PouchContainer 是阿里巴巴集團(tuán)開(kāi)源的高效、輕量級(jí)企業(yè)級(jí)富容器引擎技術(shù)，擁有隔離性強(qiáng)、可移植性高、資源占用少等特性。可以幫助企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)存量業(yè)務(wù)容器化，同時(shí)提高超大規(guī)模下數(shù)據(jù)中心的物理資源利用率。已助力阿里巴巴集團(tuán)實(shí)現(xiàn)在線業(yè)務(wù) 100% 容器化，雙 11 容器規(guī)模達(dá)到百萬(wàn)級(jí)。

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PouchContainer volume是專門(mén)用來(lái)解決容器的數(shù)據(jù)持久化的機(jī)制，想要了解volume的機(jī)制，就需要了解PouchContainer的鏡像機(jī)制。PouchContainer，和Docker一樣，實(shí)現(xiàn)了鏡像的分層機(jī)制。所謂鏡像分層機(jī)制，是指容器的鏡像實(shí)際上是由多個(gè)只讀的鏡像層(layer)疊加而成，這樣不同的鏡像就可以復(fù)用鏡像層，大大加快了鏡像分發(fā)的效率，同時(shí)也減少了容器啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)容器需要啟動(dòng)時(shí)，pouchd（下文中提到的pouchd均指PouchContainer daemon）會(huì)在啟動(dòng)鏡像的最上層添加一個(gè)讀寫(xiě)層，后續(xù)容器所有的讀寫(xiě)操作就會(huì)記錄在這個(gè)讀寫(xiě)層中。這樣也引入了一個(gè)問(wèn)題，那就是容器數(shù)據(jù)的持久化。假如我們將容器刪除，再次通過(guò)該鏡像啟動(dòng)時(shí)，容器之前所做的修改都丟失了，這對(duì)于有狀態(tài)的應(yīng)用(如數(shù)據(jù)庫(kù))是致命的。

volume繞過(guò)了鏡像機(jī)制，讓容器中的數(shù)據(jù)以正常的文件或者目錄的形式存在于宿主機(jī)上，當(dāng)容器停止或刪除時(shí)，并不會(huì)影響到volume中的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的持久化，而且volume數(shù)據(jù)可以在不同的container之間共享。

1. PouchContainer volume整體架構(gòu)
   該部分內(nèi)容可能涉及PouchContainer的volume源碼實(shí)現(xiàn)。

PouchContainer volume整體架構(gòu)目前主要由以下幾部分構(gòu)成：

VolumeManager：該結(jié)構(gòu)是volume相關(guān)操作的入口。

Core：Core是volume的核心模塊，包含了volume操作的業(yè)務(wù)邏輯

Store：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)volume元數(shù)據(jù)，目前元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地的boltdb文件中。

Driver：volume driver接口，抽象了volume相關(guān)驅(qū)動(dòng)的基本功能

Modules：具體的volume driver，目前存在local, tmpfs, volume plugin, ceph四種volume驅(qū)動(dòng)

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VolumeManager是PouchContainer中的存儲(chǔ)組件(其他組件包括ContainerManager, ImageManager、NetworkManager等)，它是所有volume操作的入口，目前提供了Create/Remove/List/Get/Attach/Detach接口。Core包含了volume操作的核心邏輯，向下負(fù)責(zé)調(diào)用底層具體的volume driver，實(shí)現(xiàn)volume的創(chuàng)建、刪除、attach、detach等操作，同時(shí)調(diào)用Store,實(shí)現(xiàn)volume元數(shù)據(jù)管理。Store模塊專門(mén)負(fù)責(zé)volume的元數(shù)據(jù)管理，volume的相關(guān)狀態(tài)都會(huì)通過(guò)Store進(jìn)行存儲(chǔ)，之所以將元數(shù)據(jù)管理專門(mén)作為一個(gè)模塊，是為了將來(lái)方便擴(kuò)展，目前volume元數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在boltdb，未來(lái)也可能存入etcd等。Driver抽象了volume driver需要實(shí)現(xiàn)的接口，一個(gè)具體的volume driver需要實(shí)現(xiàn)如下接口：

type Driver interface {
// Name returns backend driver's name.
Name(Context) string

    // StoreMode defines backend driver's store model.
    StoreMode(Context) VolumeStoreMode

    // Create a volume.
    Create(Context, *types.Volume, *types.Storage) error

    // Remove a volume.
    Remove(Context, *types.Volume, *types.Storage) error

    // Path returns volume's path.
    Path(Context, *types.Volume) (string, error)

}

2. PouchContainer支持的volume類型
   目前，PouchContainer支持三種具體的volume類型，即local, tmpfs和ceph，還通過(guò)volume plugin這種通用的存儲(chǔ)插件機(jī)制支持更多的第三方存儲(chǔ)。

2.1 local volume
local volume是PouchContainer默認(rèn)的volume類型，適合存儲(chǔ)需要持久化的數(shù)據(jù)，它的生命周期獨(dú)立于容器的生命周期。

當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)volume時(shí)，假如沒(méi)有指定driver類型，則默認(rèn)local為driver類型。local volume本質(zhì)上，是pouchd到/var/lib/pouch/volume目錄下創(chuàng)建的一個(gè)子目錄。相較于docker，PouchContainer的local volume擁有更多的實(shí)用特性，包括：

指定掛載目錄創(chuàng)建volume

可以指定volume大小

首先我們可以指定目錄創(chuàng)建一個(gè)local volume。該特性在生產(chǎn)中非常實(shí)用。對(duì)于某些應(yīng)用，如數(shù)據(jù)庫(kù)，我們需要掛載專門(mén)的塊設(shè)備，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，例如運(yùn)維人員將塊設(shè)備格式化后，掛載到/mnt/MySQL_data目錄。執(zhí)行以下命令，我們就創(chuàng)建了一個(gè)掛載在/mnt/mysql_data的volume，然后可以將該volume掛載到容器指定目錄，啟動(dòng)容器。

pouch volume create --driver local --option mount=/mnt/mysql_data --name mysql_data
其次，我們可以限制volume的大小。該功能依賴于底層文件系統(tǒng)提供的quato功能，目前支持的底層文件系統(tǒng)為ext4和xfs，同時(shí)對(duì)內(nèi)核版本也有要求。

pouch volume create --driver local --option size=10G --name test_quota
2.2 tmpfs volume
tmpfs volume的數(shù)據(jù)并不會(huì)持久化到硬盤(pán)中去，只存儲(chǔ)于內(nèi)存中 (若內(nèi)存不足，則存入swap)，訪問(wèn)速度快，但當(dāng)容器停止運(yùn)行時(shí)，該volume里面的所有信息都會(huì)消失，因此tmpfs volume只適合保存一些臨時(shí)和敏感的數(shù)據(jù)。

tmpfs volume默認(rèn)存儲(chǔ)/mnt/tmpfs目錄下，你也可以通過(guò) -o mount 指定其掛載路徑。不過(guò)指定tmpfs的掛載路徑?jīng)]有什么意義，因?yàn)閠mpfs內(nèi)容直接存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

pouch volume create --driver tmpfs --name tmpfs_test
2.3 ceph volume
ceph是一種比較特殊的volume類型，ceph volume是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到ceph集群(ceph rbd 存儲(chǔ))中，因此可以實(shí)現(xiàn)volume跨物理機(jī)的遷移。

目前外界暫時(shí)不能使用ceph volume。從PouchContainer volume架構(gòu)圖可知，ceph driver和driver層之間還有一層alibaba storage controller（注意：alibaba storage controller只是一個(gè)代稱），這是阿里巴巴內(nèi)部的一套容器存儲(chǔ)管理平臺(tái)，后面對(duì)接了ceph/pangu/nas等諸多存儲(chǔ)方案。PouchContainer通過(guò)與該容器存儲(chǔ)管理平臺(tái)對(duì)接，可以直接利用ceph提供volume。后期我們可能開(kāi)源該容器存儲(chǔ)管理平臺(tái)。

2.4 volume plugin
volume plugin是一種通用性的volume，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)它是一種volume的擴(kuò)展機(jī)制。目前docker通過(guò)插件機(jī)制可以管理諸多的第三方存儲(chǔ)，PouchContainer也實(shí)現(xiàn)了該volume plugin機(jī)制，可以無(wú)縫對(duì)接原先docker已經(jīng)存在的volume plugin。

作為一個(gè)volume plugin，必須實(shí)現(xiàn)volume plugin protocol。volume plugin其實(shí)本質(zhì)上是一個(gè)web server，該web server實(shí)現(xiàn)了如下服務(wù)，所有請(qǐng)求均為POST請(qǐng)求。

/VolumeDriver.Create // Volume創(chuàng)建服務(wù)

/VolumeDriver.Remove // Volume刪除服務(wù)

/VolumeDriver.Mount // Volume掛載服務(wù)

/VolumeDriver.Path // Volume掛載路徑服務(wù)

/VolumeDriver.Unmount // Volume卸載服務(wù)

/VolumeDriver.Get // Volume Get服務(wù)

/VolumeDriver.List // Volume List服務(wù)

/VolumeDriver.Capabilities // Volume Driver能力服務(wù)

3. bind mounts與volumes
   PouchContainer目前支持兩種數(shù)據(jù)持久化的方式，除了上述的volumes，還可以利用bind mounts。bind mounts，顧名思義，指的是直接將宿主機(jī)的目錄掛載到容器里面。

pouch run -d -t -v /hostpath/data:/containerpath/data:ro ubuntu sh
上述這條命令就將宿主機(jī)上的/hostpath/data目錄已只讀的方式掛載到容器的/containerpath/data目錄下。

bind mounts依賴于宿主機(jī)文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)，而volume，在PouchContainer中有專門(mén)的機(jī)制進(jìn)行管理。volumes相對(duì)于bind mounts，有以下優(yōu)勢(shì)：

volumes相對(duì)于bind mounts，更容易進(jìn)行備份和管理；

PouchContainer提供了專門(mén)的CLI和API，用來(lái)管理volumes；

volumes適合在多個(gè)容器之間安全地共享；

volumes提供了插件機(jī)制，可以更加方便地對(duì)接第三方存儲(chǔ)。

4. PouchContainer volume未來(lái)的發(fā)展
   CSI，即Container Storage Interface（該項(xiàng)目定義了容器調(diào)度層和容器之間的存儲(chǔ)接口），目前已發(fā)布了v0.2版本。Pouch未來(lái)可能增加一種通用類型的driver，用于對(duì)接已實(shí)現(xiàn)CSI接口的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

5. 總結(jié)
   本文介紹了PouchContainer的volume機(jī)制， volume機(jī)制主要是為了解決容器數(shù)據(jù)持久化的問(wèn)題。PouchContainer目前支持local,tmpfs,ceph三種driver，同時(shí)支持以volume plugin的形式對(duì)接更多的第三方存儲(chǔ)。

網(wǎng)站題目：技術(shù)解析系列|PouchContainervolume機(jī)制解析
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