Docker学习——Docker镜像原理

最新推荐文章于 2024-08-26 15:49:32 发布

Andy_Zheng.

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分类专栏： Docker

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xyajia/article/details/107119392

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一镜像是什么

镜像是一种轻量级、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开发的软件，它包含运行某个软件所需的所有内容，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。

获取镜像的方式：

（1）从远程仓库下载

（2）拷贝

（3）自己制作一个镜像DockerFile

二镜像加载原理

1、UnionFS（联合文件系统）

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(unite several directories into a single virtual filesystem)。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

2、docker镜像加载原理

docker的镜像实际上由一层一层的文件系统组成，这种层级的文件系统UnionFS。
bootfs(boot file system)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。

rootfs (root file system) ，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。

平时我们安装进虚拟机的CentOS都是好几个G，为什么docker这里才200M？？

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Host的kernel，自己只需要提供 rootfs 就行了。由此可见对于不同的linux发行版, bootfs基本是一致的, rootfs会有差别, 因此不同的发行版可以公用bootfs。

3、分层的镜像

以我们的pull为例，在下载的过程中我们可以看到docker的镜像好像是在一层一层的在下载

4、为什么 Docker 镜像要采用这种分层结构呢

最大的一个好处就是 - 共享资源

比如：有多个镜像都从相同的 base 镜像构建而来，那么宿主机只需在磁盘上保存一份base镜像，
同时内存中也只需加载一份 base 镜像，就可以为所有容器服务了。而且镜像的每一层都可以被共享。

查看镜像分层的方式可以通过docker image inspect 命令，详细信息如下图所示：

[root@localhost ~]# docker image inspect redis
[
    {
        "Id": "sha256:2355926154447ec75b25666ff5df14d1ab54f8bb4abf731be2fcb818c7a7f145",
        "RepoTags": [
            "redis:latest"
        ],
        "RepoDigests": [
            "redis@sha256:800f2587bf3376cb01e6307afe599ddce9439deafbd4fb8562829da96085c9c5"
        ],
        "Parent": "",
        "Comment": "",
        "Created": "2020-06-10T09:46:52.678534887Z",
        "Container": "1ee443d62a9e842d46b868a6ca3f61c0da44a5a6788a8871c89fe6e7c34f5f34",
        "ContainerConfig": {
            "Hostname": "1ee443d62a9e",
            "Domainname": "",
            "User": "",
            "AttachStdin": false,
            "AttachStdout": false,
            "AttachStderr": false,
            "ExposedPorts": {
                "6379/tcp": {}
            },
            "Tty": false,
            "OpenStdin": false,
            "StdinOnce": false,
            "Env": [
                "PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",
                "GOSU_VERSION=1.12",
                "REDIS_VERSION=6.0.5",
                "REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.5.tar.gz",
                "REDIS_DOWNLOAD_SHA=42cf86a114d2a451b898fcda96acd4d01062a7dbaaad2801d9164a36f898f596"
            ],
            "Cmd": [
                "/bin/sh",
                "-c",
                "#(nop) ",
                "CMD [\"redis-server\"]"
            ],
            "ArgsEscaped": true,
            "Image": "sha256:0b2611dbbf667ee7ad92bb5e4b9843ae53f9463fc8c00044b244d8dfd692f175",
            "Volumes": {
                "/data": {}
            },
            "WorkingDir": "/data",
            "Entrypoint": [
                "docker-entrypoint.sh"
            ],
            "OnBuild": null,
            "Labels": {}
        },
        "DockerVersion": "18.09.7",
        "Author": "",
        "Config": {
            "Hostname": "",
            "Domainname": "",
            "User": "",
            "AttachStdin": false,
            "AttachStdout": false,
            "AttachStderr": false,
            "ExposedPorts": {
                "6379/tcp": {}
            },
            "Tty": false,
            "OpenStdin": false,
            "StdinOnce": false,
            "Env": [
                "PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",
                "GOSU_VERSION=1.12",
                "REDIS_VERSION=6.0.5",
                "REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.5.tar.gz",
                "REDIS_DOWNLOAD_SHA=42cf86a114d2a451b898fcda96acd4d01062a7dbaaad2801d9164a36f898f596"
            ],
            "Cmd": [
                "redis-server"
            ],
            "ArgsEscaped": true,
            "Image": "sha256:0b2611dbbf667ee7ad92bb5e4b9843ae53f9463fc8c00044b244d8dfd692f175",
            "Volumes": {
                "/data": {}
            },
            "WorkingDir": "/data",
            "Entrypoint": [
                "docker-entrypoint.sh"
            ],
            "OnBuild": null,
            "Labels": null
        },
        "Architecture": "amd64",
        "Os": "linux",
        "Size": 104124452,
        "VirtualSize": 104124452,
        "GraphDriver": {
            "Data": {
                "LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/dbcd2eb5425b7e3883703dda32e043a83415a7341238f3e85ffaeeea885a7920/diff:/var/lib/docker/overlay2/fadb3fdc847d8a0ba46be600da6fb413170c9630f7c387137f5e16c7f97034dc/diff:/var/lib/docker/overlay2/e660f4f387d910eb001205163ad7713843a36609eaac088dfa9ecc3b1f4a281b/diff:/var/lib/docker/overlay2/5341a9284cf2378ea6704448460ff17de55249b69bba4a5e111b5c8feeaefd0e/diff:/var/lib/docker/overlay2/6bd2a85a4d145e8779ff5f3693049b0e5ca8d5fad537007e563db682d3291410/diff",
                "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/831db152348b56bc565b438e950e4a659113ed31430498e88008b57075836721/merged",
                "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/831db152348b56bc565b438e950e4a659113ed31430498e88008b57075836721/diff",
                "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/831db152348b56bc565b438e950e4a659113ed31430498e88008b57075836721/work"
            },
            "Name": "overlay2"
        },
        "RootFS": {
            "Type": "layers",
            "Layers": [
                "sha256:13cb14c2acd34e45446a50af25cb05095a17624678dbafbcc9e26086547c1d74",
                "sha256:e6b49c7dcaac7a2ec2acc379da5f5b1bcc6a5d3badd72814fe945296216557bd",
                "sha256:cdaf0fb0082b74223a224c39c2d2ea886c32f53b7e1d5b872d5354aae0df56b8",
                "sha256:72d3a7e6fe022824ee2f852ca132030e22c644fbaf8287f4ea8044268abe40b7",
                "sha256:67c707dbd847d8310d3b988c3e3d9d9eb53387ede0de472e36a15abbcb6c719c",
                "sha256:7b9c5be81844318508f57a5b0574822dabaaed3dc25ee35d960feec3a9e941c4"
            ]
        },
        "Metadata": {
            "LastTagTime": "0001-01-01T00:00:00Z"
        }
    }
]

分层信息如下入所示：

理解：

所有的docker镜像都源自于基础镜像层，当进行修改或增加新的内容时，就会在当前镜像层之上，创建新的镜像层。举一个简单的例子，假如基于Ubuntu Linux16.04创建一个新的镜像，这就是新镜像的第一层；如果在新镜像中添加Python包，就会在基础镜像层上创建第二个镜像层；如果继续添加一个安全补丁，就会添加第三个镜像层。

该镜像已经包含3个镜像层，如下图所示

在添加额外的镜像层的同时，镜像始终保持是当前所有镜像的组合，理解这一点非常重要。下图中举了一个简单的例子，每个镜像层包含3个文件，而镜像包含来自两个镜像层的6个文件

上图中的镜像层与之前图中的镜像层略有区别，主要目的是便于展示文件。

下图是展示稍微复杂的三层镜像，在外部看来镜像只有6个文件，这是因为最上层的文件7是文件5的一个更新版本

这种情况下，上层镜像层中的文件覆盖了底层镜像层中的文件，这样就使得文件的更新版本，作为一个新镜像层添加到镜像中。

Docker通过存储引擎(新版本采用快照机制)的方式来实现镜像层堆栈，并保证多镜像层对外保持统一的文件系统。

Linux上可用的存储引擎有AUFS、OverLay2、DeviceMapper、Btrfs以及ZFS、顾名思义，每种存储引擎都基于Linux中对应的文件系统或者块技术设备，并且每种存储引擎都有其独有的性能特点。

Docker在windows中仅支持windowsfile一种存储引擎，该引擎基于NTFS文件上实现了分层和Cow[1],下图展示了与系统分层相同的三层镜像。所有镜像层堆叠并合并，对外提供统一的视图。

三特点

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。
这一层通常被称作“容器层”，“容器层”之下的都叫“镜像层”。

四 commit镜像

1.docker commit提交容器副本使之成为一个新的镜像

2.docker commit -m=“提交的描述信息” -a=“作者” 容器ID 要创建的目标镜像名:[标签名]

3.案例演示

从Hub上下载tomcat镜像到本地并成功运行 docker run -it -p 3344:8080 tomcat

-p 主机端口：docker容器端口

-P 随机分配端口

之前的步骤中将webapps.dist中的文件拷贝到了webapp下，现在我们想提交这次容器这次改动的操作

[root@localhost ~]# docker commit -a="Andy" -m="add webapps app" 19db11c2e0f7 tomcat02:1.0
sha256:3c4b4f30cf5d1aee26b4125be8624f3709062a5f062e1800c7136ca4bcb2c3fb

从下图可以看出，提交完成之后，生成了一个新的镜像，Tag标识为我们指定的标签名