Docker鏡像加載原理

Docker鏡像

鏡像是什么？

•  鏡像是一種輕量級、可執(zhí)行的獨(dú)立軟件包，用來打包軟件運(yùn)行環(huán)境和基于運(yùn)行環(huán)境開發(fā)的軟件，它包含運(yùn)行某個軟件所需的所有內(nèi)容，包括代碼、運(yùn)行時、庫、環(huán)境變量和配置文件。
• 所有的應(yīng)用，直接打包docker鏡像，就可以直接跑起來!
• 如何得到鏡像？

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自己制作一個鏡像 DockerFile

Docker鏡像加載原理

UnionFS（聯(lián)合文件系統(tǒng)）

• UnionFS (聯(lián)合文件系統(tǒng)） :Union文件系統(tǒng)(UnionFS)是一種分層、輕量級并且高性能的文件系統(tǒng)，它支持對文件系統(tǒng)的修改作為一次提交來一層層的疊加，同時可以將不同目錄掛載到同一個虛擬文件系統(tǒng)下(unite several directories into a single virtualfilesystem)。Union文件系統(tǒng)是Docker鏡像的基礎(chǔ)。鏡像可以通過分層來進(jìn)行繼承，基于基礎(chǔ)鏡像（沒有父鏡像），可以制作各種具體的應(yīng)用鏡像。
• 特性:一次同時加載多個文件系統(tǒng)，但從外面看起來，只能看到一個文件系統(tǒng)，聯(lián)合加載會把各層文件系統(tǒng)疊加起來，這樣最終的文件系統(tǒng)會包含所有底層的文件和目錄

Docker鏡像加載原理

• docker的鏡像實(shí)際上由一層一層的文件系統(tǒng)組成，這種層級的文件系統(tǒng)UnionFS。
• bootfs(boot file system)主要包含bootloader和kernel, bootloader主要是引導(dǎo)加載kernel, Linux剛啟動時會加載bootfs文件系統(tǒng)，在Docker鏡像的最底層是boots。這一層與我們典型的Linux/Unix系統(tǒng)是一樣的，包含boot加載器和內(nèi)核。當(dāng)boot加載完成之后整個內(nèi)核就都在內(nèi)存中了，此時內(nèi)存的使用權(quán)已由bootfs轉(zhuǎn)交給內(nèi)核，此時系統(tǒng)也會卸載bootfs。
• roots (root fle system)，在bootfs之上。包含的就是典型Linux系統(tǒng)中的/dev,/proc, /bin, /etc等標(biāo)準(zhǔn)目錄和文件。rootfs就是各種不同的操作系統(tǒng)發(fā)行版，比如Ubuntu ,Centos等等。
  

平時我們安裝虛擬機(jī)的CentOS都是好幾個G，為什么Docker才200M？

• 對于一個精簡的OS，rootfs 可以很小，只需要包含最基本的命令，工具和程序庫就可以了，因?yàn)榈讓又苯佑肏ost的kernel自己只需要提供roots就可以了。由此可見對于不同的linux發(fā)行版, bootfs基本是一致的, rootfs會有差別,因此不同的發(fā)行版可以公用bootfs。
• 虛擬機(jī)是分鐘級別，容器是秒級! 分層理解 Docker的分層思想一層一層下載，逐層檢測，存在即跳過，否則下載

[root@docker ~]# docker pull redis 
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/redis
69692152171a: Already exists 
a4a46f2fd7e0: Pull complete 
bcdf6fddc3bd: Pull complete 
2902e41faefa: Pull complete 
df3e1d63cdb1: Pull complete 
fa57f005a60d: Pull complete 
Digest: sha256:7e2c6181ad5c425443b56c7c73a9cd6df24a122345847d1ea9bb86a5afc76325
Status: Downloaded newer image for redis:latest
docker.io/library/redis:latest

• 為什么Docker鏡像要采用這種分層的結(jié)構(gòu)呢?
• 最大的好處，我覺得莫過于是資源共享了!比如有多個鏡像都從相同的Base鏡像構(gòu)建而來，那么宿主機(jī)只需在磁盤上保留一份base鏡像，同時內(nèi)存中也只需要加載一份base鏡像，這樣就可以為所有的容器服務(wù)了，而且鏡像的每一層都可以被共享。
• 查看鏡像分層的方式可以通過docker image inspect +容器命令!
• 觀察Layers（層）

理解分層的含義

•  所有的Docker鏡像都起始于一個基礎(chǔ)鏡像層，當(dāng)進(jìn)行修改或增加新的內(nèi)容時，就會在當(dāng)前鏡像層之上，創(chuàng)建新的鏡像層
• 舉一個簡單的例子，假如基于Ubuntu Linux 16.04創(chuàng)建一個新的鏡像，這就是新鏡像的第一層;如果在該鏡像中添加Python包，就會在基礎(chǔ)鏡像層之上創(chuàng)建第二個鏡像層;如果繼續(xù)添加一個安全補(bǔ)丁，就會創(chuàng)建第三個鏡像層。
• 該鏡像當(dāng)前已經(jīng)包含3個鏡像層，如下圖所示（這只是一個用于演示的很簡單的例子)。
  

在添加額外的鏡像層的同時，鏡像始終保持是當(dāng)前所有鏡像的組合，理解這一點(diǎn)非常重要。下圖中舉了一個簡單的例子，每個鏡像層包含3個文件，而鏡像包含了來自兩個鏡像層的6個文件。

• 上圖中的鏡像層跟之前圖中的略有區(qū)別，主要目的是便于展示文件。
• 下圖中展示了一個稍微復(fù)雜的三層鏡像，在外部看來整個鏡像只有6個文件，這是因?yàn)樽钌蠈又械奈募?是文件5的一個更新版本。
  

• 這種情況下，上層鏡像層中的文件覆蓋了底層鏡像層中的文件。這樣就使得文件的更新版本作為一個新鏡像層添加到鏡像當(dāng)中。
• Docker通過存儲引擎（新版本采用快照機(jī)制)的方式來實(shí)現(xiàn)鏡像層堆棧，并保證多鏡像層對外展示為統(tǒng)一的文件系統(tǒng)。
• Linux上可用的存儲引擎有AUFS、Overlay2、Device Mapper、Btrfs以及ZFS。顧名思義，每種存儲引擎都基于Linux中對應(yīng)的文件系統(tǒng)或者塊設(shè)備技術(shù)，并且每種存儲引擎都有其獨(dú)有的性能特點(diǎn)。
• Docker在Windows上僅支持windowsfilter一種存儲引擎，該引擎基于NTFS文件系統(tǒng)之上實(shí)現(xiàn)了分層和CoW[1].
• 下圖展示了與系統(tǒng)顯示相同的三層鏡像。所有鏡像層堆疊并合并，對外提供統(tǒng)一的視圖。

分層下載的好處

假設(shè)有些應(yīng)用的層是相同的，就可以直接復(fù)用！

特點(diǎn)

•  Docker鏡像都是只讀的，當(dāng)容器啟動時，一個新的可寫層被加載到鏡像的頂部！
• 這一層就是我們通常說的容器層(run)，容器之下的都叫鏡像層(遠(yuǎn)程pull)！
• 所有操作都是基于容器層
  

Commit鏡像

• 如何提交一個自己的鏡像？
• Docker commit

docker commit 提交容器成為一個新的副本

docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 容器id 目標(biāo)鏡像名:[TAG]

#運(yùn)行一個默認(rèn)的tomcat鏡像
[root@docker ~]# docker run -it -p 8080:8080  tomcat

[root@docker ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND             CREATED          STATUS          PORTS                                       NAMES
792ca37197e8   tomcat    "catalina.sh run"   34 seconds ago   Up 32 seconds   0.0.0.0:8080->8080/tcp, :::8080->8080/tcp   upbeat_mcnulty

[root@docker ~]# docker exec -it 792ca37197e8 /bin/bash
#發(fā)現(xiàn)這個默認(rèn)的tomcat 是沒有webapps應(yīng)用,是因?yàn)殓R像的原因,官方的鏡像默認(rèn)webapps下沒有文件,自己拷貝進(jìn)去基本的文件
root@792ca37197e8:/usr/local/tomcat# cp -r webapps.dist/* webapps

#瀏覽器訪問,測試成功
http://192.168.100.100:8080/

#提交修改后的容器成為一個新的鏡像
[root@docker ~]# docker commit -a="pakho" -m="add webapps app" 792ca37197e8 tomcat02:1.0
sha256:d6d429f9d2ba25af8f66bd3e7a7de489cf2219828ea755ce1d0a1a7816c27731

[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY            TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
tomcat02              1.0       d6d429f9d2ba   28 seconds ago   672MB

Docker鏡像(Images)總結(jié)

• Docker鏡像(Images) 的主要特點(diǎn)是，分層、寫時復(fù)制、內(nèi)容尋址 和 聯(lián)合掛載。
• Docker鏡像是Docker容器運(yùn)行的基礎(chǔ)，沒有Docker鏡像，就不可能有Docker容器，這也是Docker的設(shè)計(jì)原則之一
• 可以理解的是：Docker鏡像畢竟是鏡像，屬于靜態(tài)的內(nèi)容；而Docker容器就不一樣了，容器屬于動態(tài)的內(nèi)容。動態(tài)的內(nèi)容，大家很容易聯(lián)想到進(jìn)程，內(nèi)存，CPU等之類的東西。的確，Docker容器作為動態(tài)的內(nèi)容，都會包含這些
• 為了便于理解，大家可以把Docker容器，理解為一個或多個運(yùn)行進(jìn)程，而這些運(yùn)行進(jìn)程將占有相應(yīng)的內(nèi)存，相應(yīng)的CPU計(jì)算資源，相應(yīng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相應(yīng)的文件系統(tǒng)資源。而Docker容器所占用的文件系統(tǒng)資源，則通過Docker鏡像的鏡像層文件來提供

以上就是Docker鏡像原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Docker鏡像的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！