[Docker] Storage driver & 데이터 관리

whatSup CheatSheet·2022년 9월 29일

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Storage driver

도커는 UFS(Union File System)기반의 Storage driver를 사용하여 컨테이너와 이미지를 관리합니다.
UFS(Union File System)이란?
- 하나의 디렉토리 위치에 여러 개의 디렉토리를 마운트하여도, 하나의 통합된 디렉토리처럼 보이게 하는 방법
  (원래는 기존 디렉토리 위치에 새로운 파일 시스템을 마운트하면 새롭게 마운트된 내용만 보이게 됨)
- UFS에서 사용하는 주요 개념으로 Image Layer와 CoW가 있습니다.
도커를 통해 Image Layer의 구조를 알아봅시다.
- 위 그림에서 하단에는 Read Only의 이미지 레이어가 존재합니다.
- 위 그림에서 상단에는 Writable한 컨테이너 레이어가 존재합니다.
이러한 Image Layer는 효율적으로 하나의 도커 이미지로 여러 개의 컨테이너를 생성하고, 각 컨테이너를 사용자의 입맛에 맞게 관리할 수 있게 해줍니다.
Read Only의 이미지 레이어와 Writable한 컨테이너 레이어와의 Union으로 최종 컨테이너들을 생성하는식으로 말이죠.
즉, 이미지를 레이어 형식으로 쌓는다고 하여 Image Layer라고 부릅니다.

이제 효울적인 Write를 위한 CoW 전략에 대해서 알아봅시다.

CoW(Copy on Write), RoW(Redirect on Write) 전략

이미지 출처

다음 이미지와 같이 Process1은 physical memory로부터 page A, B, C를 사용하고 있습니다.
이때, page A, B, C에 대해 읽기 작업을 수행하는 새로운 Process 2가 생성된다면, 다음 그림처럼 Process 2는 그저 physical memory에 접근하여 파일들의 내용을 그저 읽으면 됩니다.
그러나 process가 기존 파일들에 쓰기 작업을 해야 할 경우, 상황이 조금 달라집니다. 원본 파일을 유지하면서 쓰기를 저장할 수 있어야 하기 때문입니다.
이를 해결하기 위해, 쓰기 요청을 수행해야 할 경우에는 다음 그림처럼 physical memory에서 원본 파일을 복사(Read & Write)한 뒤 요청을 반영하게 됩니다. 이것이 바로 Copy on Write 전략입니다.
RoW는 CoW와 비슷하지만, 쓰기 작업 시 Copy(Read & Write)를 하는 것이 아니라, 변경점만을 저장(Write)한다는 차이가 있습니다. 따라서 CoW와는 다르게 한 번의 쓰기 작업만 일어납니다.
이제 위에서 살펴봤던 도커 storage driver의 구조를 다시 한 번 보겠습니다.
- 도커에서 아래 Image Layer들은 위 예시에서 '원본 파일'에 해당합니다.
- 만약 새로운 컨테이너를 생성하는 등 변경사항이 생긴다면 Container Layer에 변경점을 저장하게 됩니다.
- 만약 변경된 내용으로 새로운 이미지를 build하게 된다면, 원본 파일 + 변경점이 하나의 원본 파일(layer)이 될 것입니다.
도커는 드라이버에 따라 CoW 또는 RoW 개념을 사용합니다. 이제 도커에서 사용하는 Union FileSystem을 지원하는 대표적인 드라이버(AUFS, OverlayFS)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
- 더 많은 드라이버에 대한 정보 👉 공식 문서

AUFS Driver

AUFS는 Container에서 원본 파일을 변경해야 한다면, 컨테이너 레이어로 전체 파일을 복사하고, 이 파일을 변경함으로써 변경사항을 반영합니다.
이미지 레이어는 계층형태로 되어있으며, 복사할 파일을 찾기 위해 가장 위의 레이어부터 찾기 시작하게 됩니다. 따라서 복사할 파일이 이미지 레이어의 아래쪽에 있다면, 시간이 더 오래걸릴 수 있습니다.

OverlayFS Driver

OverlayFS는 AUFS와 비슷한 원리로 동작하지만, 이미지 레이어에 계층이 없는 구조로 되어있습니다.
(overlay2는 현재 지원되는 모든 Linux배포판에 대해 선호되는 스토리지 드라이버입니다.)
AUFS와 유사하게 (파일 변경점에 대해)lowedir(이미지 레이어)에 존재하는 file을 upperdir에 복사하여 사용합니다.
- 그러나 AUFS와는 다르게 계층화된 레이어 구조가 아니기 때문에 복사할 파일을 찾는 과정이 AUFS보다 빠릅니다.
- upperdir에는 container에서 발생한 변경 사항을 담고 있습니다(overlayfile 파일이 존재).
docker diff 명령어를 통해, lowerdir로부터 upperdir에 어떤 변화가 있었는지를 확인할 수 있습니다.
- A: 추가됨
- C: 변경됨
- D: 삭제됨

도커에서의 데이터 관리

기본적으로 도커 컨테이너 내부에서 생성된 모든 파일은 writable한 컨테이너 레이어에 저장됩니다.
그러나 해당 컨테이너 레이어가 더 이상 존재하지 않게 되면, 데이터 또한 유지되지 않습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 도커는 호스트 시스템에 파일을 저장할 수 있는 두 가지 옵션과 호스트 시스템의 메모리에 파일을 저장하는 한 가지 옵션을 제공하고 있습니다.

docker 마운트 타입

bind

-v </host/directory>:</container/directory>

호스트가 선언한 디렉토리가 컨테이너에 마운트됩니다.
- 사용자가 원하는 경로를 지정할 수 있으나, 디렉토리 경로가 분산되어 관리가 어려워질 수 있습니다.
- 컨테이너에서 실행되는 프로세스를 통해 호스트 파일 시스템을 변경할 수 있습니다. 이는 호스트 보안에 영향을 미칠 수 있습니다.
:<ro 혹은 rw>을 붙여서 사용하여 '읽기 전용' or '쓰기 가능'의 권한을 설정할 수 있습니다.
- ex) -v /host/name:/container/directory:ro

volume

-v <volume-name>:</container/directory>

Docker에서 관리하는 호스트 파일 시스템에 저장됩니다.
- ex. 리눅스: /var/lib/docker/volumes/
- 도커 공식 문서에서는 volume이 도커에서 데이터를 관리하는 가장 좋은 방법이라고 말하고 있습니다.
커맨드
- 볼륨 생성 : docker volume create <volume-name>
- 볼륨 확인 : docker volume ls
- 볼륨 정보 : docker volume inspect <volume-name>
- 볼륨 삭제 : docker volume rm <volume-name>
:<ro 혹은 rw>을 붙여서 사용하여 '읽기 전용' or '쓰기 가능'의 권한을 설정할 수 있습니다.
- ex) -v volume-name:/container/directory:ro