docker with devicemapper storage driver

storage driver的选择依据很多的条件，比如发行版版本，团队技术积累，稳定性等。
device mapper是redhat/centos中最适合的， 稳定性也可以，内核原生支持，基于块设备，对于高负载情况下可以性能较好，支持quota。
缺点是：占用内存较多，启动同一个镜像的多个实例，需要多次加载并在内存中保存多个实例的信息，在高密度的情况下不适用；在小文件的情况下性能不如aufs,overlay。
接下里我们就对device mappper做个剖析。

Device Mapper介绍

首先请看：Linux 内核中的 Device Mapper 机制

device mapper中允许有不同的target driver，docker结合使用了thin provisioning与snapshot两种技术，thin provisioning 就是一种对disk超配的机制，snapshot 是COW的机制。

根据device mapper Document，device mapper thin provisioning snapshot使用方式大概分为以下几步：

1. 准备data与metadata device，可以是实际的物理设备或LVM(loop-lvm 模式在生产环境一般不用)。data device用来存放实际的数据，metadata device 用来存储元数据信息。
2. 利用data，metadata device创建一个thin pool (即thinp): dmsetup create poolname --table "0 20971520 thin-pool $metadata_dev $data_dev $data_block_size $low_water_mark"
3. 创建对应的thinly-provisioned volume
4. 创建snapshots并mount

创建完成后可以通过dmsetup status看到相关信息，docker自己创建的thinpool信息如下:

[root@gaorong-pc ~]# dmsetup status 
vg_root-dmdata: 0 419430400 linear 
vg_root-dmmeta: 0 62914560 linear 
docker-253:2-812-pool: 0 419430400 thin-pool 65465 11492/4161600 581965/3276800 - rw no_discard_passdown queue_if_no_space - 
docker-253:2-812-1e1c90db3592bb7cca6df78a7f823db3ba53420640be5a4c62893bfbf6d2527b: 0 20971520 thin 236288 20971519
.....

可以看到有data, metadata device, thin pool, thin volume对象，其中thinpool的输出含义为: start_sector sector_num device_type transaction_id used_metadata_blocks/total_metadata_blocks used_data_blocks/total_data_blocks held_metadata_root ro|rw|out_of_data_space [no_]discard_passdown [error|queue]_if_no_space needs_check|- metadata_low_watermark 各个字段具体含义参见device mapper thin-provisioning

Device Mapper在docker中的应用

docker使用devicemapper storage driver会自动完成上述对象的创建，将image和conainer layer信息存储在thinpool中，并mount到/var/lib/docker/devicemapper/目录下暴露给container使用，其中metadata目录下包含了各个layer的snapshot的信息，他会为每个layer创建一个文件来记录信息，如下:

[root@gaorong-pc devicemapper]# cat metadata/1e1c90db3592bb7cca6df78a7f823db3ba53420640be5a4c62893bfbf6d2527b
{"device_id":32867，"size":10737418240,"transaction_id":65437,"initialized":false,"deleted":false}

容器的writable layer是在真正启动运行的时候active， 对应的thin volume才能被dmsetup status可见。可以参看这篇文章了解更多Docker内部存储结构（devicemapper）解析（下篇）

data目录包含了各个container的mountpoint， 可以df命令看到每个container的mount 信息。
thinpool的信息除了使用dmsetup指令查看外，也可以通过docker info直接输出：

[root@gaorong-pc ~]# docker info
Containers: 10
 Running: 4
 Paused: 0
 Stopped: 6
Images: 26
Server Version: 17.03.2-ce
Storage Driver: devicemapper
 Pool Name: docker-253:2-812-pool               
 Pool Blocksize: 65.54 kB
 Base Device Size: 10.74 GB
 Backing Filesystem: xfs
 Data file: /dev/vg_root/dmdata
 Metadata file: /dev/vg_root/dmmeta
 Data Space Used: 38.14 GB
 Data Space Total: 214.7 GB
 Data Space Available: 176.6 GB
 Metadata Space Used: 47.07 MB
 Metadata Space Total: 17.05 GB
 Metadata Space Available: 17 GB
 Thin Pool Minimum Free Space: 21.47 GB
 Udev Sync Supported: false
 Deferred Removal Enabled: false
 Deferred Deletion Enabled: false
 Deferred Deleted Device Count: 0
 Library Version: 1.02.82 (2013-10-04)
Logging Driver: json-file
Cgroup Driver: cgroupfs
........

注意其中 Thin Pool Minimum Free Space字段就是创建thinp时的$low_water_mark，它表示在当data device容量还剩下该阈值的时候就无法写入数据了，也就是docker info中 "Data Space Available"，"Thin Pool Minimum Free Space"两个字段相等时此时就无法写入数据了。
在docker的官方文档里有详细介绍： How the devicemapper storage driver works

refs

docker官方介绍：Use the Device Mapper storage driver
moby repo: devicemapper - a storage backend based on Device Mapper 包含docker info dm 各个字段含义
docker device mapper flag配置
DOCKER基础技术：DEVICEMAPPER 左耳朵耗子出品， 五颗星
剖析Docker文件系统：Aufs与Devicemapper
device mapper Document 必看其中的thin-provisioning, snapshot两章，包含一些底层的使用方式，与参数细节
dockercon 各种storage driver的使用: Deep dive into Docker storage drivers: video PPT

2019.3.10 update: 使用 Device Mapper来改变Docker容器的大小