Docker详细介绍（2）

一、镜像原理

1-1、镜像是什么

        镜像是一种轻量级的、可执行的独立软件包。用来打包软件运行环境和基于运行环境的开发软件，它包含运行某个软件所需要的内容，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。

1-2、Docker镜像加载原理

        docker的镜像实际上是由一层一层的文件系统组成，这种层级关系就叫UnionFS。

如下图：

        对于一个精简的OS，rootfs可以很小，只需要包含最基本的命令、工具和程序即可，因为底层直接用Host的kernel，自己只需要提供rootfs即可。由此可见不同的Linux发行版本，bootfs基本上是一致的，rootfs会有差别，所以不同的发行版可以公用bootfs，这也是一个镜像仅有几百MB的原因。

备注：

        （1）UnionFS（联合文件系统）：UnionFS文件系统是一种分层、轻量级并且高性能的文件系统，它支持对文件系统的修改作为一次提交来一层一层的叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。Union文件系统是Docker镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像，可以制作各种各样的应用镜像。

        特性：一次同时加载多个文件系统，但是从外面开起来，只能看一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，最终的文件系统会包含所有的底层文件和目录。

        （2）bootfs（boot file system）：主要包括bootloader和kernel，bootloader主要是引导加载kernel，Linux刚启动时会加载bootfs文件系统，在Docker镜像的最底层是bootfs。这一层与我们典型的Linux/Unix系统是一样的，包含boot加载器和内核。当boot加载完成之后整个内核就在内存中了，此时内存的使用权由bootfs转交给内核，此时系统会卸载bootfs。

        （3）rootfs（root file system）：rootfs就是各种不同的操作系统发行版本，比如Ubuntu、CentOS等，在bootfs之上。包含的就是典型Linux系统的/dev, /proc, /bin, /etc等等标准文件。

1-3、分层理解

        这里我用docker pull nginx命令，下载来一个镜像给大家看看，框起来的是不是一层一层下载的。

        那么docker为什么会使用这种方法呢？最大的好处，就是资源共享。比如有多个镜像都从相同的Base镜像构建而来，那么宿主机只需要在磁盘上保留一份base镜像，同时内存中也只需要加载一份base镜像，这样就可以为所有容器提供服务了，而且镜像的每一层都可以被共享。

我们通过docker image inspect nginx:latest查看一下。

这里给大家举个例子：

        所有的docker镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或者增加新的内容时，就会在当前镜像层之上，创建新的镜像层。假如基于Ubuntu Linux 16.04创建一个新的镜像，这就是新镜像的第一层；如果在该镜像中添加Python包，就会在基础镜像之上创建第二个镜像层；如果继续添加安全补丁，就会创建第三个镜像层。如下图：

        在添加额外的镜像的同时，镜像始终是当前所有镜像的组合。比如我们在添加第三层安全补丁的时候，Ubuntu和Python视为一个镜像层，在此基础上再添加安全补丁镜像层。

        docker镜像都是只读的，当容器启动时，一个新的可写层被加载到镜像的顶部。这一层就是我们所说的容器层，容器之下都叫镜像层。

1-4、Docker容器技术与虚拟机的区别，为什么比虚拟机快

Docker容器技术与虚拟机的区别：

        （1）相同点：docker和容器技术和虚拟机技术，都是虚拟化技术。

        （2）不同点：

        通过图片，我们很明显的看到docker有着比虚拟机更少的抽象层。 由于docker不需要Hypervisor实现硬件资源虚拟化，运行在docker容器上的程序直接使用的都是实际物理机的硬件资源。所以docker效率比虚拟机效率高。达到了秒级启动的地步。

1-5、docker相较于VM的优点及局限性

（1）优点：

        1）比VM小、快，Docker容器的尺寸减小相比于整个虚拟机大大简化了分布到云和分发时间的开销。Docker启动一个容器实例时间仅仅需要几秒钟。

        2）Docker是一个开放的平台，构建、发布和运行分布式应用程序。

        3）开发人员不需要关系具体是哪个Linux操作系统

        4）Google、微软（azure）、亚马逊、IBM等都支持docker。

        5）Docker支持Unix/Linux操作系统，也支持Windows和Mac。

（2）Docker局限性：

        Docker用于应用程序时是最有用的，但并不包含数据。日志、数据库等通常放在Docker容器外。一个容器的镜像通常都很小，不用和存储大量数据，存储可以通过外部挂载等方式使用，比如：NFS、ipsan、MFS等 ，或者docker命令 ，-v映射磁盘分区。