[CKA] 53. Storage in Docker

Date

2025/01/24

Introduction

쿠버네티스와 같은 컨테이너 오케스트레이션 도구의 스토리지를 이해하려면, 스토리지가 컨테이너에서 어떻게 동작하는지부터 이해하는 편이 빠르다.

Docker에서의 스토리지 동작을 이해하면 Kubernetes의 PV/PVC 개념도 훨씬 수월하게 연결된다. 그래서 먼저 Docker의 스토리지 개념을 정리한다.

Storage Driver

Layered Architecture 유지, 쓰기 가능한 레이어 생성, Copy-on-Write 동작(복사/쓰기) 처리 등은 Storage Driver가 담당한다. Docker는 Storage Driver를 통해 계층화된 아키텍처를 활성화한다.

Drivers

일반적인 Storage Driver는 다음과 같다.

•

AUFS

•

ZFS

•

BTRFS

•

Device Mapper

•

Overlay

•

Overlay2

Docker는 운영체제에 따라 사용 가능한 최적의 스토리지 드라이버를 자동으로 선택하지만, 각 Storage Driver마다 성능과 안정성 특성이 다르므로 애플리케이션과 조직의 요구사항에 맞는 드라이버를 선택할 수 있다.

File System

도커(Docker)는 기본적으로 이미지/컨테이너/볼륨과 관련된 데이터를 Docker data-root 아래에 저장하며, 일반적인 기본 경로는 /var/lib/docker이다(환경에 따라 변경 가능).

이 폴더는 도커가 “데이터”를 저장하는 곳이며, containers, image, volumes 등의 하위 디렉토리를 갖는다. 여기서 말하는 데이터란 Docker Host에서 실행되는 이미지 및 컨테이너와 관련된 파일을 의미한다.

Layered Architecture

도커는 이미지와 컨테이너의 파일을 계층형 아키텍처로 저장한다.

Image Layer

도커는 이미지를 빌드할 때 레이어 구조를 사용한다. Dockerfile의 각 명령어는 이전 레이어의 변경 사항만 포함하여 새로운 레이어를 생성한다.

참고: Container & Image

FROM Ubuntu
RUN apt-get update && apt-get -y install python
RUN pip install flask flask-mysql
COPY . /opt/source-code
ENTRYPOINT FLASK_APP=/opt/source-code/app.py flask fun
Docker
복사

•

Layer 1 - 기본 Ubuntu 운영 체제

•

Layer2 - apt 패키지 설치

•

Layer3 - python 패키지 설치

•

Layer4 - 소스 코드 복사

•

Layer5 - 엔트리포인트 업데이트 

각 레이어는 이전 레이어 대비 변경 사항만 저장한다. 이 구조 덕에 이미지 캐시가 가능하고, 전체 이미지 크기도 효율적으로 관리된다.

Container Layer

이미지 레이어는 docker build 명령어를 통해 빌드가 완료되면 수정할 수 없는 읽기 전용(read-only)이다. 레이어를 수정하기 위해서는 새로 빌드해야 한다.

이 이미지 기반으로 docker run을 수행하면, 도커는 이미지 레이어 위에 쓰기 가능한(writable) 파일 시스템을 추가해서 컨테이너를 실행한다.

해당 쓰기 가능 레이어를 컨테이너 레이어(Container Layer)라고 하자. 컨테이너 레이어는 해당 컨테이너만 갖는 레이어로, 컨테이너와 같은 생명 주기를 가진다. 따라서 컨테이너에서의 모든 변경 사항은 해당 컨테이너에만 적용되며, 기본 이미지 레이어는 유지된다. 이로 인해 여러 컨테이너가 동일한 이미지를 공유하면서도 독립적으로 작동할 수 있다.

Copy-On-Write Mechanism

읽기 전용인 이미지 레이어의 코드를 수정하고 싶다면 어떻게 해야할까? 읽기 전용이므로 수정이 불가능한가?

도커는 이미지 레이어의 파일을 자동으로 컨테이너 레이어로 복사하고 그 복사본을 수정한다. 이 동작을 Copy-on-Write라고 한다. 이로 인해 이미지 자체는 수정되지 않고, 해당 컨테이너에서만 변화를 줄 수 있다.

Volume Drivers

볼륨은 Storage Driver가 처리하지 않고 Volume Driver Plugin에 의해 처리되며, 기본 볼륨 드라이버 플러그인은 로컬이다. 써드 파티 볼륨 드라이버 플러그인들이 다양하게 있으며 그 예시는 다음과 같다:

•

Azure File Storage

•

Convoy

•

DigitalOcean Block Storage

•

Flocker

•

gce-docker

•

GlusterFS

•

NetApp

•

RexRay

•

Portworx

•

VMware vSphere Storage 

Volumes

컨테이너 레이어는 컨테이너 생명 주기와 같기 때문에, 컨테이너를 삭제하거나 재생성하면 컨테이너 레이어의 데이터는 유지되지 않는다.

데이터 영속성을 위해 볼륨(Volume)을 사용할 수 있으며, 볼륨을 통해 컨테이너가 종료되더라도 데이터를 유지할 수 있다.

Create Volume

# docker volume create <volume_name>
docker volume create data_volume
Bash
복사

볼륨을 생성하면 Docker data-root 하위(일반적으로 /var/lib/docker/volumes)에 볼륨 디렉토리가 생성된다.

Volume Mounting

# docker run -v <volume_name>:<container_path_for_mount> <image_name>
docker run -v data_volume:/var/lib/mysql mysql
Bash
복사

도커가 관리하는 named volume을 컨테이너 경로에 마운트하는 방식이다.

Bind Mounting

# docker run -v <volume_path>:<container_path_for_mount> <image_name>
docker run -v /data/mysql:/var/lib/mysql mysql

# docker run --mount type=bind,source=<host_path>,target=<container_path_for_mount> <image_name>
docker run --mount type=bind,source=/data/mysql,target=/var/lib/mysql mysql
Bash
복사

Docker의 기본 볼륨 경로가 아닌 호스트의 특정 경로를 컨테이너에 직접 연결하는 방식이다. 즉, 호스트 파일시스템의 경로가 그대로 마운트된다.

Storage Provider

볼륨 드라이버 중 일부는 다양한 Storage Provider를 지원한다. 예를 들어, RexRay 스토리지 드라이버를 사용하여 AWS EBS, S3나 Google Persistent Disk 또는 OpenStack Cinder를 프로비저닝할 수 있다.

Docker 컨테이너를 실행할 때 rexray/ebs와 같은 특정 볼륨 드라이버를 사용하여 AWS EBS에서 볼륨을 프로비저닝하도록 할 수 있다.

docker run -it \
	--name mysql
	--volume-driver rexray/ebs
	--mount src=ebs-vol,target=/var/lib/mysql
	mysql
Bash
복사