Docker存储驱动devicemapper介绍和配置

devicemapper介绍

Device Mapper是Linux系统中基于内核的高级卷管理技术框架。Docker的devicemapper存储驱动就是基于该框架的精简置备和快照功能来实现镜像和容器的管理。

注:Device Mapper是Linux的一种技术框架，而devicemapper是Docker Engine基于Device Mapper提供的一种存储驱动。

早期的Docker运行在Ubuntu和Debian Linux上并使用AUFS作为后端存储。Docker流行之后，越来越多的的公司希望在Red Hat Enterprise Linux这类企业级的操作系统上面运行Docker，但可惜的是RHEL的内核并不支持AUFS。

这个时候红帽公司出手了，决定和Docker公司合作去开发一种基于Device Mapper技术的后端存储，也就是现在的devicemapper。

devicemapper驱动将每一个Docker镜像和容器存储在它自身的具有精简置备(thin-provisioned)、写时拷贝(copy-on-write)和快照功能(snapshotting)的虚拟设备上。由于Device Mapper技术是在块(block)层面而非文件层面，所以Docker Engine的devicemapper存储驱动使用的是块设备来存储数据而非文件系统。

devicemapper的模式

devicemapper是RHEL下Docker Engine的默认存储驱动，它有两种配置模式:loop-lvm和direct-lvm。

loop-lvm是默认的模式，它使用OS层面离散的文件来构建精简池(thin pool)。该模式主要是设计出来让Docker能够简单的被”开箱即用(out-of-the-box)”而无需额外的配置。但如果是在生产环境的部署Docker，官方明文不推荐使用该模式。我们使用docker info命令可以看到以下警告:

 WARNING: Usage of loopback devices is strongly discouraged for production use. Either use `–storage-opt dm.thinpooldev` or use `–storage-opt dm.no_warn_on_loop_devices=true` to suppress this warning.

direct-lvm是Docker推荐的生产环境的推荐模式，他使用块设备来构建精简池来存放镜像和容器的数据。

前段时间有篇很不错的微信文章是关于老司机填devicemapper坑的血泪史，仔细研读之后发现老司机使用的是loop-lvm模式，那个坑有可能由此引起，最终老司机使用overlayfs的存储驱动解决了问题。

注:Linux内核在3.18以上才能支持overlayfs，但RHEL 7.2的内核版本为3.10，所以原生并不支持。但是的确有人在RHEL7.2上成功应用了overlayfs驱动，个人猜测可能是手动在内核里面加载了overlay的模块。

配置direct-lvm模式

停止Docker并备份

如果Docker服务已在运行且有需要保留的镜像和容器，停服务前把相关数据给备份。个人也强烈建议如果是在生产环境使用Docker的话，拿到host的第一时间就将direct-lvm模式给配置了。(当然也可以选择其他的storage driver)

查看当前devicemapper模式

[root@docanix ~]# docker info

...

Storage Driver: devicemapper

 Pool Name: docker-8:3-17702667-pool

 Pool Blocksize: 65.54 kB

 Base Device Size: 10.74 GB

 Backing Filesystem: xfs

 Data file: /dev/loop0

 Metadata file: /dev/loop1

 Data Space Used: 11.8 MB

 Data Space Total: 107.4 GB

 Data Space Available: 17.15 GB

 Metadata Space Used: 581.6 kB

 Metadata Space Total: 2.147 GB

 Metadata Space Available: 2.147 GB

 Udev Sync Supported: true

 Deferred Removal Enabled: false

 Deferred Deletion Enabled: false

 Deferred Deleted Device Count: 0

 Data loop file: /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/data

 Metadata loop file: /var/lib/docker/devicemapper/devicemapper/metadata

...

基于highlight的内容可以看到当前模式为loop-lvm

停止docker服务

[root@docanix ~]# systemctl stop docker

[root@docanix ~]# systemctl status docker

?.docker.service - Docker Application Container Engine

   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/docker.service; enabled; vendor preset: disabled)

   Active: inactive (dead) since Sat 2016-08-27 15:54:26 UTC; 1min 28s ago

     Docs: https://docs.docker.com

  Process: 2176 ExecStart=/usr/bin/docker daemon -H fd:// (code=exited, status=0/SUCCESS)

 Main PID: 2176 (code=exited, status=0/SUCCESS

分配裸设备

本例以Nutanix的ABS功能来分配一块iSCSI盘到docker宿主机，推荐使用外部共享存储的设备但不局限于此种方式，可根据自己的环境决定。

创建一个Volume Group

添加50GB的盘

将Volume Group挂给docker宿主机

创建VG

查看设备

[root@docanix ~]# fdisk -l /dev/sdb

Disk /dev/sdb: 53.7 GB, 53687091200 bytes, 104857600 sectors

Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes

Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes

I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes

创建PV

[root@docanix ~]# pvcreate /dev/sdb

  Physical volume "/dev/sdb" successfully created

创建VG

[root@docanix ~]# vgcreate docker /dev/sdb

  Volume group "docker" successfully created

查看VG信息

[root@docanix ~]# vgdisplay docker

  --- Volume group ---

  VG Name               docker

  System ID            

  Format                lvm2

  Metadata Areas        1

  Metadata Sequence No  1

  VG Access             read/write

  VG Status             resizable

  MAX LV                0

  Cur LV                0

  Open LV               0

  Max PV                0

  Cur PV                1

  Act PV                1

  VG Size               50.00 GiB

  PE Size               4.00 MiB

  Total PE              12799

  Alloc PE / Size       0 / 0  

  Free  PE / Size       12799 / 50.00 GiB

  VG UUID               bXJkQH-qSJc-t5JT-f1GL-reTR-XBVf-ylCEFY

创建thinpool

创建pool

[root@docanix ~]# lvcreate --wipesignatures y -n thinpool docker -l 95%VG

  Logical volume "thinpool" created.

[root@docanix ~]#  lvcreate --wipesignatures y -n thinpoolmeta docker -l 1%VG

  Logical volume "thinpoolmeta" created.

数据LV大小为VG的95%,元数据LV大小为VG的1%,剩余的空间用来自动扩展。

将pool转换为thinpool

[root@docanix ~]# lvconvert -y --zero n -c 512K --thinpool docker/thinpool --poolmetadata docker/thinpoolmeta

  WARNING: Converting logical volume docker/thinpool and docker/thinpoolmeta to pool's data and metadata volumes.

  THIS WILL DESTROY CONTENT OF LOGICAL VOLUME (filesystem etc.)

  Converted docker/thinpool to thin pool.

配置thinpool

配置池的自动扩展

[root@docanix ~]# vi /etc/lvm/profile/docker-thinpool.profile

activation {

    thin_pool_autoextend_threshold=80

    thin_pool_autoextend_percent=20

}

应用配置变更

[root@docanix ~]# lvchange --metadataprofile docker-thinpool docker/thinpool

  Logical volume "thinpool" changed.

状态监控检查

[root@docanix ~]# lvs -o+seg_monitor

  LV       VG     Attr       LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert Monitor 

  thinpool docker twi-a-t--- 47.50g             0.00   0.02                             monitored

配置Docker

修改服务配置文件

[root@docanix ~]# vi /etc/systemd/system/docker.service

--storage-driver=devicemapper --storage-opt=dm.thinpooldev=/dev/mapper/docker-thinpool --storage-opt dm.use_deferred_removal=true

ExecStart后加入storage相关配置参数,如果配置了$OPTIONS也可以在对应的EnvironmentFile中加入。

清除graphdriver

[root@docanix ~]# rm -rf /var/lib/docker/*

之前已提醒数据备份，因为在这里清除graphdriver会将image,container和volume所有数据都删除。如果不删除，则会遇到以下的错误导致docker服务起不来

Error starting daemon: error initializing graphdriver: devmapper: Base Device UUID and Filesystem verification failed: devicemapper: Error running deviceCreate (ActivateDevice) dm_task_run failed

启动docker服务

[root@docanix ~]# systemctl daemon-reload

[root@docanix ~]# systemctl start docker

检查devicemapper配置

[root@docanix ~]# docker info

...

Storage Driver: devicemapper

 Pool Name: docker-thinpool

 Pool Blocksize: 524.3 kB

 Base Device Size: 10.74 GB

 Backing Filesystem: xfs

 Data file:

 Metadata file:

 Data Space Used: 20.45 MB

 Data Space Total: 51 GB

 Data Space Available: 50.98 GB

 Metadata Space Used: 90.11 kB

 Metadata Space Total: 532.7 MB

 Metadata Space Available: 532.6 MB

 Thin Pool Minimum Free Space: 5.1 GB

 ...

基于highlight的内容可以看到当前模式为direct-lvm

测试

pull一个镜像看是否数据会写到thinpool里

[root@docanix ~]# lvs

  LV       VG     Attr       LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert

  thinpool docker twi-a-t--- 47.50g             0.04   0.02           

          

[root@docanix ~]# docker pull busybox

Using default tag: latest

latest: Pulling from library/busybox

8ddc19f16526: Pull complete

Digest: sha256:a59906e33509d14c036c8678d687bd4eec81ed7c4b8ce907b888c607f6a1e0e6

Status: Downloaded newer image for busybox:latest



[root@docanix ~]# lvs

  LV       VG     Attr       LSize  Pool Origin Data%  Meta%  Move Log Cpy%Sync Convert

  thinpool docker twi-a-t--- 47.50g             0.08   0.02

可以看到Data%在pull一个busybox镜像后使用率由0.04变为0.08，说明direct-lvm配置成功且正常工作。