Docker存储驱动之ZFS简介

ZFS是下一代的文件系统,支持了很多存储高级特性,如卷管理、快照、和校验、压缩和重复删除技术、拷贝等。
  ZFS由Sun公司创建,现属于Oracle,ZFS是开源的,并基于CDDL license。因为CDDL和GPL不兼容,ZFS不能加入Linux kernel主线。然而,ZFS On Linux(ZoL)项目提供kernel模块和用户空间程序,这些都可以单独的安装。
  ZFS on Linux(ZoL)是一项成熟的技术,但是,现在却不建议在产品中使用zfs存储驱动,当然,除非你对ZoL有着丰富的经验。
  注意:在Linux平台上,有ZFS的FUSE实现,它可以和Docker结合起来使用,但是却不推荐这样使用。原生的ZFS驱动(ZoL)被测试得更多,更有效率,也更广泛地被使用。下面的内容也指的是原生的ZFS驱动。

镜像分层和共享

  Docker的zfs存储驱动使用了ZFS驱动的三个组件:
   ●文件系统
   ●快照
   ●克隆
  ZFS系统提供超配特性,通过按需分配操作从ZFS池(zpool)分配空间。快照和克隆是ZFS系统某个时间点的拷贝,较节省空间。快照是只读的,而克隆是读写的,克隆只能通过快照来创建。下图显示了它们之间这种简单地关系。
  

Docker存储驱动之ZFS简介


  图中的实线显示了创建了克隆的过程。第一步创建了一个文件系统的快照,第二步通过快照创建了一份克隆。虚线显示了克隆、文件系统和快照之间的关系。这三个ZFS组件都从同一个下层的zpool申请空间。
  在Docker host上使用zfs存储驱动。镜像的基础层就是一个ZFS文件系统,每个子层都是底层ZFS快照的一个ZFS克隆,容器就是一个ZFS克隆,它基于其镜像最顶层的ZFS快照。所有的ZFS组件都从同一个zpool分配空间。下图显示了一个基于两层镜像的容器是如何使用这些ZFS组件的。
  

Docker存储驱动之ZFS简介


  结合上图,下面的过程解释了镜像是如何分层的,容器是如何创建的。
   ▶在Docker host中,镜像的基础层是一个ZFS文件系统。
   文件系统从zpool中消耗空间。
   ▶附加的镜像层是其下层镜像的克隆。
   图中,“Layer 1”是通过创建基础镜像的ZFS快照,然后再通过快照创建克隆来实现的。克隆是可读写的,并且从zpool按需分配空间;而快照是只读的。
   ▶当容器启动时,就会在镜像层上附加一个可读写层。
   上图中,制造了一个镜像顶层的快照,然后再基于快照创建了一份克隆,而这份克隆就是容器的可读写层。
   如果需要改变容器,那么久会从zpool按需分配空间给容器,ZFS默认会分配128K大小的块。
  这种从只读快照创建子层和容器的方法,使得镜像作为不可变对象来维护。

容器使用ZFS读写

  容器从zfs存储驱动读数据的过程非常简单。新启动的容器基于ZFS克隆,这份克隆从初始化开始就共享它底层的所有数据。这意味着使用zfs的读操作非常快,即使正在读的数据并没有拷贝到容器。下图显示了数据块的共享情况。
  

Docker存储驱动之ZFS简介


  写新数据是通过按需分配操作来完成的。每次要向容器的一个新区域写数据时,就会从zpool中分配一个新块,也就是说写新数据时容器就会消耗额外的空间。分配给容器的新空间从底层的zpool分配。
  想更新容器的新数据,就得分配新空间给容器,并将这些改变的信息保存在新的块中。原来的块没有改变,下面的镜像依然是不可变的。

Docker中配置ZFS存储驱动

  只有在/var/lib/docker被映射在一个ZFS文件系统上时,才能在docker host上使用zfs存储驱动。本节将介绍如何在Ubuntu上安装原生的ZFS on Linux(ZoL)。

准备

  如果你已经在Docker host上使用过Docker daemon,并且有一些想保存的镜像,那么在执行下面的步骤之前,你需要将这些镜像保存到Docker Hub或者你的私有Docker镜像仓库中。
  停止Docker daemon。另外,确保你在/dev/xvdb(这个设备名可能根据你的OS环境而不同,你需要换成适合你自己的设备名)上有一个空闲块设备。

在Ubuntu16.04 LTS上安装ZFS

  1) 停止Docker daemon。

$ sudo systemctl stop docker.service

  2) 安装zfs包。

$ sudo apt-get install -y zfs Reading package lists... Done Building dependency tree <output truncated>

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