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2.1 bootfs (boot file system) 内核空间
2.2 rootfs (root file system) 内核空间
2.3 为什么docker的centos镜像只有200M多一点
一、dockerfile概念
- dockerfile是自定义镜像的一套规则
- dockerfie由多条指令构成，Dockerfile中的每一条指令都会对应于Docker镜像中的每一层
dockerfile的原理就是镜像分层。
- Dockerfile中的每个指令都会创建一个新的镜像层（是一个临时的容器，执行完后将不再存在，再往后进行重新的创建与操作）。
- 镜像层将被缓存和复用（后续的镜像层将基于前面的一层，每一层都会有下面几层的缓存）
- 当dockerfile的指令修改了，复制的文件变化了，或者构建镜像时指定的变量不同了（后续操作必然更改前面的镜像层），那么对应的镜像层缓存就会失效（自动销毁）。
- 某一层的镜像缓存失效之后，它之后的镜像层缓存都会失效（第一层不成功，那么第二层也不成功，相当于地基）。
- 容器的修改并不会影响镜像，如果在某一层中添加一个文件，在下一层中删除它，镜像中依然会包含该文件。
二、Docker镜像的创建
创建镜像有三种方法：
- 基于已有镜像创建
- 基于本地模板创建
- 基于Dockerfile创建（重点）
1、基于现有镜像创建
首先启动一个镜像，在容器里做修改
docker images
docker create -it centos:7 bash
docker ps -a
#将修改后的容器提交为新的镜像，需要使用该容器的 ID 号创建新镜像
docker commit -m "new" -a "liy" 89517adc4bd2 centos:7
##commit 常用选项：
-m：说明信息
-a：作者信息
-p：生成过程中停止容器的运行
docker images
2、基于本地模板创建
通过导入操作系统模板文件可以生成镜像，模板可以从OPENVZ开源项目下载，下载地址为:
https://wiki.openvz.org/Download/template/precrated
#下载debian压缩包
wget http://download.openvz.org/template/precreated/debian-7.0-x86-minimal.tar.gz
#生成镜像
[root@docker ~]# docker import debian-7.0-x86-minimal.tar.gz -- debian:v1
sha256:eea63d5176388297fc81fd0a1c7167cda21542a24ebafd2f4de0ac10d4dc5960
#或
cat debian-7.0-x86-minimal.tar.gz | docker import - debian:v1
#查看镜像
[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
debian v1 eea63d517638 6 seconds ago 215MB
#启动容器
[root@docker ~]# docker run -itd debian:v1 bash
3f4d41a2442dbc6c07adb32bbd567cb7edd37022c7b85fdd55aa2ff1fe42788a
3、基于dockerfile创建
- dockerfile是由一组指令组成的文件
- dockerfile每行支持一条指令，每条指令可携带多个参数，一条指令可以用&&方式，去写多条指令。
- dockerfile支持以“#”为开头的注释
3.1 dockerfile结构（四部分）
- 基础镜像信息（Linux发行版：centos ubantu suse debian alpine redhat)
- 维护者信息(docker search可查看)
- 镜像操作指令（tar yum make)
- 容器启动时执行指令(cmd[“/root/run.sh”] 、entrypoint都是系统启动时，第一个加载的程序/脚本/命令)
3.2 构建镜像命令
PS:可以在构建镜像时指定资源限制
在编写Dockerfile时，有严格的格式需要遵循:
- 第一行必须使用FROM指令指明所基于的镜像名称;
- 之后使用MAINTAINER指令说明维护该镜像的用户信息;
- 然后是镜像操作相关指令，如RUN指令。每运行一条指令，都会给基础镜像添加新的一 层。
- 最后使用CMD指令指定启动容器时要运行的命令操作。
示例：
docker build -t nginx:test .
#基于dockerfile文件构建镜像命令
完整的写法： docker build -f dockerfile -t nginx:new .
docker build : 基于dockerfile 构建镜像
-f ：指定dockerfile 文件（默认不写的话指的是当前目录）
-t ：(tag) 打标签 ——》nginx:new
. ：专业说法：指的是构建镜像时的上下文环境，简单理解：指的当前目录环境中的文件三、Dockerfile操作指令
| 指令 | 含义 |
|---|---|
| FROM [镜像] | 指定新镜像所基于的镜像，第一条指令必须为FROM指令，每创建一个镜像就需要一条FROM指令，例如centos:7。from有两层含义：①开启一个新的镜像②必须写的一行指令 |
| MAINTAINER [名字] | 说明新镜像的维护人信息（可写可不写） |
| RUN命令 | 每一条RUN后面跟一条命令，在所基于的镜像上执行命令，并提交到新的镜像中，RUN必须大写 |
| CMD [“要运行的程序”，“参数1”、“参数2”] | 指定启动容器时需要运行的命令或者脚本，Dockerfile只能有一条CMD命令，如果指定多条则只能执行最后一条，“bin/bash”也是一条CMD,并且会覆盖image镜像里面的cmd。 |
| EXPOSE [端口号] | 指定新镜像加载到Docker时要开启的端口暴露端口，就是这个容器暴露出去的端口号。 |
| ENV [环境变量] [变量值] | 设置一个环境变量的值，会被后面的RUN使用。容器可以根据自己的需求创建时传入环境变量，镜像不可以。 |
| ADD [源文件/目录] [目标文件/目录] | ①将源文件复制到目标文件，源文件要与Dockerfile位于相同目录中，②或者是一个URL，③若源文件是压缩包则会将其解压缩 |
| COPY [源文件/目录] [目标文件/目录] | 将本地主机上的文件/目录复制到目标地点，源文件/目录要与Dockerfile在相同的目录中，copy只能用于复制，add复制的同时，如果复制的对象是压缩包，ADD还可以解压，copy比add节省资源 |
| VOLUME [“目录”] | 在容器中创建一个挂载点，简单来说就是-v，指定镜像的目录挂载到宿主机上。 |
| USER [用户名/UID] | 指定运行容器时的用户 |
| WORKDIR [路径] | 为后续的RUN、CMD、ENTRYPOINT指定工作目录，相当于是一个临时的"CD"，否则需要使用绝对路径，例如workdir /opt。移动到opt目录，并在这下面的指令都是在opt下执行。 |
| ONBUILD [命令] | 指定所生成的镜像作为一个基础镜像时所要运行的命令*（是一种优化）** |
| HEALTHCHECK | 健康检查 |
1、ENTRYPOINT指令
ENTRYPOINT [“要运行的程序”，“参数1”，“参数2”]
设定容器启动时第一个运行的命令及其参数 可以通过使用命令docker run --entrypoint 来覆盖镜像中的ENTRYPOINT指令的内容。
两种格式：
exec格式（数值格式）：ENTRYPOINT [“命令”，“选项”，“参数”]
shell格式：ENTRYPOINT 命令 选项 参数2、CMD 与entrypoint
都是容器启动时要加载的命令
exec 模式 与shell模式
exec： 容器加载时使用的启动的第一个任务进程
shell： 容器加载时使用的第一个bash（/bin/bash /bin/sh /bin/init）
#自检完成后，加载第一个pid = 1 进程
shell 翻译官/解释器，解析
echo $PATH示例：
mkdir test
ls
[root@docker ~]# cd test/
[root@docker test]# vim Dockerfile
FROM centos:7
CMD ["top"]
[root@docker test]# docker build -t centos:7 .
[root@docker test]# docker run -it --name test centos:7
[root@docker test]# docker logs test
[root@docker test]# docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
80667eb4edb9 centos:7 "top" About a minute ago Exited (0) 49 seconds ago test
a7abb40f08b9 debian:v1 "bash" 3 minutes ago Up 3 minutes sharp_keldysh
[root@docker test]# docker start 80667eb4edb9
80667eb4edb9
[root@docker test]# docker exec test ps aux
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.1 0.0 56156 1952 pts/0 Ss+ 14:46 0:00 top
root 7 0.0 0.0 51732 1700 ? Rs 14:47 0:00 ps aux
[root@docker test]#docker run -itd --name test01 centos:7 /bin/bash
113e1641673867a2a6f829a585171f8838938b68d09cea2c210bb67fb9081db9
[root@docker test]#docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
113e16416738 centos:7 "/bin/bash" 7 seconds ago Up 6 seconds test01
80667eb4edb9 centos:7 "top" 3 minutes ago Up About a minute test
a7abb40f08b9 debian:v1 "bash" 5 minutes ago Up 5 minutes sharp_keldysh
[root@docker test]#docker exec test01 ps aux
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.1 0.0 11828 1652 pts/0 Ss+ 14:48 0:00 /bin/bash
root 15 0.0 0.0 51732 1708 ? Rs 14:48 0:00 ps aux
2.1 使用exec模式是无法输出环境变量
示例:exec 模式 （命令加选项+参数）
[root@docker test]#vim Dockerfile
[root@docker test]#cat Dockerfile
FROM centos:7
CMD ["echo","$HOME"]
[root@docker test]#echo $HOME
/root
[root@docker test]#docker build -t "centos:zb" .
Sending build context to Docker daemon 2.048kB
Step 1/2 : FROM centos:7
---> 8dc12de38d0b
Step 2/2 : CMD ["echo","$HOME"]
---> Running in 84ef4c91f833
Removing intermediate container 84ef4c91f833
---> 53bd13a9a9d9
Successfully built 53bd13a9a9d9
Successfully tagged centos:zb
[root@docker test]#docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
centos zb 53bd13a9a9d9 41 seconds ago 204MB
[root@docker test]#docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
centos zb 53bd13a9a9d9 2 minutes ago 204MB
centos 7 8dc12de38d0b 9 minutes ago 204MB
debian v1 fa97fe387618 11 minutes ago 215MB
centos <none> eeb6ee3f44bd 13 months ago 204MB
[root@docker test]#docker run -itd --name zb centos:zb
9b5ac476c034a2c83eb420d26c26e7a0d59bb242bccbc03a98fe41cd442de2c9
[root@docker test]#docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
9b5ac476c034 centos:zb "echo $HOME" 6 seconds ago Exited (0) 5 seconds ago zb
113e16416738 centos:7 "/bin/bash" 5 minutes ago Up 5 minutes test01
80667eb4edb9 centos:7 "top" 9 minutes ago Up 7 minutes test
a7abb40f08b9 debian:v1 "bash" 11 minutes ago Up 11 minutes sharp_keldysh
[root@docker test]#docker logs zb
$HOME
2.2 shell模式（需要加解释器）
[root@docker test]#ls
Dockerfile
[root@docker test]#vim Dockerfile
[root@docker test]#cat Dockerfile
FROM centos:7
CMD ["sh","-c","echo $HOME"]
[root@docker test]#docker build -t "centos:zb3" .
Sending build context to Docker daemon 2.048kB
Step 1/2 : FROM centos:7
---> 8dc12de38d0b
Step 2/2 : CMD ["sh","-c","echo $HOME"]
---> Running in c756485fa7ca
Removing intermediate container c756485fa7ca
---> c60b5c3189ff
Successfully built c60b5c3189ff
Successfully tagged centos:zb3
[root@docker test]#docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
centos zb3 c60b5c3189ff 25 seconds ago 204MB
centos zb 53bd13a9a9d9 16 hours ago 204MB
centos 7 8dc12de38d0b 16 hours ago 204MB
debian v1 fa97fe387618 16 hours ago 215MB
centos <none> eeb6ee3f44bd 13 months ago 204MB
[root@docker test]#docker run -itd --name zb5 centos:zb3
789d1b2aaf6c271cb729ead16659abbb9c7d64617762a44b9ec68ecd9052a33c
[root@docker test]#docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
789d1b2aaf6c centos:zb3 "sh -c 'echo $HOME'" 7 seconds ago Exited (0) 6 seconds ago zb5
9b5ac476c034 centos:zb "echo $HOME" 16 hours ago Exited (0) 16 hours ago zb
113e16416738 centos:7 "/bin/bash" 16 hours ago Exited (137) 16 hours ago test01
80667eb4edb9 centos:7 "top" 16 hours ago Exited (0) 16 hours ago test
a7abb40f08b9 debian:v1 "bash" 16 hours ago Exited (137) 16 hours ago sharp_keldysh
[root@docker test]#docker logs zb5
/root
2.3 小结
例：区别shell 模式和exec 模式
/bin/sh -c nginx #shell 模式
nginx #exec模式
exec 和shell 之间的区别
exec 不可用输出环境变量
shell 模式可以输出环境变量
cmd 是容器环境启动时默认加载的命令
entrypoint 是容器环境启动时第一个加载的命令程序/脚本程序 init
如果 ENTRYPOINT 使用了 shell 模式，CMD 指令会被忽略。
如果 ENTRYPOINT 使用了 exec 模式，CMD 指定的内容被追加为 ENTRYPOINT 指定命令的参数。
如果 ENTRYPOINT 使用了 exec 模式，CMD 也应该使用 exec 模式。3、ADD和copy区别
Dockerfile中的COPY指令和ADD指令都可以将主机上的资源复制或加入到容器镜像中，都是在构建镜像的过程中完成的
- copy只能用于复制（节省资源）
- ADD复制的同时，如果复制的对象是压缩包，ADD还可以解压（消耗资源）
- COPY指令和ADD指令的唯一区别在于是否支持从远程URL获取资源。COPY指令只能从执行docker build所在的主机上读取资源并复制到镜像中。而ADD指令还支持通过URL从远程服务器读取资源并复制到镜像中
满足同等功能的情况下，推荐使用COPY指令。ADD指令更擅长读取本地tar文件并解压缩。
四、镜像分层原理
1、docker镜像分层（基于AUFS构建）
- docker镜像位于bootfs之上
- 每一层镜像的下一层成为父镜像
- 第一层镜像成为base image(操作系统环境镜像)
- 容器层（可读可写，为了给用户操作），在最顶层
- 容器层以下都是readonly
LXC是一种内核中的容器技术，早期docker在没有将资源容器化的功能时，就是靠内核中LXC来完成容器虚拟化的。现在docker 拥有了自己的docker libcontainer库文件,这种库文件可以做到将资源容器化的操作，所以对LXC的依赖性大大降低。
2、涉及技术
2.1 bootfs (boot file system) 内核空间
主要包含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都在内存中了，此时内存的使用权已由bootfs转交给内核，此时系统也会卸载bootfs
在linux操作系统中（不同版本的linux发行版本），linux加载bootfs时会将rootfs设置为read-only，系统自检后会将只读改为读写，让我们可以在操作系统中进行操作
2.2 rootfs (root file system) 内核空间
- 在bootfs之上(base images，例如centos 、ubuntu)
- 包含的就是典型 Linux 系统中的 /dev, /proc, /bin, /etc 等标准目录和文件
- rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu，Centos等等
2.3 为什么docker的centos镜像只有200M多一点
- 因为docker镜像只有rootfs和其他镜像层，共用宿主机的linux内核(bootfs)，因此很小
- bootfs + rootfs ：作用是加载、引导内核程序 + 挂载使用linux 操作系统（centos ubantu）等等一些关键的目录文件
- 就是说bootsfs用内核的，rootfs用自己的
- 对于一个精简的os，rootfs可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序库就可以了，因为底层直接用Rost的kernel，自己只需要提供rootfs就行了。所以对于不同的linux发行版,bootfs基本是一致的，rootfs会有差别，所以不同的发行版可以公用bootfs
2.4 AUFS 与 overlay/overlay2
AUFS是一种联合文件系统。它使用同一个Linux host上的多个目录，逐个堆叠起来，对外呈现出一个统一的文件系统。AUFS使用该特性，实现了Docker镜像的分层
而docker 使用了overlay/overlay2存储驱动来支持分层结构
OverlayFS将单个Linux主机上的两个目录合并成一个目录。这些目录被称为层，统一过程被称为联合挂载
overlayfs在linux主机上只有两层，一个目录在下层，用来保存镜像(docker)，另外一个目录在上层，用来存储容器信息
1、rootfs 基础镜像
2、lower 下层信息 （为镜像层，容器）
3、upper 上层目录 （容器信息，可写）
4、worker 运行的工作目录（copy-on-write写时复制 -》准备容器环境）
5、mergod “视图层”（容器视图）
docker 镜像层次结构小结
① base image ：基础镜像
② image：固化了一个标准运行环境，镜像本身的功能-封装一组功能性的文件，通过统一的方式，文件格式提供出来
（只读）
③ container：容器层（读写）
④ docker-server 端
⑤ 呈现给docker-client （视图）2.5 LXC和容器是什么关系？
LXC是内核中容器技术/驱动，功能是将资源容器化。完成资源容器虚拟化的过程。是早期docker的依赖组件目前docker 拥有自己的libcontianer库。可以实现容器虚拟化的功能，对LXC依赖性大大降低。
2.6 dockerfile镜像分层的原理
用overlay2存储引擎的方式叠加上去，最上面是容器层是可读可写的，其他镜像是可读的，
他们是共用的内核资源，共用的是操作系统里所必须的引导程序，挂载，系统之间的文件，
这些文件他和内核之间共享，所以他比实际的centos要小。
2.7 容器之间相互通信的方式
docker 0 、 数据卷容器 、 --link 隧道 、 container 模式（直连接口，同一个network namespaces里，通过同一个网卡的方式，在同一个名称空间里 共有一个IP，通过localhost交互/自己的ip或端口交互）
2.8 联合文件系统(UnionFS)
UnionFS(联合文件系统) : Union文件系统(UnionFS)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。AUFS、OberlayFS及Devicemapper都是一种UnionFS。
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(没有父镜像)，可以制作各种具体的应用镜像。
特性：
一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。
**注：**我们下载的时候看到的一层层的就是联合文件系统
2.9 镜像加载原理
- 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都在内存中，此时内存的使用权已由bootfs转交给内核，此时系统也会卸载bootfs.
- rootfs在bootfs之上。包含的就是典型Linux系统中的/dev,/proc,/bin,/etc等标准目录和文件。rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu,Centos等等。
- 我们可以理解成一开始内核里什么都没有，操作一个命令下载debian,这是就会在内核上面加一层基础镜像；再安装一个emacs,会在基础镜像上叠加一层image;接着再安装一个apache,又会在images.上面叠加一层image。最后它们看起来就像一个文件系统即容器的rootfs。在Docker的体系里把这些rootfs叫做Docker的镜像。但是，此时的每一层rootfs都是read-only的，我们此时还不能对其进行操作。当我们创建一个容器，也就是将Docker镜像进行实例化，系统会在一层或是多层read-only的rootfs之上分配一层空的read-write的rootfs.
五、总结
1、dockerfile构建镜像前要创建一个工作目录
dockerfile构建镜像前要创建一个工作目录，docker build会扫描当前目录下所有文件
优化四种方式——》基于docker镜像分层的原理来的
① 每一条RUN 指令 都会生成一层新的镜像层
② 每一层镜像缓存会继承到下一层中 ——》直接影响到镜像的大小
2、创建镜像的方法有哪些？
- 直接在现用容器中更新内容，然后再使用docker commit [-m] [-a] [-p] 容器ID 新的镜像名:标签
- 下载镜像压缩包模板文件或者使用docker export导出容器文件，然后再使用docker import 文件名 – 新的镜像名:标签
- dockerfile 构建镜像
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