跳转至

Docker 镜像详解

镜像是什么

  • 将 Docker 镜像理解为包含应用程序以及其相关依赖的一个基础文件系统，在 Docker 容器启动的过程中，它以只读的方式被用于创建容器的运行环境。
  • 从另一个角度看，Docker 镜像其实是由基于 UnionFS 文件系统的一组镜像层依次挂载而得，而每个镜像层包含的其实是对上一镜像层的修改，这些修改其实是发生在容器运行的过程中的。所以，我们也可以反过来理解，镜像是对容器运行环境进行持久化存储的结果

我们下载的时候看到的一层层就是这个!

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、轻量及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

image-20230430094813086

Docker 镜像的加载原理

  • docker 的镜像实际上由一层一层的文件系统组成,这种层级的的文件系统UnionFS。

  • BootFS(boot filesystem)主要包含bootloader和el,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P内核,此时系统也会卸载bootfs。

  • RootFS(root filesystem),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。

为什么 Docker 中的 Centos 才 200M左右？

对于一个精简的OS,rootfs可以很小,只需要包含最基本的命令,工具和程序库就可以了,因为底层直接用Host的kernel,自己只需要提供rootfs就可以了。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.

虚拟机是分钟级别,容器是秒级!

分层理解

我们可以下载一个镜像，观察下载镜像的日志输出，可以看到是一层一层的下载

image-20230429161503550

为什么 Docker 镜像要采用这种分层的结构呢?

最大的好处应该是资源共享！比如有很多镜像都是从相同的 Base 镜像构建而来，那么宿主机只需在磁盘上保留一份 Base 镜像，同时内存中也只需要加载一份 Base 镜像，这样就可以为所有的容器提供服务，而且镜像的每一层都可以被共享。

我们使用如下命令查看一下镜像的分层方式

docker inspect nginx

image-20230429161709439

理解：

所有的 Docker 镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或增加信的内容时，就会在当前的镜像层之上，创建新的镜像层。

举一个简单的例子：

  • 假如基于 Linux Ubuntu 22.04 创建一个新的镜像，这就是新镜像的第一层；

  • 如果在 Ubuntu 22.04 镜像中添加 Python 包，就会在基础镜像上创建第二个镜像层；

  • 如果继续添加一个 Nginx ，就会再上一层的基础上创建新的一层，这就是镜像的第三层；

该镜像当前已经包含三个镜像层，如下表所示：

层数 应用
第三层 Nginx
第二层 Python
第一层 Ubuntu 22.04

在添加额外镜像层的同时，镜像始终保持是当前所有镜像的组合，下图中举了一个简单的例子，每个镜像层包含 3 个文件。而镜像包含了来自两个镜像层的所有文件，也就是 6 个文件。

image-20230429164235852

下图展示一个三层镜像，在外部看上去整个镜像只有 6 个文件，是因为最上层中的 文件7 是 文件5 的一个更新版。

image-20230429165046761

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5的更新版本文件7作为一个新的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的堆栈，并保证多镜像层对外展示为统一的文件系统。

Linux上可用的存储引擎有 AUFS、Overlay2、Device Mapper、Btrfs 以及ZFS。额名思义,每种存储引擎都基于Linux中对应的文件系统或者块设备技术,并且每种存储引擎都有其独有的性能特点。

Docker在Windows上仅支持windowsfilter一种存储引擎,该引擎基于NTFS文件系统之上实现了分层和CoW。

下图展示了与系统显示相同的三层镜像。所有镜像层堆叠并合并,对外提供统一的视图。

image-20230429170659786

此时用 docker inspect 查看 Layers 应该为 3 层。

commit 镜像

  • 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!

  • 这一层就是我们通常说的容器层,容器之下的都叫镜像层!

image-20230429173106114

如何提交一个自己的镜像

docker commit 提交容器成为一个新的版本

# 命令与 git 类似
docker commit -m "提交的信息备注" -a "作者" <容器id> <目标镜像名:[TAG]>

1. 拉取一个 默认的 tomcat

docker pull tomcat
image-20230429173633711

2. 查看 Layers 层数

docker inspect tomcat|grep -A 15 "RootFS"
image-20230429173752532

3. 将拉取的 tomcat run

docker run -it -d -p 8080:8080 --name=tomcat tomcat

image-20230429174158242

image-20230429174309176

4. 发现 tomcat 默认 不带文件，添加默认文件

docker exec -it tomcat /bin/bash

image-20230429174702640

image-20230429174733806

5. commit 提交为新的镜像

将修改后的 tomcat commit 为新的镜像

docker commit -m "chore: 添加默认文件" -a "cc" tomcat tomcat:v1.0
docker inspect tomcat:v1.0|grep -A 15 "RootFS"

commit 后发现多了一层 Layers ，这就是我们 第 4 步进行的操作。

image-20230429175357727

6. 将新的镜像 run 起来，查看是否正常

docker run -it -d -p 8080:8080 --name=tomcat tomcat:v1.0

image-20230429180245797