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使用Device Mapper插件改变Docker容器大小的方法详解

在 CentOS、RHEL、Fedora 或者其他默认没有 AUFS 支持的 Linux 发行版上使用 Docker 时,Device Mapper 存储插件几乎是绕不开的选择。一旦把它设为默认存储后端,所有容器都会被塞进一个 100GB 的稀疏文件里,并且每个容器默认只有 10GB 的上限。这个限

在 CentOS、RHEL、Fedora 或者其他默认没有 AUFS 支持的 Linux 发行版上使用 Docker 时,Device Mapper 存储插件几乎是绕不开的选择。一旦把它设为默认存储后端,所有容器都会被塞进一个 100GB 的稀疏文件里,并且每个容器默认只有 10GB 的上限。这个限制在实际生产环境中常常让人头疼——要么是池不够大,要么是单个容器的容量捉襟见肘。这篇文章要聊的就是怎么打破这个限制,同时把容器的存储迁移到指定的分区或 LVM 卷上,让性能和数据管理都更灵活。

它的工作原理

要真正理解我们要做的事情,得先弄清楚 Device Mapper 插件是怎么运作的。它基于 Device Mapper 的“精简目标”(thin provisioning)特性,本质上是对目标块设备的快照。所谓“精简”,就是允许你超额配置:有一个(通常很大的)可用存储块池,然后从这个池子里创建任意大小的块设备(虚拟磁盘)。只有在实际读写之后,那些存储块才会被标记为已用,从池中扣除。

这意味着你可以玩得很过火——在一个 100GB 的池里创建几千个 10GB 的卷,甚至在一个 1GB 的池里创建一个 100TB 的卷,只要实际写入的块总量不超过池的容量,系统就不会报错。除此之外,精简目标还支持快照:任何时候都能创建一个已有卷的浅拷贝。从用户角度看,就像有了两个一模一样的卷,各自独立修改,但存储空间并不会翻倍——只有真正发生变化的块才会从池里额外分配。

从实现层面看,“精简目标”实际上用了两个存储设备:一个大的存储块池,以及一个小的元数据设备。元数据里记录了所有卷、快照,以及每个卷或快照的块到存储池中物理块的映射关系。

当 Docker 使用 Device Mapper 存储插件时,它会在 /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/data/var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/metadata 下创建两个文件(如果不存在)。这两个文件分别扮演存储池和元数据的角色。好处是免安装、零配置——不需要额外分区或 LVM 就能直接跑起来。但缺点同样明显:存储池默认只有 100GB,而且是用稀疏文件支持的。从磁盘利用效率上看,稀疏文件表现不错(就像精简池里的卷,一开始很小,写多少占多少),但从性能角度就不那么友好了——VFS 层会引入额外开销,尤其是在“第一次写入”的时候。

在讨论如何调整单个容器大小之前,先来看看怎么给整个池扩容。

我们需要一个更大的池

警告:下面的操作会删除你所有的容器和镜像。确保你已备份重要数据!

如前面所说,Docker 在启动时会检查数据和元数据文件是否存在,不存在就自动创建。所以解决方案很简单:抢在 Docker 启动之前,自己把文件造出来。

  1. 停止 Docker 守护进程——我们要重新设置存储后端,运行时删除文件会引发灾难。
  2. 擦除 /var/lib/docker。再次警告:这会清空所有容器和镜像。
  3. 创建存储目录:
    mkdir -p /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper
  4. 创建你的池:
    dd if=/dev/zero of=/var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/data bs=1G count=0 seek=250
    这条命令会创建一个 250GB 的稀疏文件。注意用的是 seek=250 而非 count=250,后者会生成一个普通文件(占满 250GB 真实磁盘)。
  5. 重启 Docker 守护进程。提示:如果系统本身支持 AUFS,Docker 默认会优先使用它;如果要强制使用 Device Mapper,启动时加上 -s devicemapper 选项。
  6. docker info 检查 Data Space Total 的值是否正确。

我们需要一个更快的池

警告:同样会删除所有容器和镜像。务必把重要镜像推送到 registry,把容器里的关键数据备份出来。

要获得更好的性能,最简单的办法是用真实块设备替代基于文件的循环设备。假设有一块全新的硬盘 /dev/sdb,你想把它全部用于容器存储,操作步骤几乎一样:

  1. 停止 Docker 守护进程。
  2. 移除 /var/lib/docker(似曾相识吧?)。
  3. 创建存储目录:
    mkdir -p /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper
  4. 在目录下创建数据软链接,指向设备:
    ln -s /dev/sdb /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/data
  5. 重启 Docker。
  6. docker info 验证 Data Space Total

使用 RAID 和 LVM

如果你手头有多块同型号的磁盘,可以通过软件 RAID10 合并成一个逻辑设备,然后链接到 /dev/md 设备。另一个更灵活的方案是把磁盘(或 RAID 阵列)放入 LVM 物理卷,再创建两个逻辑卷:一个用于数据,一个用于元数据。元数据卷的最佳大小没有硬性规定,但占数据池的 1% 通常是个不错的起点。

操作思路和前两步一致:停止 Docker,移除数据目录,创建指向 /dev/mapper 设备的符号链接,重启 Docker。关于 LVM 的具体用法,可以参考 LVM 相关文档,这里不再赘述。

扩容容器

默认情况下,使用 Device Mapper 的存储插件时,所有镜像和容器都从一个初始 10GB 的文件系统中创建。现在来看看如何让容器拥有更大的根文件系统。

先用 Ubuntu 镜像创建一个容器,不需要运行什么程序,只要文件系统存在即可。为了演示,我们在容器里执行 df -h / 查看根分区大小:

$ docker run -d ubuntu df -h /
4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603

接下来需要以 root 身份操作 Device Mapper 中的卷信息。所有以 # 开头的命令都必须用 root 执行;其他命令(以 $ 开头)只要有 Docker socket 访问权限即可。

先查看 /dev/mapper,会看到一个对应容器文件系统的符号链接,命名格式为 docker-X:Y-Z- 开头:

# ls -l /dev/mapper/docker-*-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Jan 31 21:04 /dev/mapper/docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603 -> ../dm-8

记下这个全名,后面会用到。先查看当前卷的设备映射表:

# dmsetup table docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603
0 20971520 thin 254:0 7

第二个数字是设备大小,表示 512 字节扇区的数量——当前值正好略高于 10GB。计算一下一个 42GB 的卷需要多少扇区:

$ echo $((42*1024*1024*1024/512))
88080384

精简快照目标有一个神奇的特性:它不会限制卷的大小。刚创建的精简卷使用 0 个块,写入时才会从共用池中分配。你可以写 0 块,也可以写 10 亿块,这跟精简目标无关——真正限制文件系统大小的,是 Device Mapper 表本身。所以我们要做的,就是加载一张几乎完全相同的新表,只是扇区数加大了。

旧表是 0 20971520 thin 254:0 7。我们只改第二个数字,其余值必须原封不动保留(你的卷可能不是 7,一定要用正确的数值)。

# echo 0 88080384 thin 254:0 7 | dmsetup load docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603

现在激活新表:

# dmsetup resume docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603

再次查看表信息,应该已经变成新的扇区数量了。块设备扩容完成后,还需要调整文件系统大小,用 resize2fs 即可:

# resize2fs /dev/mapper/docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603
resize2fs 1.42.5 (29-Jul-2012)
Filesystem at /dev/mapper/docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603 is mounted on /var/lib/docker/devicemapper/mnt/4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603; on-line resizing required
old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 3
The filesystem on /dev/mapper/docker-0:37-1471009-4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603 is now 11010048 blocks long

作为可选验证步骤,重启容器并检查空闲空间:

$ docker start 4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603
$ docker logs 4ab0bdde0a0dd663d35993e401055ee0a66c63892ba960680b3386938bda3603
df: Warning: cannot read table of mounted file systems: No such file or directory
Filesystem      Size  Used A vail Use% Mounted on
-               9.8G  164M  9.1G   2% /
df: Warning: cannot read table of mounted file systems: No such file or directory
Filesystem      Size  Used A vail Use% Mounted on
-                42G  172M   40G   1% /

想把这个过程自动化?当然可以,下面是一段脚本示例:

CID=$(docker run -d ubuntu df -h /)
DEV=$(basename $(echo /dev/mapper/docker-*-$CID))
dmsetup table $DEV | sed "s/0 [0-9]* thin/0 $((42*1024*1024*1024/512)) thin/" | dmsetup load $DEV
dmsetup resume $DEV
resize2fs /dev/mapper/$DEV
docker start $CID
docker logs $CID

扩容镜像

遗憾的是,当前版本的 Docker 暂时没有提供简单的方法来扩容镜像。你可以把镜像对应的块设备扩容,然后基于它创建容器,但新容器并不会继承正确的大小。另外,如果你提交了一个很大的容器,最终生成的镜像也不会变大——这跟 Docker 为镜像准备文件系统的方式有关。这意味着,如果一个容器真的超过了 10GB,在不借助其他技巧的情况下,你没法直接把它正常提交为一个镜像。

总结

Docker 将来一定会提供更优雅的扩容方案——所需的代码改动其实很小。管理一个精简池和对应的元数据本身比较复杂(涉及多种操作流程和潜在的数据迁移,再加上我们直接擦除重建的方式,也没在本文中展开讨论),但今天我们提到的方法,已经足够解决大多数实际场景中的问题了。

本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
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