17、Docker存储驱动与公共云部署全解析

最新推荐文章于 2025-10-25 16:29:39 发布

java5

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分类专栏： Docker实战排障指南文章标签： Docker存储驱动 AuFS Device Mapper

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Docker存储驱动与公共云部署全解析

1. Docker存储驱动概述

不同的Docker存储驱动在性能和适用场景上存在差异。

1.1 Device Mapper

Device Mapper在容器更新现有数据时，每次存储驱动都会执行写时复制（CoW）操作，即从镜像快照复制到容器快照，这会对容器性能产生显著影响，表现不佳。

1.2 AuFS

AuFS适合平台即服务（PaaS）等容器密度起重要作用的场景。它能在运行的容器间高效共享镜像，实现快速的容器启动时间和最小的磁盘空间使用，还能高效利用系统页面缓存。

1.3 OverlayFS

OverlayFS是一种类似于AuFS的现代文件系统，设计更简单，可能速度更快。但目前它还不够成熟，不适合在生产环境中使用，未来可能会取代AuFS。

1.4 存储驱动选择建议

没有一种存储驱动适用于所有用例。用户应根据应用用例和所需的应用稳定性选择存储驱动，或者使用发行版的Docker包安装的默认驱动。例如，若主机系统是RHEL或其变体，默认存储驱动是Device Mapper；对于Ubuntu，默认驱动是AuFS。

2. Docker数据卷存储方式及优缺点

存储方式	优点	缺点
存储在Docker容器内	最基本的方式	在生产环境中管理和处理数据缺乏灵活性
使用数据卷容器存储	提供一定可靠性	依赖主机可用性
直接存储在主机上	提供一定可靠性	依赖主机可用性
使用第三方卷插件（如Flocker或Convoy）	将数据存储在单独块中，解决上述问题，即使容器在主机间转移或死亡，数据仍可靠

3. 常见Docker存储驱动性能对比

通过基本的Docker命令测试，AuFS和BTRFS的性能优于Device Mapper。用户应根据应用用例和Docker守护进程主机系统选择Docker存储驱动。

4. Amazon ECS架构

4.1 核心组件

集群管理器 ：后端服务，负责集群协调和状态管理。
调度器管理器 ：位于集群管理器之上，两者相互解耦，允许客户构建自己的调度器。

4.2 资源管理

资源池包括由容器划分的Amazon EC2实例的CPU、内存和网络资源。Amazon ECS通过运行在每个EC2实例上的开源Amazon ECS容器代理来协调集群，根据调度器的请求启动、停止和监控容器。

4.3 状态存储

为管理单一事实来源（EC2实例、运行的任务、容器和使用的资源），状态存储在集群管理器的键/值存储中。该键/值存储需要耐用、可用，并能防止网络分区和硬件故障，通过维护基于事务日志的数据存储来实现并发控制。

4.4 API访问

Amazon ECS集群管理器开放了一组API，用户可通过列表命令检索受管理的集群、运行的任务和EC2实例，通过描述命令检索特定EC2实例的详细信息和可用资源。其架构提供了高度可扩展、可用和低延迟的容器管理解决方案，实现了完全管理和操作效率。

4.5 Amazon ECS架构流程图

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(集群管理器):::process --> B(调度器管理器):::process
    B --> C(ECS容器代理):::process
    C --> D(EC2实例):::process
    D --> E(容器):::process
    A --> F(键/值存储):::process
    F --> G(API访问):::process

5. 解决AWS ECS部署问题

5.1 基本步骤

从AWS控制台的“Compute”中启动EC2容器服务，点击“Get Started”按钮。
选择“deploy a sample application”和“create, and manage a private repository”选项，创建并管理一个由AWS保护的私有存储库，需要AWS登录才能推送镜像。
提供存储库名称，生成容器镜像需要推送的存储库地址。
安装AWS CLI：

$ pip install awscl

配置AWS CLI登录：

$ aws configure
AWS Access Key ID [None]:
AWS Secret Access Key [None]:
Default region name [None]:
Default output format [None]:

获取docker登录命令以验证本地Docker客户端到私有AWS注册表：

$ aws ecr get-login --region us-east-1
docker login -u AWS -p Key...

使用上述命令的输出链接配置Docker客户端以使用部署在AWS中的私有存储库：

$ docker login -u AWS -p Key...
Flag --email has been deprecated, will be removed in 1.13.
Login Succeeded

标记nginx基本容器镜像并推送到私有存储库：

$ docker images
REPOSITORY  TAG     IMAGE ID      CREATED     SIZE
nginx       latest  19146d5729dc  6 days ago  181.6 MB
$ docker tag nginx:latest private-repo.amazonaws.com/sample:latest
$ docker push private-repo.amazonaws.com/sample:latest
The push refers to a repository [private-repo.amazonaws.com/sample]
e03d01018b72: Pushed
ee3b1534c826: Pushing [==>] 2.674 MB/58.56 MB
b6ca02dfe5e6: Pushing [>] 1.064 MB/123.1 MB
... Image successfully pushed

创建任务定义，定义要运行的Docker镜像、分配的资源、挂载的卷、链接的容器、启动时运行的命令、环境变量、IAM角色、是否为特权容器、标签、端口映射和网络以及Docker网络模式等。
声明服务，用于持续运行的任务（如Web服务），可配置弹性负载均衡以在服务中定义的任务间分配流量。负载均衡器可配置为应用程序负载均衡器（在应用层决策）或经典负载均衡器（在传输层或应用层决策）。
配置集群，默认定义t2.micro为EC2实例类型，当前实例数量为1。
审查配置并部署ECS集群，创建集群后，点击“View Service”按钮查看服务详细信息，点击EC2容器负载均衡器获取可公开访问的服务URL，通过负载均衡器的DNS名称从互联网访问服务。

5.2 ECS部署步骤流程图

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(启动EC2容器服务):::process --> B(点击Get Started):::process
    B --> C(选择选项):::process
    C --> D(提供存储库名称):::process
    D --> E(安装AWS CLI):::process
    E --> F(配置AWS CLI登录):::process
    F --> G(获取docker登录命令):::process
    G --> H(配置Docker客户端):::process
    H --> I(标记并推送镜像):::process
    I --> J(创建任务定义):::process
    J --> K(声明服务):::process
    K --> L(配置集群):::process
    L --> M(审查并部署集群):::process
    M --> N(查看服务信息):::process
    N --> O(获取服务URL):::process

6. 更新ECS集群中的Docker容器

在连续交付模型中，通常有两个生产环境：蓝色环境是旧版本服务，当前处于运行状态；绿色环境是新版本，即将处理未来用户请求。通过蓝色 - 绿色部署可实现快速回滚，若绿色环境出现问题，可将路由器切换到蓝色环境。当绿色环境正常运行后，蓝色环境可作为下一次部署的测试环境。在ECS中可通过以下步骤实现：
1. 选择创建的ECS任务，点击“Create new Task Definition”按钮创建新修订版。
2. 在新任务定义中，可附加新容器或更新容器定义，使用高级容器配置设置环境变量。
3. 创建最新任务后，点击“Actions”，再点击“Update Service”。
4. 更新服务时，可设置任务数量和自动缩放选项。自动缩放组会启动包括AMI、实例类型、安全组等详细信息的ECS实例，通过缩放策略可对集群实例和服务进行缩放，可用性区域感知的ECS调度程序可管理、分布和缩放集群，使架构具有高可用性。

7. 微软Azure容器服务架构

7.1 服务概述

Azure是市场上发展最快的基础设施服务之一，支持按需扩展、创建混合环境和处理大数据。Azure容器服务提供开源容器集群和编排解决方案的部署，支持DC/OS、Kubernetes和Swarm等容器集群，Azure门户提供简单的UI和CLI支持来实现部署。

7.2 架构特点

开源支持 ：微软Azure是第一个支持主流容器编排引擎的公共云，Azure容器服务引擎在GitHub上开源，开发者可在vSphere Hypervisor、KVM或HyperV上直接运行多个编排引擎。
模板基础 ：Azure资源管理器（ARM）模板是通过ACS API部署集群的基础，ACS引擎用Go语言构建，用户可组合不同配置构建最终模板用于部署集群。
功能特性 ：包括可选择的编排器（如DC/OS、Kubernetes或Swarm）、多个代理池（可用性集和虚拟机集）、最大规模达1200的Docker集群、支持自定义vNET。
核心组件 ：Azure容器服务主要以DC/OS为关键组件构建，其架构有三个基本组件：Azure Compute用于管理VM健康，Mesos用于容器健康管理，Swarm用于Docker API管理。

8. 解决微软Azure容器服务问题

8.1 部署Docker Swarm集群步骤

创建RSA密钥：

$ ssh-keygen

生成的密钥位于 ~/root/id_rsa 。
2. 在Azure账户门户中点击“New”按钮，搜索“Azure Container Service”并选择它。
3. 选择“Resource Manager”作为部署模型，点击“Create”按钮。
4. 配置基本设置页面，需要提供用户名（作为Docker Swarm集群中部署的虚拟机的管理员）、之前创建的SSH公钥，并在“Resource Group”字段中指定名称创建新的资源组。
5. 根据需要选择编排器配置（Swarm、DC/OS或Kubernetes）。
6. 提供编排器配置、代理数量和主节点数量，还可提供DNS前缀（如dockerswarm）。
7. 检查摘要，验证通过后点击“OK”，在下一屏幕点击“Purchase”按钮进行部署。
8. 部署开始后，可在Azure主仪表板上查看状态。
9. Docker Swarm集群创建完成后，从仪表板显示的Docker Swarm资源中点击“swarm - master”。
10. 在“swarm - master”的“Essentials”部分找到DNS条目，使用以下命令通过SSH连接到swarm - master：

ssh <DNS_FROM_FIELD> -A -p 2200 -i <PUB_FILE_LOCATION>

连接到主节点后，可执行基本的Docker Swarm命令，并在部署在微软Azure上的Swarm集群中进行容器部署。

8.2 Azure容器服务部署步骤流程图

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(创建RSA密钥):::process --> B(点击Azure门户New按钮):::process
    B --> C(搜索并选择Azure Container Service):::process
    C --> D(选择部署模型):::process
    D --> E(配置基本设置):::process
    E --> F(选择编排器配置):::process
    F --> G(提供编排器相关信息):::process
    G --> H(检查摘要并点击OK):::process
    H --> I(点击Purchase按钮):::process
    I --> J(查看部署状态):::process
    J --> K(点击swarm - master):::process
    K --> L(找到DNS条目):::process
    L --> M(SSH连接到swarm - master):::process

综上所述，了解不同的Docker存储驱动特点和适用场景，掌握在AWS和Azure等公共云上的部署和管理技巧，对于高效使用Docker容器技术至关重要。无论是选择合适的存储驱动，还是解决部署和更新过程中的问题，都需要根据具体情况进行决策和操作。

9. 总结与建议

9.1 存储驱动总结

不同的 Docker 存储驱动各有优劣。Device Mapper 在容器更新数据时性能不佳，因其频繁的 CoW 操作会影响容器性能。AuFS 适用于 PaaS 等对容器密度要求高的场景，能高效共享镜像、快速启动容器并节省磁盘空间。OverlayFS 设计简单且可能更快，但目前不够成熟，未来可能取代 AuFS。在选择存储驱动时，应根据应用用例和所需的稳定性，结合 Docker 守护进程主机系统来决定。例如，RHEL 或其变体默认使用 Device Mapper，Ubuntu 默认使用 AuFS。

9.2 公共云部署总结

在公共云部署方面，Amazon ECS 和微软 Azure 容器服务都提供了强大的功能。Amazon ECS 架构高度可扩展、可用且低延迟，通过集群管理器、调度器管理器和 ECS 容器代理实现容器的高效管理。在部署 ECS 时，需要按照一系列步骤进行操作，包括创建存储库、配置 AWS CLI、标记和推送镜像、创建任务定义和服务等。微软 Azure 容器服务支持多种容器集群编排引擎，如 DC/OS、Kubernetes 和 Swarm，通过 ARM 模板和 ACS 引擎实现灵活部署。部署 Docker Swarm 集群时，需要创建 RSA 密钥、选择部署模型、配置基本设置和编排器信息等。

9.3 建议

存储驱动选择 ：对于对性能要求较高且数据更新频繁的应用，优先考虑 AuFS 或 BTRFS；对于对稳定性要求较高且使用 RHEL 系统的场景，可使用默认的 Device Mapper。
公共云部署 ：在 AWS 上部署时，要确保正确配置 AWS CLI 和私有存储库，按照步骤创建任务定义和服务。在 Azure 上部署时，注意创建 RSA 密钥和正确选择编排器配置。同时，在进行容器更新时，可采用蓝色 - 绿色部署策略，以实现快速回滚和高效部署。

10. 常见问题解答

10.1 存储驱动相关问题

问：OverlayFS 什么时候可以用于生产环境？
答：目前 OverlayFS 还不够成熟，暂不建议用于生产环境。但随着其不断发展，未来可能成为 AuFS 的替代品，可关注其官方动态以确定合适的使用时机。
问：如果我使用的是 CentOS 系统，应该选择哪种存储驱动？
答：如果使用的是 RHEL 或其变体（如 CentOS），默认的存储驱动是 Device Mapper。但如果对性能有较高要求，可考虑切换到 AuFS 或 BTRFS，但需要注意相关的配置和兼容性问题。

10.2 公共云部署相关问题

问：在 AWS ECS 部署中，无法登录私有存储库怎么办？
答：首先确保已正确安装 AWS CLI 并配置了 AWS 访问密钥 ID 和秘密访问密钥。使用 aws ecr get-login --region us-east-1 命令获取 docker 登录命令，然后使用该命令登录私有存储库。如果仍然无法登录，检查网络连接和密钥的正确性。
问：在 Azure 上部署 Docker Swarm 集群时，SSH 连接失败怎么办？
答：检查 RSA 密钥是否正确生成和配置，确保在配置基本设置时提供了正确的 SSH 公钥。同时，检查 DNS 条目和端口号是否正确，尝试使用 ssh <DNS_FROM_FIELD> -A -p 2200 -i <PUB_FILE_LOCATION> 命令进行连接。

11. 对比表格

对比项	Amazon ECS	微软 Azure 容器服务
核心架构	集群管理器、调度器管理器、ECS 容器代理	Azure Compute、Mesos、Swarm
编排引擎支持	可自定义调度器	DC/OS、Kubernetes、Swarm
部署步骤	创建存储库、配置 AWS CLI、标记和推送镜像、创建任务定义和服务等	创建 RSA 密钥、选择部署模型、配置基本设置和编排器信息等
特点	高度可扩展、可用、低延迟，完全管理	支持多种编排引擎，开源且灵活

12. 未来趋势展望

12.1 存储驱动发展

随着容器技术的不断发展，存储驱动也将不断优化。OverlayFS 可能会在未来变得更加成熟，成为主流的存储驱动之一。同时，可能会出现新的存储驱动，以满足不同应用场景的需求，如对高性能、高可靠性和低延迟的要求。

12.2 公共云部署发展

公共云平台将继续加强对容器技术的支持，提供更丰富的功能和更便捷的部署方式。例如，AWS 可能会进一步优化 ECS 架构，提高容器管理的效率和性能；Azure 可能会增加对更多编排引擎的支持，以及提供更强大的监控和管理工具。此外，多云部署和混合云部署将成为未来的趋势，用户可以根据不同的需求在多个云平台之间灵活切换和部署容器。

13. 总结回顾

本文详细介绍了 Docker 存储驱动和公共云部署的相关知识。在存储驱动方面，分析了 Device Mapper、AuFS、OverlayFS 等的特点和适用场景，并给出了选择建议。在公共云部署方面，分别介绍了 Amazon ECS 和微软 Azure 容器服务的架构、部署步骤和常见问题解决方法。通过对比表格，清晰地展示了两者的差异。最后，对未来的发展趋势进行了展望。希望本文能帮助读者更好地理解和应用 Docker 容器技术，在不同的场景中选择合适的存储驱动和公共云平台进行高效部署。

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(存储驱动选择):::process --> B(公共云部署):::process
    B --> C(容器更新策略):::process
    C --> D(未来趋势展望):::process

通过以上的流程，我们可以看到从存储驱动选择到公共云部署，再到容器更新和未来趋势的整体脉络，帮助读者全面了解 Docker 容器技术的应用和发展。