shared busybox cat /shared/message.txt

解析： 两个容器都挂载了同一个具名数据卷 shared-volume。第一个容器向卷中写入文件，第二个容器可以立即读取到这个文件，实现了数据共享。

答案七：

docker volume prune

解析： docker volume prune 是一个方便的命令，用于清理不再被任何（包括已停止的）容器引用的数据卷，可以释放磁盘空间。

答案八：

docker run --rm \
--mount type=volume,source=mysql-data,target=/dbdata,readonly \
--mount type=bind,source=/backup,target=/backup_host \
ubuntu \
tar czvf /backup_host/mysql-backup-$(date +%Y%m%d).tar.gz -C /dbdata .

日期：2025年9月5日
专栏：Docker教程