使用 ZFS 存储驱动程序

ZFS 是下一代文件系统，支持许多先进的存储技术，例如卷管理、快照、校验和、压缩和重复数据删除、复制等。

它由 Sun Microsystems（现为 Oracle Corporation）创建，并在 CDDL 许可下开源。由于 CDDL 和 GPL 之间的许可不兼容，ZFS 无法作为主线 Linux 内核的一部分提供。但是，ZFS On Linux (ZoL) 项目提供了可以单独安装的树外内核模块和用户空间工具。

Linux 上的 ZFS (ZoL) 端口健康且成熟。但是，目前不建议将zfsDocker 存储驱动程序用于生产用途，除非您对 Linux 上的 ZFS 有丰富的经验。

注意：Linux 平台上还有 ZFS 的 FUSE 实现。不建议这样做。本机 ZFS 驱动程序 (ZoL) 经过更多测试，性能更高，并且使用更广泛。本文档的其余部分涉及本机 ZoL 端口。

先决条件

  • ZFS 需要一个或多个专用块设备，最好是固态驱动器 (SSD)。
  • 该/var/lib/docker/目录必须安装在 ZFS 格式的文件系统上。
  • 更改存储驱动程序会使您已创建的任何容器在本地系统上无法访问。用于docker save保存容器，并将现有镜像推送到 Docker Hub 或私有存储库，以便您以后无需重新创建它们。

笔记

不需要使用，MountFlags=slave因为dockerd和containerd 位于不同的挂载命名空间中。

使用 zfs 存储驱动程序配置 Docker

  1. 停止 Docker。

  2. /var/lib/docker/将的内容复制到/var/lib/docker.bk并删除 的内容/var/lib/docker/。

    $ sudo cp -au /var/lib/docker /var/lib/docker.bk

$ sudo rm -rf /var/lib/docker/*

  3. zpool在您的一个或多个专用块设备上创建一个新的，并将其安装到/var/lib/docker/.确保您指定了正确的设备，因为这是破坏性操作。此示例将两个设备添加到池中。

    $ sudo zpool create -f zpool-docker -m /var/lib/docker /dev/xvdf /dev/xvdg

    该命令创建zpool并将其命名为zpool-docker。该名称仅用于显示目的，您可以使用其他名称。检查池是否已使用正确创建和安装zfs list。

    $ sudo zfs list

NAME           USED  AVAIL  REFER  MOUNTPOINT
zpool-docker    55K  96.4G    19K  /var/lib/docker

  4. 配置 Docker 以使用zfs.编辑/etc/docker/daemon.json并设置 storage-driver为zfs.如果文件之前是空的，现在应该如下所示：

    {
  "storage-driver": "zfs"
}

    保存并关闭文件。

  5. 启动 Docker。用于docker info验证存储驱动程序是否为zfs。

    $ sudo docker info
  Containers: 0
   Running: 0
   Paused: 0
   Stopped: 0
  Images: 0
  Server Version: 17.03.1-ce
  Storage Driver: zfs
   Zpool: zpool-docker
   Zpool Health: ONLINE
   Parent Dataset: zpool-docker
   Space Used By Parent: 249856
   Space Available: 103498395648
   Parent Quota: no
   Compression: off
<...>

管理 zfs

增加正在运行的设备的容量

要增加 的大小zpool，需要向 Docker 主机添加专用的块设备，然后zpool使用以下zpool add命令将其添加到 ：

$ sudo zpool add zpool-docker /dev/xvdh

限制容器的可写存储配额

如果您想在每个图像/数据集的基础上实施配额，您可以设置 size存储选项来限制单个容器可用于其可写层的空间量。

编辑/etc/docker/daemon.json并添加以下内容：

{
  "storage-driver": "zfs",
  "storage-opts": ["size=256M"]
}

请参阅守护程序参考文档中每个存储驱动程序的所有存储选项

保存并关闭文件，然后重新启动 Docker。

zfs 存储驱动程序如何工作

ZFS 使用以下对象：

  • 文件系统：精简配置，按需分配空间zpool。
  • 快照：文件系统的只读、节省空间的时间点副本。
  • 克隆：快照的读写副本。用于存储与上一层的差异。

创建克隆的过程：

ZFS 快照和克隆
  1. 从文件系统创建只读快照。
  2. 从快照创建可写克隆。这包含与父层的任何差异。

文件系统、快照和克隆都从底层分配空间 zpool。

磁盘上的映像和容器层

每个正在运行的容器的统一文件系统都安装在 /var/lib/docker/zfs/graph/.继续阅读有关统一文件系统如何组成的说明。

图像分层和共享

映像的基础层是 ZFS 文件系统。每个子层都是基于其下层的 ZFS 快照的 ZFS 克隆。容器是基于其所创建的映像顶层的 ZFS 快照的 ZFS 克隆。

下图显示了如何将其与基于两层镜像的正在运行的容器组合在一起。

Docker 容器的 ZFS 池

当您启动容器时，将按顺序发生以下步骤：

  1. 镜像的基础层作为 ZFS 文件系统存在于 Docker 主机上。

  2. 附加图像层是直接在其下方托管图像层的数据集的克隆。

    在图中，通过获取基础层的 ZFS 快照然后从该快照创建克隆来添加“第 1 层”。克隆是可写的，并按需消耗 zpool 的空间。快照是只读的，将基础层维护为不可变对象。

  3. 当容器启动时，会在镜像上方添加一个可写层。

    在图中，容器的读写层是通过制作映像顶层（第 1 层）的快照并从该快照创建克隆来创建的。

  4. 当容器修改其可写层的内容时，将为更改的块分配空间。默认情况下，这些块的大小为 128k。

容器读写如何与 zfs 配合使用

读取文件

每个容器的可写层都是一个 ZFS 克隆，它与创建它的数据集（其父层的快照）共享其所有数据。即使读取的数据来自深层，读取操作也很快。下图说明了块共享的工作原理：

ZFS 块共享

写入文件

写入新文件：底层按需分配空间zpool ，并将块直接写入容器的可写层。

修改现有文件：仅为更改的块分配空间，并且使用写时复制（CoW）策略将这些块写入容器的可写层。这最大限度地减少了层的大小并提高了写入性能。

删除文件或目录：

  • 当您删除存在于较低层的文件或目录时，ZFS 驱动程序会屏蔽该文件或目录在容器的可写层中的存在，即使该文件或目录仍然存在于较低的只读层中。
  • 如果您在容器的可写层中创建然后删除文件或目录，则这些块将由zpool.

ZFS 和 Docker 性能

有几个因素会影响使用 zfs存储驱动程序的 Docker 的性能。

  • 内存：内存对 ZFS 性能有重大影响。 ZFS 最初是为具有大量内存的大型企业级服务器设计的。

  • ZFS 功能：ZFS 包括重复数据删除功能。使用此功能可能会节省磁盘空间，但会占用大量内存。建议您在zpool使用 Docker 时禁用此功能，除非您使用 SAN、NAS 或其他硬件 RAID 技术。

  • ZFS 缓存：ZFS 在称为自适应替换缓存 (ARC) 的内存结构中缓存磁盘块。 ZFS 的单副本 ARC功能允许块的单个缓存副本由块的多个克隆共享。通过此功能，多个正在运行的容器可以共享缓存块的单个副本。此功能使 ZFS 成为 PaaS 和其他高密度用例的良好选择。

  • 碎片：碎片是 ZFS 等写时复制文件系统的自然副产品。 ZFS 通过使用 128k 的小块大小来缓解这一问题。 ZFS 意图日志 (ZIL) 和写入合并（延迟写入）也有助于减少碎片。您可以使用监控碎片 zpool status。但是，如果不重新格式化和恢复文件系统，就无法对 ZFS 进行碎片整理。

  • 使用适用于 Linux 的本机 ZFS 驱动程序：由于性能较差，不建议使用 ZFS FUSE 实现。

性能最佳实践

  • 使用快速存储：固态驱动器 (SSD) 提供比旋转磁盘更快的读取和写入速度。

  • 将卷用于写入密集型工作负载：卷为写入密集型工作负载提供最佳且最可预测的性能。这是因为它们绕过存储驱动程序，并且不会产生精简配置和写时复制带来的任何潜在开销。卷还有其他好处，例如允许您在容器之间共享数据，甚至在没有正在运行的容器使用它们时也能保留数据。