自己动手写Docker系列 -- 4.3实现volume数据卷

简介

在上篇中对容器和镜像实现了进一步的文件隔离，是容器内的修改不影响到宿主机。本篇中将实现docker中的volume，提供持久化存储能力

源码说明

同时放到了Gitee和Github上，都可进行获取

Gitee: https://gitee.com/free-love/docker-demo
GitHub: https://github.com/lw1243925457/dockerDemo

本章节对应的版本标签是：4.3，防止后面代码过多，不好查看，可切换到标签版本进行查看

代码实现

在上篇中，我们实现了容器和镜像的文件隔离，在容器内的修改不会影响到宿主机内

但我们也会有一些持久化的存储，在容器中操作后，想要保存下来，便于后序查看或者重启后进行加载，对应docker中的 -v 参数

这里的原理还是同上篇中的一样，也是使用文件挂载的方式，不同于上篇的是，这个-v的挂载只卸载卷，但不删除文件，这样文件就保留了下来

代码也不是太复杂，直接上代码，相比较书中的代码，稍微做了一些结构上的调整和优化

新增 -v 命令参数

我们在RunCommand中增加-v命令参数，和docker中的-v一样

需要注意的是，目前暂时单数据卷挂载，还不能像docker一样提供多个-v，但影响不大

var RunCommand = cli.Command{Name:  "run",Usage: `Create a container with namespace and cgroups limit mydocker run -ti [command]`,Flags: []cli.Flag{......// 添加-v标签cli.StringFlag{Name:  "v",Usage: "volume",},},/*这里是run命令执行的真正函数1.判断参数是否包含command2.获取用户指定的command3.调用Run function 去准备启动容器*/Action: func(context *cli.Context) error {......volume := context.String("v")run.Run(tty, cmdArray, resConfig, volume)return nil},
}

上面加参数传入了Run函数中，在Run函数中，我们将其继续传递到进程启动的初始化进程和退出时的清理函数中

func Run(tty bool, cmdArray []string, config *subsystem.ResourceConfig, volume string) {......mntUrl := pwd + "/mnt/"rootUrl := pwd + "/"// 传入初始化进程中parent, writePipe := container.NewParentProcess(tty, rootUrl, mntUrl, volume)if err := parent.Start(); err != nil {log.Error(err)// 如果fork进程出现异常，但有相关的文件已经进行了挂载，需要进行清理，避免后面运行报错时，需要手工清理deleteWorkSpace(rootUrl, mntUrl, volume)return}......log.Infof("parent process run")_ = parent.Wait()// 传入退出时的清理函数中deleteWorkSpace(rootUrl, mntUrl, volume)os.Exit(-1)
}

创建容器文件系统

在进程初始化函数中，会创建容器文件系统，和上篇文件中一样，我们只是在newWorkSpace函数中新增一个函数，来挂载持久化数据卷即可

回顾下，这个核心函数是功能大致如下：

1.创建只读层
2.创建容器读写层
3.创建挂载点并将只读层和读写层挂载到挂载点上

下面我们要增加的是：

4.在容器内创建对应的数据卷，并将其挂载到挂载点上

我们这步新增的需要在第三步后面，因为需要挂载点已经准备就绪

func newWorkSpace(rootUrl, mntUrl, volume string) error {if err := createReadOnlyLayer(rootUrl); err != nil {return err}if err := createWriteLayer(rootUrl); err != nil {return err}if err := createMountPoint(rootUrl, mntUrl); err != nil {return err}// 在容器内创建对应的数据卷，并将其挂载到挂载点上if err := mountExtractVolume(mntUrl, volume); err != nil {return err}return nil
}

挂载数据卷的具体处理如下：

1.如果参数有效才进行挂载操作：空直接返回；参数错误则报错
2.如果宿主机中的文件路径不存在，需要进行创建（书中是使用mkdir，这样如果多级目录时，上级目录没有时会报错，这里mkdirall递归创建）
3.在容器读写层创建对应到容器内的文件
4.将宿主机文件进行挂载

具体实现如下：


func mountVolume(mntUrl string, volumeUrls []string) error {// 如果宿主机文件目录不存在则创建parentUrl := volumeUrls[0]exist, err := pathExist(parentUrl)if err != nil && !os.IsNotExist(err) {return err}if !exist {// 使用mkdir all 递归创建文件夹if err := os.MkdirAll(parentUrl, 0777); err != nil {return fmt.Errorf("mkdir parent dir err: %v", err)}}// 在容器文件系统内创建挂载点containerUrl := mntUrl + volumeUrls[1]if err := os.Mkdir(containerUrl, 0777); err != nil {return fmt.Errorf("mkdir container volume err: %v", err)}// 把宿主机文件目录挂载到容器挂载点dirs := "dirs=" + parentUrlcmd := exec.Command("mount", "-t", "aufs", "-o", dirs, "none", containerUrl)cmd.Stdout = os.Stdoutcmd.Stderr = os.Stderrif err := cmd.Run(); err != nil {return fmt.Errorf("mount volume err: %v", err)}return nil
}func pathExist(path string) (bool, error) {_, err := os.Stat(path)if err == nil {return true, err}return false, err
}

容器退出时的清理

在上篇中清理动作是直接卸载了挂载点，并删除了读写层

我们这次的数据卷是需要持久化保存的，只需要进行将挂载点卸载即可

具体实现如下：

func deleteWorkSpace(rootUrl, mntUrl, volume string) {// 这里在删除挂载点之前，把数据卷卸载即可// 后面的删除挂载点和删除读写层后，不会影响宿主机的文件unmountVolume(mntUrl, volume)deleteMountPoint(mntUrl)deleteWriteLayer(rootUrl)
}

unmountVolume 具体实现如下：

func unmountVolume(mntUrl string, volume string) {if volume == "" {return}volumeUrls := strings.Split(volume, ":")if len(volumeUrls) != 2 || volumeUrls[0] == "" || volumeUrls[1] == "" {return}// 卸载容器内的 volume 挂载点的文件系统containerUrl := mntUrl + volumeUrls[1]cmd := exec.Command("umount", containerUrl)cmd.Stdout = os.Stdoutcmd.Stderr = os.Stderrif err := cmd.Run(); err != nil {log.Errorf("ummount volume failed: %v", err)}
}

运行测试

编译一波代码，在容器内创建一个文件

➜  dockerDemo git:(main) ✗ go build mydocker/main.go
➜  dockerDemo git:(main) ✗ ./main run -ti -v /root/volumn/test:/test sh
{"level":"info","msg":"memory cgroup path: /sys/fs/cgroup/memory/mydocker-cgroup","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"memory cgroup path: /sys/fs/cgroup/memory/mydocker-cgroup","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"all command is : sh","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"parent process run","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"init come on","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"current location: /home/lw/code/go/dockerDemo/mnt","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
{"level":"info","msg":"find path: /bin/sh","time":"2022-03-20T10:15:04+08:00"}
/ # ls
bin   dev   etc   home  main  proc  root  sys   test  tmp   usr   var
/ # touch /test/test.txt
/ # ls /test/
test.txt

我们新开一个sh看看宿主机的情况,可以看到文件在宿主机中也有

➜  ~ ls /root/volumn/test
test.txt

然后我们退出容器，可以看到当前运行目录下的文件已经被清理掉了

/ # exit
➜  dockerDemo git:(main) ✗ ll
总用量 4.6M
drwxr-xr-x 12 root root 4.0K 3月  17 06:17 busybox
drwxrwxr-x  2 lw   lw   4.0K 3月  18 20:45 docs
drwxrwxr-x  3 lw   lw   4.0K 3月   7 04:55 example
-rw-rw-r--  1 lw   lw    382 3月  12 10:18 go.mod
-rw-rw-r--  1 lw   lw   2.0K 3月  12 10:18 go.sum
-rw-rw-r--  1 lw   lw    12K 3月  12 10:18 LICENSE
-rwxr-xr-x  1 root root 4.6M 3月  20 10:15 main
drwxrwxr-x  6 lw   lw   4.0K 3月  12 10:20 mydocker
-rw-rw-r--  1 lw   lw    473 3月  12 10:18 README.md

我们再次去查看宿主机的文件，发现依旧存在，目的达成

➜  ~ ls /root/volumn/test
test.txt