linux 发行版中在容器内访问热插拔 U 盘的分区内容

linux 发行版中动态映射 U 盘挂载到 docker 容器中

前言

在 UOS 如何实现自动将 U 盘挂载到指定目录中？这篇文章中，我描述了 UOS 自动挂载 U 盘到指定目录的方式，现有的发行版处理逻辑大致相同。

当挂载位置确定后，容器内的业务逻辑要访问 U 盘分区中的内容，看上去只需要映射宿主机目录到容器内就万事大吉了，实际测试却发现这种方式存在一个严重的问题，最后使用了 docker volume 来实现此需求，在本文中记录一下。

需求描述

项目功能开发需要支持当 U 盘插入时自动将 U 盘挂载到某个业务文件夹中在 docker 容器内进行访问，需要调研实现方式。

现有实现

1. -v 映射宿主机目录方式

操作方法

在 docker 容器创建时映射 U 盘挂载目录的上级目录，在这个场景中其位置是 /media/user。

测试情况与存在的问题

1. 容器启动前 U 盘成功挂载，容器启动后能够在容器内看到 U 盘分区内容
2. 容器启动后热插拔 U 盘，宿主机能够看到 U 盘挂载目录下的文件，容器内看不到，观察发现容器内部看到的目录跟宿主机上的目录不是同一个

2. 创建 volume 映射宿主机目录的尝试

操作方法

1. 执行 docker volume 创建一个 bind 到 /media/user 的 docker 卷
2. 容器创建时映射上述 docker 卷

测试情况与存在的问题

1. 容器启动后，动态插拔 U 盘，能够在容器内观察到 U 盘挂载目录的创建与移除，创建后能够正常看到分区内容
2. U 盘成功挂载后再启动容器，容器内看不到 U 盘挂载分区内容，宿主机中可以正常看到
3. 容器启动后挂载 U 盘，能够正常访问分区内容，此时退出容器，U 盘被 docker 自动卸载，此后 docker volume 异常，容器内无法访问 U 盘分区内容，重新删除、创建 docker volume 部署容器后恢复

docker volume 容器退出自动卸载问题分析

此问题是 docker 自身的逻辑，这个逻辑在我们的场景中带来的问题是 docker 容器内再也无法正常访问 U 盘挂载目录，那有什么方式能解决此问题呢？
下班路上突发奇想，如果有两个容器同时映射了同一个 docker volume，那其中一个退出另外一个在运行， docker 是否还会卸载 U 盘？
我的答案是不会，因为如果是这样的行为，那就对正常运行的容器功能造成了影响，实现侧可能实现为一个 reference，只有当没有人引用时才会卸载。
测试了下确实是这样的效果，于是创建了一个 docker 服务自动启动的最简容器，此容器映射了我们创建的 docker volume，此时业务容器退出也不会影响卷本身，这个容器的目的就是增加引用计数，就这样不完美的解决了这个问题。

volume vs 映射宿主机目录

虽然问题得到了解决，但是对于内部的原理并没有太多了解。不禁要问 volume 与直接映射宿主机目录的差别在哪里？
从观察到的现象上我发现有如下两点要素：

1. 直接映射宿主机目录是静态的，容器启动前有目录内容，启动后就有目录内容，容器启动后，目录内动态的挂载，挂载后的新目录并不会映射到容器内
2. docker volume 是动态的，需要有挂载与卸载的动作来触发 volume 动态映射目录，如果没有这个动作容器内也无法访问映射目录

具体内部原理还需要进一步研究，解决此问题已经绰绰有余。

原理：linux 内核 shared subtrees 特性

在本文描述的问题中，无论是使用 docker -v 映射宿主机目录还是 volume，都将宿主机上的特定目录 bind 到了容器中使用。在 U 盘动态插拔时，会在 bind 的目录下面触发挂载，它们两者最大的区别是对挂载后的新目录树处理不一样。
这实际是跟 mount bind shared subtrees 特性有关系。shared subtrees 允许在命名空间之间自动、可控地传播挂载和卸载事件。shared subtrees 有几种不同的挂载属性，如 shared mount、slave mount、private mount、unbindable mount，不同的属性有不同的效果。
更多信息可以访问 https://segmentfault.com/a/1190000006899213。

总结

对某些技术原理的欠缺容易造成错误的判断，误认为它应该是怎么样，实际测试却发现它不是那样。有时候觉得问题已经无解了，其实只是自己对技术的掌握度相对欠缺不容易想到新的解决方案，此时应该跟同事讨论，看看大家有没有啥新的点子，对这些点子大胆尝试可能会有意料之外的结果。

参考链接

https://segmentfault.com/a/1190000006899213
https://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/sharesubtree.txt