مقدمه: ضرورت پایداری داده‌ها در دنیای کانتینرها

در اکوسیستم توسعه و استقرار نرم‌افزار مدرن، کانتینرها، به ویژه با ظهور داکر، به یک استاندارد دوفاکتو تبدیل شده‌اند. کانتینرها به دلیل ایزوله‌سازی، قابلیت حمل بالا و تکرارپذیری، فرآیند توسعه و عملیات (DevOps) را متحول کرده‌اند. اما با وجود تمام مزایای بی‌شمار کانتینرها، یک چالش اساسی همواره پایداری و ماندگاری داده‌ها بوده است. به طور پیش‌فرض، کانتینرها بدون حالت (stateless) طراحی شده‌اند؛ به این معنی که هرگونه داده‌ای که درون یک کانتینر ایجاد یا تغییر می‌یابد، به محض توقف یا حذف آن کانتینر از بین می‌رود. این رفتار برای بسیاری از انواع برنامه‌ها، مانند وب‌سرویس‌های API بدون حالت یا کارهای پردازشی کوتاه‌مدت، ایده‌آل است. اما برای برنامه‌هایی که نیاز به ذخیره‌سازی اطلاعات حیاتی و دائمی دارند، مانند پایگاه‌های داده، سیستم‌های مدیریت محتوا (CMS)، یا هر برنامه‌ای که داده‌های کاربر را تولید یا پردازش می‌کند، یک مکانیسم قوی برای پایداری داده‌ها ضروری است.

تصور کنید یک پایگاه داده PostgreSQL را در یک کانتینر داکر اجرا می‌کنید. اگر تمام داده‌های پایگاه داده درون کانتینر ذخیره شوند و کانتینر به هر دلیلی بازسازی یا حذف شود، تمام اطلاعات مشتریان، سفارشات و سوابق حیاتی شرکت شما از بین خواهد رفت. این سناریو به وضوح نشان‌دهنده لزوم جدا کردن ذخیره‌سازی داده‌ها از چرخه حیات کانتینر است. داکر برای حل این مشکل، مکانیزم‌های قدرتمندی را برای ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها ارائه می‌دهد که دو مورد از مهم‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها Volumes و Bind Mounts هستند. این مکانیزم‌ها به کانتینرها اجازه می‌دهند تا داده‌ها را در خارج از سیستم فایل داخلی خود ذخیره کنند، به طوری که حتی پس از حذف کانتینر نیز داده‌ها پابرجا بمانند و در صورت نیاز، کانتینرهای جدید بتوانند به آن‌ها دسترسی پیدا کنند.

ابزار Docker Compose، که برای تعریف و اجرای برنامه‌های چندکانتینری داکر استفاده می‌شود، نقش کلیدی در مدیریت این مکانیزم‌های ذخیره‌سازی ایفا می‌کند. با استفاده از Docker Compose، می‌توانیم به راحتی Volumes و Bind Mounts را برای سرویس‌های مختلف در فایل docker-compose.yml تعریف و پیکربندی کنیم، که این امر مدیریت و ارکستراسیون برنامه‌های پیچیده را به مراتب ساده‌تر می‌کند. در این مقاله تخصصی، به تفصیل به بررسی هر دو مفهوم Volumes و Bind Mounts می‌پردازیم، تفاوت‌های کلیدی آن‌ها را روشن می‌کنیم، موارد استفاده هر یک را با مثال‌های عملی توضیح می‌دهیم و بهترین شیوه‌ها برای پیاده‌سازی ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها در محیط‌های توسعه و تولید با Docker Compose را ارائه خواهیم داد. هدف این است که به شما در انتخاب صحیح و پیاده‌سازی بهینه مکانیزم ذخیره‌سازی داده برای نیازهای خاص پروژه‌هایتان کمک کنیم.

پایه و اساس ذخیره‌سازی داده در Docker: مروری بر مکانیزم‌ها

قبل از اینکه به جزئیات Volumes و Bind Mounts در Docker Compose بپردازیم، درک کلی از نحوه مدیریت داده‌ها توسط داکر ضروری است. داکر سه روش اصلی برای ماندگار کردن داده‌ها ارائه می‌دهد که هر یک برای سناریوهای خاصی مناسب هستند:

1. Volumes: این روش بهترین شیوه (best practice) برای ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها در کانتینرهاست. Volumeها توسط داکر مدیریت می‌شوند و بر روی یک بخش خاصی از سیستم فایل هاست ذخیره می‌گردند. داکر به طور کامل چرخه حیات و دسترسی به این Volumeها را کنترل می‌کند.
2. Bind Mounts: این روش به شما اجازه می‌دهد تا هر فایل یا دایرکتوری موجود بر روی سیستم فایل هاست را مستقیماً به کانتینر متصل کنید. در این حالت، مسئولیت مدیریت مکان و محتوای داده‌ها به عهده کاربر است، نه داکر. Bind Mounts بیشتر برای توسعه محلی و دسترسی به فایل‌های پیکربندی سیستم هاست استفاده می‌شوند.
3. Tmpfs Mounts: این نوع Mount داده‌ها را در حافظه رم هاست ذخیره می‌کند و به هیچ وجه پایدار نیستند. به محض توقف کانتینر، داده‌ها از بین می‌روند. این روش برای ذخیره‌سازی داده‌های موقت و حساس که نیازی به ماندگاری ندارند، مانند کش‌ها یا اطلاعات احراز هویت که نباید روی دیسک نوشته شوند، مفید است. در این مقاله تمرکز اصلی ما بر روی Volumes و Bind Mounts به دلیل ماهیت پایدار آن‌ها خواهد بود.

هر کانتینر دارای یک سیستم فایل قابل نوشتن (writable layer) است که به طور پیش‌فرض داده‌های موقت را ذخیره می‌کند. اما همانطور که اشاره شد، این لایه با حذف کانتینر ناپدید می‌شود. Volumes و Bind Mounts این محدودیت را از بین می‌برند و به کانتینرها اجازه می‌دهند تا به داده‌هایی دسترسی پیدا کنند که خارج از لایه قابل نوشتن کانتینر و مستقل از چرخه حیات آن هستند. این استقلال به ما اطمینان می‌دهد که حتی اگر کانتینری خراب شود، حذف شود یا به روز رسانی گردد، داده‌های حیاتی برنامه ما دست نخورده باقی می‌مانند و می‌توانند توسط یک کانتینر جدید مورد استفاده قرار گیرند.

استفاده از Docker Compose برای مدیریت این مکانیزم‌ها، فرآیند را به طرز چشمگیری ساده می‌کند. به جای اینکه برای هر کانتینر به صورت جداگانه دستورات پیچیده داکر را اجرا کنیم، می‌توانیم تمام تنظیمات مربوط به Volumes و Bind Mounts را به صورت اظهاری (declarative) در یک فایل docker-compose.yml تعریف کنیم. این فایل به عنوان یک طرح (blueprint) برای کل برنامه شما عمل می‌کند و تضمین می‌کند که محیط توسعه و تولید شما سازگار و قابل تکرار باشد.

Volumes در Docker Compose: مدیریت داده با انتزاع بالا

Volumes بهترین و توصیه شده‌ترین روش برای ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها در داکر و Docker Compose هستند. Volumeها کاملاً توسط داکر مدیریت می‌شوند؛ به این معنی که داکر مسئول ایجاد، مکان‌یابی، و فراهم آوردن دسترسی کانتینرها به آن‌ها است. این انتزاع بالا به شما این امکان را می‌دهد که نگران جزئیات سیستم فایل هاست نباشید و صرفاً بر روی نیازهای ذخیره‌سازی برنامه خود تمرکز کنید.

ویژگی‌های کلیدی Volumes:

• مدیریت توسط داکر: داکر مکان Volumeها را روی سیستم فایل هاست (معمولاً در /var/lib/docker/volumes/ در لینوکس) کنترل می‌کند و شما نیازی به دانستن مکان دقیق آن ندارید. این باعث می‌شود Volumeها قابل حمل‌تر باشند.
• استقلال از چرخه حیات کانتینر: Volumeها به طور جداگانه از کانتینرها ایجاد می‌شوند و حتی پس از حذف کانتینری که از آن‌ها استفاده می‌کرده است، پابرجا می‌مانند. این ویژگی برای ماندگاری داده‌ها بسیار حیاتی است.
• امکان پشتیبان‌گیری و انتقال آسان: از آنجا که Volumeها در یک مکان مشخص روی هاست قرار دارند و توسط داکر قابل مدیریت هستند، پشتیبان‌گیری و انتقال آن‌ها به هاست‌های دیگر نسبتاً آسان‌تر است.
• اشتراک‌گذاری بین کانتینرها: چندین کانتینر می‌توانند به طور همزمان به یک Volume متصل شوند و داده‌ها را به اشتراک بگذارند.
• عملکرد بالا: Volumeها معمولاً عملکرد I/O بهتری نسبت به Bind Mounts در برخی سناریوها ارائه می‌دهند، به خصوص در مواردی که نیاز به جلوگیری از سربار بالای سیستم فایل هاست باشد.
• امنیت: Volumeها به طور پیش‌فرض دارای مجوزهای مناسب هستند و دسترسی کانتینرها به آن‌ها توسط داکر کنترل می‌شود، که امنیت بیشتری را فراهم می‌کند.

انواع Volumes:

1. Named Volumes (Volumeهای نام‌گذاری شده): این‌ها رایج‌ترین نوع Volume هستند و با یک نام مشخص تعریف می‌شوند (مثلاً my_data). داکر آن‌ها را ایجاد و مدیریت می‌کند. Named Volumes برای داده‌های پایدار مانند پایگاه‌های داده ایده‌آل هستند.
2. Anonymous Volumes (Volumeهای بی‌نام): این Volumeها نامی مشخص ندارند و داکر یک UUID تصادفی برای آن‌ها تولید می‌کند. اگرچه آن‌ها نیز داده‌ها را پایدار نگه می‌دارند، اما مدیریت و ارجاع به آن‌ها دشوارتر است و معمولاً کمتر توصیه می‌شوند.

تعریف Volumes در Docker Compose:

برای استفاده از Volumes در Docker Compose، دو مرحله اصلی وجود دارد:

1. تعریف Volume در سطح بالای فایل docker-compose.yml: این کار با اضافه کردن بخش volumes: در انتهای فایل انجام می‌شود. در این بخش، Named Volumes را تعریف می‌کنیم.
2. ارجاع به Volume در سرویس (Service): در بخش services:، زیر سرویس مورد نظر، با استفاده از کلید volumes:، Volume تعریف شده را به یک مسیر مشخص درون کانتینر متصل می‌کنیم.

مثال عملی: راه‌اندازی یک پایگاه داده PostgreSQL با Named Volume

version: '3.8'

services:
  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_DB: mydatabase
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
    ports:
      - "5432:5432"
    volumes:
      - db_data:/var/lib/postgresql/data
    restart: always

volumes:
  db_data:
    # Optional: You can specify a driver, e.g., for network file systems
    # driver: local
    # driver_opts:
    #   type: nfs
    #   o: addr=192.168.1.1,rw
    #   device: :/path/to/nfs/share

در این مثال:

• در بخش volumes: در انتهای فایل، یک Volume به نام db_data تعریف کرده‌ایم.
• در سرویس db، با استفاده از db_data:/var/lib/postgresql/data، این Volume را به مسیر پیش‌فرض ذخیره‌سازی داده‌های PostgreSQL در داخل کانتینر متصل کرده‌ایم. این بدان معنی است که تمام داده‌های پایگاه داده (مانند جداول، رکوردها و…) در Volume db_data ذخیره می‌شوند.
• حتی اگر کانتینر db متوقف یا حذف شود و دوباره راه‌اندازی گردد، داده‌های پایگاه داده از دست نمی‌روند زیرا در db_data به صورت پایدار ذخیره شده‌اند.

پشتیبان‌گیری و بازیابی Volumes:

از آنجا که Volumeها به صورت دایرکتوری روی سیستم فایل هاست قرار دارند، می‌توان با استفاده از یک کانتینر موقت، از آن‌ها پشتیبان‌گیری کرد. به عنوان مثال:

docker run --rm --volumes-from your_db_container -v $(pwd):/backup ubuntu tar cvf /backup/backup.tar /var/lib/postgresql/data

این دستور یک کانتینر موقت اوبونتو را اجرا می‌کند، به Volume مربوط به کانتینر پایگاه داده شما (your_db_container) دسترسی پیدا می‌کند و محتویات مسیر داده‌ها را به یک فایل backup.tar در دایرکتوری فعلی هاست شما کپی می‌کند. برای بازیابی، می‌توانید همین فرآیند را به صورت معکوس انجام دهید.

Volume Drivers:

داکر به شما اجازه می‌دهد تا از Volume Drivers برای ذخیره‌سازی Volumeها در سیستم‌های ذخیره‌سازی مختلف استفاده کنید، از جمله:

• local (پیش‌فرض): Volume را روی دیسک محلی هاست ذخیره می‌کند.
• nfs, azurefile, rex-ray و غیره: در محیط‌های ابری یا توزیع‌شده، می‌توانید از درایورهای Volume برای ذخیره‌سازی داده‌ها بر روی سیستم‌های فایل شبکه‌ای (NFS)، فضای ذخیره‌سازی ابری (Azure Files, AWS EBS) یا سیستم‌های ذخیره‌سازی توزیع‌شده استفاده کنید. این قابلیت برای سناریوهای تولید و HA (High Availability) بسیار مهم است.

به طور خلاصه، Volumes راه حل مطمئن، منعطف و پایدار برای مدیریت داده‌ها در برنامه‌های کانتینری هستند. با استفاده از Named Volumes در Docker Compose، می‌توانید به راحتی داده‌های حیاتی برنامه خود را از چرخه حیات کانتینرها جدا کرده و از ماندگاری و امنیت آن‌ها اطمینان حاصل کنید.

Bind Mounts در Docker Compose: انعطاف‌پذیری و کنترل مستقیم

Bind Mounts یک روش قدرتمند و انعطاف‌پذیر دیگر برای ماندگار کردن داده‌ها و اشتراک‌گذاری فایل‌ها بین هاست و کانتینرها در داکر هستند. برخلاف Volumes که توسط داکر مدیریت می‌شوند، Bind Mounts به شما اجازه می‌دهند تا یک فایل یا دایرکتوری مشخص از سیستم فایل هاست را به صورت مستقیم به یک مسیر مشخص در داخل کانتینر متصل کنید. این بدان معنی است که شما کنترل کامل بر روی مکان و محتوای داده‌ها در سیستم فایل هاست دارید.

ویژگی‌های کلیدی Bind Mounts:

• مدیریت توسط هاست: داکر هیچ کنترلی بر روی مکان یا چرخه حیات Bind Mounts ندارد. مکان و مدیریت داده‌ها تماماً بر عهده سیستم فایل هاست است.
• دسترسی مستقیم به فایل‌های هاست: می‌توانید به هر فایل یا دایرکتوری در هاست که مجوز دسترسی لازم را دارید، مستقیماً از داخل کانتینر دسترسی پیدا کنید.
• مناسب برای توسعه: Bind Mounts به ویژه در محیط‌های توسعه بسیار مفید هستند، زیرا به شما اجازه می‌دهند کد منبع پروژه خود را از هاست به کانتینر منتقل کنید. هر تغییری که در کد روی هاست ایجاد کنید، بلافاصله در کانتینر منعکس می‌شود و به شما امکان می‌دهد از ابزارهایی مانند hot-reloading استفاده کنید.
• مدیریت فایل‌های پیکربندی: برای مدیریت فایل‌های پیکربندی که باید بین هاست و کانتینر مشترک باشند یا نیاز به ویرایش دستی دارند، Bind Mounts بسیار مناسب هستند.
• عدم قابلیت حمل: از آنجا که Bind Mounts به مسیرهای خاصی در سیستم فایل هاست گره خورده‌اند، قابلیت حمل کمتری نسبت به Volumes دارند. اگر یک docker-compose.yml با Bind Mounts را به هاست دیگری منتقل کنید، باید مطمئن شوید که مسیرهای هاست در سیستم جدید نیز موجود و صحیح هستند.
• مسائل امنیتی و مجوزها: استفاده از Bind Mounts می‌تواند چالش‌هایی در مورد مجوزهای فایل و دایرکتوری (UID/GID) بین هاست و کانتینر ایجاد کند. همچنین، دسترسی کانتینر به بخش‌های وسیعی از سیستم فایل هاست می‌تواند خطرات امنیتی به همراه داشته باشد.

تعریف Bind Mounts در Docker Compose:

در Docker Compose، Bind Mounts را می‌توان با استفاده از کلید volumes: در بخش سرویس‌ها تعریف کرد، مشابه Volumes، اما با یک سینتکس متفاوت که مسیر هاست را مشخص می‌کند.

سینتکس پایه برای Bind Mount:

- <مسیر_روی_هاست>:<مسیر_در_کانتینر>

مثال عملی: توسعه یک برنامه Node.js با Hot-Reloading

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "3000:3000"
    volumes:
      - ./app:/usr/src/app
      - /usr/src/app/node_modules
    environment:
      NODE_ENV: development
    command: npm run dev

فرض کنید ساختار پروژه شما به این صورت است:

my-nodejs-app/
├── Dockerfile
├── docker-compose.yml
├── app/
│   ├── package.json
│   ├── index.js
│   └── ... (your application code)

در این مثال:

• ./app:/usr/src/app: این خط یک Bind Mount ایجاد می‌کند. دایرکتوری app در هاست (که در همان سطحی است که docker-compose.yml قرار دارد) به مسیر /usr/src/app در داخل کانتینر web متصل می‌شود. هر تغییری در فایل‌های .js یا package.json در هاست، بلافاصله در کانتینر منعکس خواهد شد.
• /usr/src/app/node_modules: این یک مورد خاص از Bind Mount است که به آن “named volume for a specific path” یا در واقع یک “Anonymous Volume” برای یک مسیر خاص گفته می‌شود. دلیل این کار این است که اگر node_modules را از هاست (که ممکن است وجود نداشته باشد یا حاوی ماژول‌های ناسازگار با محیط کانتینر باشد) به کانتینر Bind Mount کنیم، ممکن است مشکلات وابستگی ایجاد شود. با این کار، داکر یک Volume (Anonymous Volume) در این مسیر ایجاد می‌کند و ماژول‌های Node.js را مستقیماً در کانتینر نصب می‌کند، بدون اینکه با محتویات node_modules در هاست تداخل داشته باشد. این یک ترفند رایج برای جلوگیری از مشکل در توسعه Node.js/Python و غیره است.

سینتکس طولانی‌تر (Long Syntax) برای Bind Mounts:

Docker Compose همچنین یک سینتکس طولانی‌تر و صریح‌تر برای تعریف Mountها ارائه می‌دهد که انعطاف‌پذیری بیشتری در تنظیمات فراهم می‌کند:

services:
  web:
    # ...
    volumes:
      - type: bind
        source: ./app
        target: /usr/src/app
        read_only: false
      - type: volume # This is actually an anonymous volume for node_modules
        target: /usr/src/app/node_modules

• type: bind: نوع Mount را به صراحت bind مشخص می‌کند.
• source: ./app: مسیر مبدأ روی هاست را نشان می‌دهد.
• target: /usr/src/app: مسیر مقصد در داخل کانتینر را نشان می‌دهد.
• read_only: true: اگر این گزینه را true قرار دهید، کانتینر فقط می‌تواند از داده‌های Mount شده بخواند و قادر به نوشتن یا تغییر آن‌ها نخواهد بود. این برای فایل‌های پیکربندی که نباید توسط برنامه تغییر کنند، مفید است و امنیت را افزایش می‌دهد.

مسائل مربوط به مجوزها در Bind Mounts:

یکی از مشکلات رایج در استفاده از Bind Mounts، عدم تطابق مجوزهای فایل و دایرکتوری بین هاست و کانتینر است. اگر کاربر (UID/GID) که برنامه شما در کانتینر با آن اجرا می‌شود با کاربر (UID/GID) مالک فایل‌ها در هاست متفاوت باشد، ممکن است با خطاهای “permission denied” مواجه شوید. برای حل این مشکل می‌توانید:

• کاربر کانتینر را با استفاده از دستور USER در Dockerfile یا گزینه user: در docker-compose.yml تنظیم کنید تا با UID/GID فایل‌ها در هاست مطابقت داشته باشد.
• مطمئن شوید که دایرکتوری‌های Mount شده در هاست دارای مجوزهای کافی (مثلاً chmod -R 777 که البته در محیط تولید توصیه نمی‌شود) برای کاربر کانتینر هستند.

Bind Mounts ابزاری بسیار قدرتمند برای سناریوهای توسعه، تست و مدیریت فایل‌های پیکربندی هستند که نیاز به کنترل مستقیم بر روی سیستم فایل هاست را برآورده می‌کنند. با این حال، به دلیل چالش‌های مربوط به قابلیت حمل و مسائل امنیتی، برای داده‌های پایدار و حیاتی در محیط‌های تولید معمولاً Volumes گزینه بهتری محسوب می‌شوند.

مقایسه و انتخاب: Volume یا Bind Mount؟

انتخاب بین Volumes و Bind Mounts بستگی به سناریوی خاص شما و نیازهای پروژه دارد. هر دو مکانیزم برای ماندگار کردن داده‌ها طراحی شده‌اند، اما با فلسفه‌ها و موارد استفاده متفاوتی. درک تفاوت‌های آن‌ها برای اتخاذ تصمیم درست حیاتی است.

Volumes:

• مزایا:
  • مدیریت توسط داکر: داکر مکان ذخیره‌سازی را مدیریت می‌کند، که باعث می‌شود Volumeها قابل حمل‌تر و استفاده آسان‌تر در محیط‌های مختلف باشند. شما نگران جزئیات سیستم فایل هاست نیستید.
  • بهترین شیوه (Best Practice) برای داده‌های پایدار: برای ذخیره‌سازی داده‌های حیاتی و دائمی مانند پایگاه‌های داده، داده‌های برنامه‌ها و هر داده‌ای که باید مستقل از چرخه حیات کانتینر باقی بماند، توصیه می‌شود.
  • پشتیبان‌گیری و انتقال آسان‌تر: داکر ابزارهایی برای مدیریت و انتقال Volumeها فراهم می‌کند.
  • اشتراک‌گذاری امن: به راحتی می‌توان Volumeها را بین چندین کانتینر به اشتراک گذاشت.
  • Volume Drivers: قابلیت استفاده از سیستم‌های ذخیره‌سازی ابری یا شبکه‌ای را از طریق Volume Drivers فراهم می‌کند که برای محیط‌های تولیدی و مقیاس‌پذیر ضروری است.
  • عملکرد: در برخی موارد، به خصوص با Volume Drivers بهینه‌سازی شده، ممکن است عملکرد I/O بهتری ارائه دهند.
  • پاکسازی آسان: داکر می‌تواند Volumeهای بلااستفاده را پاکسازی کند.
• معایب:
  • عدم دسترسی مستقیم از هاست: دسترسی مستقیم و آسان به محتوای Volumeها از طریق سیستم فایل هاست (بدون استفاده از دستورات داکر) ممکن است دشوارتر باشد.
  • کمتر مناسب برای توسعه کد: برای توسعه برنامه‌ای که نیاز به تغییرات سریع در کد منبع و بازتاب فوری آن در کانتینر دارد، کمتر مناسب است.

Bind Mounts:

• مزایا:
  • کنترل مستقیم: شما کنترل کاملی بر روی مکان فایل‌ها در هاست دارید.
  • مناسب برای توسعه: ایده‌آل برای توسعه محلی، به ویژه زمانی که نیاز به Hot-Reloading کد منبع دارید. تغییرات در کد روی هاست بلافاصله در کانتینر قابل مشاهده است.
  • مدیریت فایل‌های پیکربندی: برای Mount کردن فایل‌های پیکربندی سیستم که نیاز به ویرایش دستی از هاست دارند، بسیار مفید است.
  • کاربرد در سناریوهای خاص: مثلاً برای Mount کردن سوکت‌های داکر (/var/run/docker.sock) یا فایل‌های لاگ خاص به یک کانتینر مانیتورینگ.
• معایب:
  • عدم قابلیت حمل: به مسیرهای مطلق یا نسبی در هاست وابسته هستند، بنابراین انتقال فایل docker-compose.yml به هاست دیگر نیاز به تنظیم مسیرها دارد.
  • مسائل امنیتی: به کانتینر اجازه دسترسی به قسمت‌هایی از سیستم فایل هاست را می‌دهد که ممکن است خطرات امنیتی ایجاد کند. مجوزهای فایل و دایرکتوری می‌توانند چالش‌برانگیز باشند.
  • عدم مدیریت توسط داکر: داکر هیچ کنترلی بر روی مکان ذخیره‌سازی یا چرخه حیات Bind Mounts ندارد. اگر فایل یا دایرکتوری در هاست حذف شود، کانتینر با مشکل مواجه می‌شود.
  • پشتیبان‌گیری و بازیابی پیچیده‌تر: نیاز به مدیریت دستی فایل‌ها در هاست برای پشتیبان‌گیری و بازیابی دارد.
  • عملکرد: در برخی موارد، به خصوص با Mount کردن تعداد زیادی فایل کوچک، ممکن است سربار I/O بیشتری نسبت به Volumes داشته باشند.

تصمیم‌گیری: چه زمانی از کدام استفاده کنیم؟

• برای داده‌های پایدار (پایگاه‌های داده، داده‌های برنامه‌ها، کش‌ها): Volume

  اگر برنامه شما نیاز به ذخیره‌سازی داده‌هایی دارد که باید پس از حذف یا بازسازی کانتینر پابرجا بمانند و یا نیاز به اشتراک‌گذاری بین کانتینرها دارند، Volumes بهترین انتخاب هستند. این شامل پایگاه‌های داده (PostgreSQL, MySQL, MongoDB)، داده‌های Redis، فایل‌های آپلود شده توسط کاربران در یک وب‌سایت (مانند وردپرس) و هر نوع داده‌ای می‌شود که “حالت” برنامه شما را تشکیل می‌دهد.

• برای توسعه محلی و Hot-Reloading: Bind Mount

  هنگامی که در حال توسعه یک برنامه هستید و می‌خواهید تغییرات کد منبع در هاست بلافاصله در کانتینر منعکس شود تا بتوانید بدون نیاز به بازسازی ایمیج، کد خود را تست کنید، Bind Mounts گزینه ایده‌آلی هستند.

• برای فایل‌های پیکربندی سیستمی یا حساس: Bind Mount (Read-Only)

  اگر نیاز به Mount کردن فایل‌های پیکربندی سیستمی یا سایر فایل‌هایی دارید که باید از هاست مدیریت شوند و نباید توسط کانتینر تغییر داده شوند (مانند گواهی‌های SSL)، می‌توانید از Bind Mounts با حالت فقط خواندنی (read_only: true) استفاده کنید تا امنیت را افزایش دهید.

• برای داده‌های موقت یا حساس که نباید روی دیسک ذخیره شوند: Tmpfs Mount

  برای داده‌هایی که نیازی به ماندگاری ندارند و حتی نباید روی دیسک نوشته شوند (مثلاً اطلاعات موقت جلسه، کش‌های غیرحیاتی، یا اطلاعات رمز عبور که فقط در حافظه نیاز هستند)، tmpfs مناسب است.

در بسیاری از پروژه‌ها، شما از ترکیبی از هر دو Volumes و Bind Mounts استفاده خواهید کرد. مثلاً برای پایگاه داده از Volume و برای کد منبع برنامه در حال توسعه از Bind Mount استفاده می‌کنید. کلید موفقیت، درک دقیق نیازهای ذخیره‌سازی هر جزء از برنامه و انتخاب مکانیزم مناسب برای آن است.

سناریوهای پیشرفته ذخیره‌سازی پایدار با Docker Compose

با درک اصول اولیه Volumes و Bind Mounts، می‌توانیم به سناریوهای پیچیده‌تر و کاربردی‌تر در Docker Compose نگاه کنیم که انعطاف‌پذیری و قدرت این ابزارها را به نمایش می‌گذارد.

۱. اشتراک‌گذاری داده‌ها بین چندین سرویس:

یکی از مزایای بزرگ Volumes، قابلیت اشتراک‌گذاری آن‌ها بین کانتینرهای مختلف است. این سناریو برای برنامه‌هایی که نیاز به دسترسی مشترک به یک مجموعه داده دارند، مانند یک کانتینر وب‌سرور و یک کانتینر پردازش فایل، بسیار مفید است.

مثال: یک وب‌سرور Nginx که فایل‌های استاتیک را از یک Volume مشترک با یک کانتینر ساخت (build) دریافت می‌کند.

version: '3.8'

services:
  web:
    image: nginx:alpine
    ports:
      - "80:80"
    volumes:
      - static_content:/usr/share/nginx/html:ro # Mount as read-only
    depends_on:
      - builder

  builder:
    image: busybox
    volumes:
      - static_content:/app_output
    command: sh -c "echo '
Hello from Docker Compose!
' > /app_output/index.html"

volumes:
  static_content:

در این مثال:

• static_content یک Named Volume است که بین دو سرویس web و builder به اشتراک گذاشته شده است.
• سرویس builder یک فایل index.html را در مسیر /app_output (که به static_content Mount شده) ایجاد می‌کند.
• سرویس web (Nginx) همان static_content را به مسیر /usr/share/nginx/html Mount می‌کند، اما به صورت فقط خواندنی (:ro). این تضمین می‌کند که Nginx می‌تواند فایل‌ها را سرویس‌دهی کند اما نمی‌تواند آن‌ها را تغییر دهد.

۲. استفاده از External Volumes (Volumeهای خارجی):

گاهی اوقات ممکن است بخواهید از Volumeهایی استفاده کنید که قبلاً خارج از Docker Compose ایجاد شده‌اند (مثلاً با دستور docker volume create) یا توسط سیستم‌های مدیریت Volume دیگر (مانند درایورهای NFS) مدیریت می‌شوند. این کار به شما امکان می‌دهد تا Volumeها را مستقل از چرخه حیات Docker Compose مدیریت کنید.

مثال: استفاده از یک Volume موجود به نام my_pre_existing_data

version: '3.8'

services:
  app:
    image: myapp:latest
    volumes:
      - my_pre_existing_data:/app/data

volumes:
  my_pre_existing_data:
    external: true

با تنظیم external: true، به Docker Compose می‌گویید که این Volume را ایجاد نکند، بلکه از یک Volume موجود با همین نام استفاده کند. اگر Volume با نام my_pre_existing_data وجود نداشته باشد، Docker Compose خطا می‌دهد.

۳. Read-Only Mounts برای افزایش امنیت:

همانطور که در مثال Nginx دیدیم، می‌توان Mountها را به صورت فقط خواندنی (:ro یا read_only: true) تنظیم کرد. این برای فایل‌های پیکربندی، گواهی‌ها، یا محتوای استاتیک که نباید توسط کانتینر تغییر کنند، بسیار مفید است. این کار یک لایه امنیتی اضافه می‌کند و از تغییرات ناخواسته یا مخرب جلوگیری می‌کند.

مثال: Mount کردن فایل پیکربندی Nginx به صورت فقط خواندنی

version: '3.8'

services:
  nginx:
    image: nginx:alpine
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
    ports:
      - "80:80"

در این حالت، کانتینر Nginx می‌تواند فایل nginx.conf را بخواند، اما نمی‌تواند آن را تغییر دهد.

۴. Data Migration و Backup با استفاده از کانتینرهای موقت:

همانطور که قبلاً اشاره شد، می‌توان از کانتینرهای موقت برای پشتیبان‌گیری یا انتقال داده‌های موجود در Volumeها استفاده کرد. این یک استراتژی قدرتمند برای مدیریت داده‌هاست.

مثال: پشتیبان‌گیری از Volume پایگاه داده PostgreSQL:

# Make sure your db_data volume is created and has data
# To create a backup:
docker run --rm \
  -v db_data:/var/lib/postgresql/data \
  -v $(pwd)/backups:/backup \
  ubuntu \
  tar -cvf /backup/db_backup_$(date +%Y%m%d).tar /var/lib/postgresql/data

# To restore from a backup:
# First, ensure the target volume (db_data) is empty or you want to overwrite it
# docker run --rm \
#   -v db_data:/var/lib/postgresql/data \
#   -v $(pwd)/backups:/backup \
#   ubuntu \
#   tar -xvf /backup/db_backup_YYYYMMDD.tar -C /

در این دستور، یک کانتینر ubuntu موقتی ایجاد می‌شود. Volume db_data و یک دایرکتوری backups در هاست به آن Mount می‌شوند. سپس با استفاده از tar، از محتویات Volume پشتیبان‌گیری شده و در دایرکتوری backups هاست ذخیره می‌شود.

۵. استفاده از Tmpfs Mounts برای داده‌های موقت:

برای داده‌های بسیار موقت که نیازی به پایداری روی دیسک ندارند (مانند اطلاعات session، کش‌های کوتاه‌مدت یا داده‌های حساس که نباید روی دیسک نوشته شوند)، tmpfs یک گزینه عالی است. tmpfs داده‌ها را در حافظه رم ذخیره می‌کند و به محض توقف کانتینر، داده‌ها از بین می‌روند.

مثال: استفاده از tmpfs برای مسیر /tmp کانتینر:

version: '3.8'

services:
  web_app:
    image: mywebapp:latest
    tmpfs:
      - /tmp:size=100M # Mount /tmp as a tmpfs with a maximum size of 100MB
    # Or using the long syntax under volumes:
    # volumes:
    #   - type: tmpfs
    #     target: /var/run/cache
    #     tmpfs:
    #       size: 50M

این کار می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد زیرا عملیات I/O روی دیسک را کاهش می‌دهد و امنیت را برای داده‌های حساس افزایش می‌دهد.

۶. سناریوی وردپرس با پایگاه داده MySQL:

یک مثال کلاسیک از ترکیب Volumes برای یک برنامه وب پیچیده‌تر، راه‌اندازی وردپرس با MySQL است.

version: '3.8'

services:
  db:
    image: mysql:8.0
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: root_password
      MYSQL_DATABASE: wordpress_db
      MYSQL_USER: wp_user
      MYSQL_PASSWORD: wp_password
    volumes:
      - db_data:/var/lib/mysql
    restart: always

  wordpress:
    image: wordpress:latest
    ports:
      - "8080:80"
    environment:
      WORDPRESS_DB_HOST: db:3306
      WORDPRESS_DB_USER: wp_user
      WORDPRESS_DB_PASSWORD: wp_password
      WORDPRESS_DB_NAME: wordpress_db
    volumes:
      - wordpress_data:/var/www/html
    restart: always
    depends_on:
      - db

volumes:
  db_data:
  wordpress_data:

در این مثال:

• db_data: یک Volume برای ذخیره داده‌های MySQL استفاده می‌شود تا پایگاه داده وردپرس پایدار بماند.
• wordpress_data: یک Volume دیگر برای ذخیره فایل‌های وردپرس (پلاگین‌ها، تم‌ها، آپلودها) استفاده می‌شود. این تضمین می‌کند که محتوای وب‌سایت وردپرس حتی اگر کانتینر وردپرس بازسازی شود، از بین نرود.

این سناریوهای پیشرفته نشان می‌دهند که چگونه با ترکیب هوشمندانه Volumes، Bind Mounts و حتی Tmpfs Mounts، می‌توان یک معماری ذخیره‌سازی داده قوی، پایدار و امن برای برنامه‌های کانتینری در Docker Compose ایجاد کرد.

امنیت و عملکرد در ذخیره‌سازی داده‌های کانتینری

ذخیره‌سازی داده‌ها در محیط کانتینری تنها به پایداری محدود نمی‌شود؛ جنبه‌های امنیتی و عملکردی نیز از اهمیت حیاتی برخوردارند. رویکرد نادرست می‌تواند منجر به آسیب‌پذیری‌های امنیتی، از دست دادن داده‌ها، و یا کاهش شدید عملکرد برنامه شود. در این بخش، به بررسی این ملاحظات مهم می‌پردازیم.

۱. ملاحظات امنیتی:

• مجوزهای فایل و دایرکتوری (Permissions):

  این یکی از رایج‌ترین منابع مشکل در Bind Mounts است. کانتینرها معمولاً برنامه‌ها را با یک کاربر غیر-root (مثلاً www-data برای Nginx یا Apache) اجرا می‌کنند. اگر فایل‌ها یا دایرکتوری‌هایی که به عنوان Bind Mount متصل شده‌اند، مجوزهای لازم برای این کاربر در هاست را نداشته باشند، کانتینر با خطای “Permission denied” مواجه خواهد شد. بهترین روش‌ها شامل:

  • ایجاد کاربر در Dockerfile با UID/GID مشابه با کاربر هاست که به دایرکتوری‌های Mount شده دسترسی دارد.
  • استفاده از دستور USER در Dockerfile برای اجرای برنامه با کاربر غیر-root.
  • برای Volumes، داکر معمولاً مجوزهای مناسب را به طور خودکار تنظیم می‌کند، اما در برخی موارد نیاز به تنظیم دستی مجوزها از داخل کانتینر در اولین راه‌اندازی (مثلاً با اسکریپت‌های Entrypoint) ممکن است.

• اصل حداقل امتیاز (Principle of Least Privilege):

  کانتینرها نباید دسترسی بیش از حد به سیستم فایل هاست داشته باشند. Bind Mounts، به خصوص آن‌هایی که به دایرکتوری‌های حساس هاست اشاره می‌کنند (مانند / یا /etc)، خطرات امنیتی قابل توجهی دارند. مهاجمان می‌توانند از این دسترسی برای آسیب رساندن به هاست یا فرار از کانتینر (container escape) استفاده کنند.

  • همیشه از Mountهای read_only: true برای فایل‌های پیکربندی یا داده‌های استاتیک که نباید توسط کانتینر تغییر کنند، استفاده کنید.
  • از Mount کردن دایرکتوری‌های ریشه یا سیستمی هاست خودداری کنید، مگر اینکه کاملاً ضروری باشد و اقدامات امنیتی لازم را انجام داده باشید.

• داده‌های حساس (Sensitive Data):

  هرگز داده‌های حساس مانند رمز عبور، کلیدهای API یا گواهی‌های خصوصی را مستقیماً از طریق Bind Mount به کانتینرها منتقل نکنید (مگر اینکه به صورت read_only و در یک دایرکتوری بسیار محدود و امن باشد). به جای آن، از مکانیزم‌های امن داکر مانند Docker Secrets یا Docker Configs (برای Docker Swarm) یا مدیریت اسرار (Secrets Management) در ارکستراتورهای ابری (مثل Kubernetes Secrets) استفاده کنید. این روش‌ها اطمینان می‌دهند که اسرار در حالت استراحت (at rest) رمزگذاری شده‌اند و فقط در زمان اجرا در دسترس کانتینر قرار می‌گیرند.

• اسکن آسیب‌پذیری (Vulnerability Scanning):

  ایمیج‌های کانتینری و همچنین Volume Drivers مورد استفاده را به طور منظم برای آسیب‌پذیری‌ها اسکن کنید. آسیب‌پذیری در یک Volume Driver می‌تواند به معنای آسیب‌پذیری در ذخیره‌سازی داده‌های شما باشد.

۲. ملاحظات عملکردی:

• عملکرد I/O دیسک:

  Volumeها به طور کلی عملکرد I/O بهتری نسبت به Bind Mounts ارائه می‌دهند، به خصوص در سناریوهایی که نیاز به تعداد زیادی عملیات خواندن/نوشتن کوچک دارند. این به دلیل این است که داکر می‌تواند Volumeها را برای دسترسی بهینه در سیستم فایل هاست قرار دهد. در مقابل، Bind Mountها ممکن است دچار سربار بیشتری شوند، به خصوص اگر سیستم فایل هاست پر از فایل‌های کوچک باشد یا از سیستم‌های فایل شبکه‌ای کند استفاده شود.

• سیستم فایل هاست (Host File System):

  نوع سیستم فایل هاست (مانند ext4, XFS, NTFS) می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد ذخیره‌سازی داشته باشد. در لینوکس، استفاده از سیستم‌های فایل مدرن و بهینه‌سازی شده توصیه می‌شود. در ویندوز و macOS، به دلیل لایه مجازی‌سازی اضافی، عملکرد Bind Mounts ممکن است به طور قابل توجهی کندتر باشد.

• Volume Drivers شبکه (Network Volume Drivers):

  هنگام استفاده از Volume Drivers برای سیستم‌های فایل شبکه‌ای (مانند NFS، GlusterFS یا راه‌حل‌های ذخیره‌سازی ابری)، عملکرد به پهنای باند شبکه، تأخیر (latency) و توان عملیاتی (throughput) سیستم ذخیره‌سازی بستگی دارد. این ملاحظات برای محیط‌های تولیدی با مقیاس بالا حیاتی هستند.

• حافظه Cache (Caching):

  تنظیمات حافظه پنهان سیستم عامل هاست و کانتینر (read/write cache) می‌تواند بر عملکرد I/O تأثیر بگذارد. اطمینان حاصل کنید که دیسک‌های زیرین و سیستم‌های فایل به درستی برای بارهای کاری شما پیکربندی شده‌اند.

• تعداد فایل‌ها و دایرکتوری‌ها:

  Mount کردن دایرکتوری‌هایی با تعداد بسیار زیاد فایل یا دایرکتوری‌های تو در تو (deep directory structures) می‌تواند عملکرد را به شدت کاهش دهد، به خصوص در Bind Mounts و در سیستم‌های عامل مجازی‌سازی شده مانند Docker Desktop. سعی کنید ساختار داده‌ها را تا حد امکان مسطح نگه دارید.

۳. استراتژی‌های پشتیبان‌گیری و بازیابی (Backup and Recovery):

صرف نظر از اینکه از Volumes یا Bind Mounts استفاده می‌کنید، داشتن یک استراتژی پشتیبان‌گیری و بازیابی قوی برای داده‌های پایدار ضروری است. این شامل:

• پشتیبان‌گیری منظم: به طور منظم از Volumeها و دایرکتوری‌های Mount شده پشتیبان‌گیری کنید. برای Volumeها، می‌توانید از روش کانتینر موقت که قبلاً توضیح داده شد استفاده کنید.
• تست بازیابی: به طور دوره‌ای فرآیند بازیابی داده‌ها را آزمایش کنید تا از عملکرد صحیح آن در مواقع اضطراری اطمینان حاصل کنید.
• پشتیبان‌گیری خارج از سایت (Off-site Backups): پشتیبان‌گیری‌ها را در مکان‌های فیزیکی جداگانه یا در فضای ابری ذخیره کنید تا در برابر فجایع محلی محافظت شوید.
• نقطه‌های بازیابی (Recovery Point Objectives – RPO) و زمان بازیابی (Recovery Time Objectives – RTO): تعریف کنید که چه میزان از داده‌ها را می‌توانید از دست بدهید (RPO) و چقدر سریع می‌توانید سیستم را پس از خرابی بازیابی کنید (RTO)، سپس استراتژی پشتیبان‌گیری خود را بر اساس این اهداف طراحی کنید.

با در نظر گرفتن دقیق این ملاحظات امنیتی و عملکردی، می‌توانید از ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها در Docker Compose به بهترین شکل ممکن استفاده کرده و یک زیرساخت کانتینری امن، پایدار و با عملکرد بالا ایجاد کنید.

جمع‌بندی و چشم‌انداز آینده

در این مقاله به بررسی عمیق و جامع مکانیزم‌های ذخیره‌سازی پایدار داده‌ها در Docker Compose پرداختیم. با تمرکز بر Volumes و Bind Mounts، نقاط قوت، ضعف و موارد استفاده بهینه هر یک را شناسایی کردیم. دریافتیم که Volumes به عنوان بهترین شیوه (best practice) برای ذخیره‌سازی داده‌های حیاتی و دائمی مانند پایگاه‌های داده، با مدیریت کامل توسط داکر و قابلیت حمل بالا، مطرح هستند. در مقابل، Bind Mounts انعطاف‌پذیری و کنترل مستقیم بر روی سیستم فایل هاست را ارائه می‌دهند که آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای محیط‌های توسعه، Hot-Reloading کد و مدیریت فایل‌های پیکربندی تبدیل می‌کند.

انتخاب بین Volume و Bind Mount غالباً به ماهیت داده‌ها و مرحله چرخه حیات توسعه (توسعه در مقابل تولید) بستگی دارد. در بسیاری از پروژه‌های واقعی، ترکیبی هوشمندانه از این دو مکانیزم، همراه با Tmpfs Mounts برای داده‌های بسیار موقت و ناپایدار، بهترین رویکرد را فراهم می‌آورد. به عنوان مثال، می‌توانید از یک Volume برای داده‌های پایگاه داده و از یک Bind Mount برای کد منبع برنامه در حال توسعه استفاده کنید تا از مزایای هر دو بهره‌مند شوید.

همچنین، تأکید کردیم که پایداری داده‌ها تنها یک بخش از معادله است. امنیت (با رعایت مجوزهای صحیح، اصل حداقل امتیاز و مدیریت اسرار) و عملکرد (با توجه به نوع سیستم فایل، Volume Drivers و بهینه‌سازی I/O) جنبه‌های حیاتی دیگری هستند که باید به دقت مورد توجه قرار گیرند. پیاده‌سازی یک استراتژی قوی برای پشتیبان‌گیری و بازیابی، سنگ بنای هر زیرساخت داده قابل اطمینانی است و اطمینان از حفظ و دسترسی به داده‌ها در هر شرایطی را تضمین می‌کند.

چشم‌انداز آینده:

دنیای کانتینرها و ارکستراسیون به سرعت در حال تکامل است. در حالی که Docker Compose یک ابزار فوق‌العاده برای تعریف و اجرای برنامه‌های چندکانتینری در یک هاست است، برای محیط‌های تولیدی در مقیاس بزرگ و توزیع شده، ارکستراتورهایی مانند Kubernetes نقش پررنگ‌تری دارند. در Kubernetes، مفهوم Persistent Volumes (PVs) و Persistent Volume Claims (PVCs) انتزاع بالاتری از ذخیره‌سازی پایدار را ارائه می‌دهند که به وسیله Container Storage Interface (CSI) Drivers قابلیت اتصال به طیف وسیعی از راه حل‌های ذخیره‌سازی (مانند EBS در AWS، Azure Disk، Ceph، NFS و غیره) را فراهم می‌کنند. این رویکرد، مدیریت ذخیره‌سازی را در محیط‌های ابری و مقیاس‌پذیر به مراتب قدرتمندتر و انعطاف‌پذیرتر می‌سازد.

درک قوی از Volumes و Bind Mounts در Docker Compose نه تنها برای پروژه‌های مبتنی بر داکر کامپوز ضروری است، بلکه به عنوان یک پایه و اساس محکم برای درک مفاهیم پیشرفته‌تر ذخیره‌سازی در ارکستراتورهایی مانند Kubernetes نیز عمل می‌کند. با تسلط بر این مکانیزم‌ها، شما یک گام مهم در جهت ساخت برنامه‌های کانتینری قوی، مقیاس‌پذیر و قابل اعتماد برداشته‌اید.