Docker镜像讲解 - 《Docker学习笔记》

镜像是什么
Docker镜像加载原理
- UnionFS 联合文件系统
- Docker镜像加载原理
分层理解
commit 镜像
- 实战测试

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，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。
所有的应用，直接打包docker镜像，就可以直接跑起来。

Docker镜像加载原理

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，他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

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。
boots(boot file system）主要包含 bootloader和 Kernel, bootloader主要是引导加 kernel, Linux刚启动时会加bootfs文件系统，在 Docker镜像的最底层是 boots。这一层与我们典型的Linux/Unix系统是一样的，包含boot加載器和内核。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？

对于个精简的OS,rootfs可以很小，只需要包合最基本的命令，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， boots基本是一致的， rootfs会有差別，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

分层的镜像

我们可以去下载一个镜像，注意观察下载的日志输出，可以看到是一层层的在下载

思考：为什么Docker镜像要采用这种分层的结构呢？
最大的好处，我觉得莫过于资源共享了！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

[root@localhost home]# docker image inspect redis
[
    {
        "Id": "sha256:fad0ee7e917aeec77f15d0a106b8e415f4c0499d341b88c841b9a9f78c3c3ca5",
        "RepoTags": [
            "redis:latest"
        ],
        "RepoDigests": [
            "redis@sha256:7e2c6181ad5c425443b56c7c73a9cd6df24a122345847d1ea9bb86a5afc76325"
        ],
        "Parent": "",
        "Comment": "",
        "Created": "2021-06-02T05:33:45.039474516Z",
        "Container": "ab0fc1cc2522d6c27abe19ef11aedae50a89b0381521159d1d0ce9d9b7650e70",
        "ContainerConfig": {
            "Hostname": "ab0fc1cc2522",
            "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=6.2.4",
                "REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.2.4.tar.gz",
                "REDIS_DOWNLOAD_SHA=ba32c406a10fc2c09426e2be2787d74ff204eb3a2e496d87cff76a476b6ae16e"
            ],
            "Cmd": [
                "/bin/sh",
                "-c",
                "#(nop) ",
                "CMD [\"redis-server\"]"
            ],
            "Image": "sha256:2161e73054c557de088eeb831256f6377470c945d01bac4e0fce0192fdce6b4a",
            "Volumes": {
                "/data": {}
            },
            "WorkingDir": "/data",
            "Entrypoint": [
                "docker-entrypoint.sh"
            ],
            "OnBuild": null,
            "Labels": {}
        },
        "DockerVersion": "19.03.12",
        "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=6.2.4",
                "REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.2.4.tar.gz",
                "REDIS_DOWNLOAD_SHA=ba32c406a10fc2c09426e2be2787d74ff204eb3a2e496d87cff76a476b6ae16e"
            ],
            "Cmd": [
                "redis-server"
            ],
            "Image": "sha256:2161e73054c557de088eeb831256f6377470c945d01bac4e0fce0192fdce6b4a",
            "Volumes": {
                "/data": {}
            },
            "WorkingDir": "/data",
            "Entrypoint": [
                "docker-entrypoint.sh"
            ],
            "OnBuild": null,
            "Labels": null
        },
        "Architecture": "amd64",
        "Os": "linux",
        "Size": 105394140,
        "VirtualSize": 105394140,
        "GraphDriver": {
            "Data": {
                "LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/2a6b20f748987449a0e036128a3e6863647a708830f6cdc4508cd5755f6c045a/diff:/var/lib/docker/overlay2/496566217da032b3c461912fa32b37e4e4438efeb8afb89b7701a44b61682dc4/diff:/var/lib/docker/overlay2/5f226affbb5870610b3938768ddf36d9e1f36a689d31d3fc8ae956a25ffa75ff/diff:/var/lib/docker/overlay2/ccd00e6cfa229ecc4ff392fca4c160ffc4571cf39b7c3f11b680621067f37e95/diff:/var/lib/docker/overlay2/cdb5b3833e8ef1dd8a9b0f5796dada44e21d905a6bd797f97818ab764e37acf2/diff",
                "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/6aacd14065335a0d8b081f349a3785533487708ab74fad12f7f30d4c59e54f4e/merged",
                "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/6aacd14065335a0d8b081f349a3785533487708ab74fad12f7f30d4c59e54f4e/diff",
                "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/6aacd14065335a0d8b081f349a3785533487708ab74fad12f7f30d4c59e54f4e/work"
            },
            "Name": "overlay2"
        },
        "RootFS": {
            "Type": "layers",
            "Layers": [
                "sha256:02c055ef67f5904019f43a41ea5f099996d8e7633749b6e606c400526b2c4b33",
                "sha256:ec5652c3523d96657d66169c0eb71b572ff065711c705a15ec02f60a21c212c3",
                "sha256:76d3e24d63f60e6a73af70be15959eb4021dd7a5a09da6925037d3b4a1673fca",
                "sha256:f06719b0aa43029f32c821c8f14f9f5941a8be6d3b61dcd9f3f884b39e9a4f23",
                "sha256:b896f490f2edc62cc9d190465bbeab871619590d1e9beeffb92e4ca9cc08116d",
                "sha256:e3f4077f577bf07c0940d6345ddd17014ff824d3f4f7f3effc9a8c4dae3e527b"
            ]
        },
        "Metadata": {
            "LastTagTime": "0001-01-01T00:00:00Z"
        }
    }
]

图解

所有的 Docker镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或培加新的内容时，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；如果在该镜像中添加 Python包，
就会在基础镜像层之上创建第二个镜像层；如果继续添加一个安全补丁，就会创健第三个镜像层该像当前已经包含3个镜像层，如下图所示（这只是一个用于演示的很简单的例子）。

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，而镜像包含了来自两个镜像层的6个文件。

上图中的镜像层跟之前图中的略有区別，主要目的是便于展示文件
下图中展示了一个稍微复杂的三层镜像，在外部看来整个镜像只有6个文件，这是因为最上层中的文件7是文件5的一个更新版

文中情況下，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当中
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展示为统一的文件系统

Linux上可用的存储引撃有AUFS、 Overlay2、 Device Mapper、Btrfs以及ZFS。顾名思义，每种存储引擎都基于 Linux中对应的
件系统或者块设备技术，井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 [1]。

下图展示了与系统显示相同的三层镜像。所有镜像层堆并合井，对外提供统一的视图

特点

Docker 镜像都是只读的，当容器启动时，一个新的可写层加载到镜像的顶部！
这一层就是我们通常说的容器层，容器之下的都叫镜像层！

commit 镜像

docker commit 提交容器成为一个新的副本
# 命令和git 类似
docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 目标镜像名：[TAG]

实战测试

# 启动一个默认tomcat
docker run -d -p 8080:8080 tomcat
# 发现这个默认的tomcat 是没有webapps应用的，官方镜像默认webapps下是没有文件的
docker exec -it 容器id /bin/bash
# 自己拷贝基本文件进去
cd webapps
cp -r webapps.dist/* webapps
# 将操作过的容器通过commit提交为一个镜像！我们以后就使用我们修改过的镜像即可，这就是我们自己的一个修改的镜像。
docker commit -m="描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名:[TAG]
[root@localhost ~]# docker commit -m="add webapps app" -a="liwenchang" 8f14025aa1d0 tomcar02:1.0
sha256:9d8a1a5537b76dace6dc0df1bcbd8fbfc2cc89a2fde5c7d6648331b520dffe89
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY    TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
tomcar02      1.0       9d8a1a5537b7   10 seconds ago   672MB
redis         latest    fad0ee7e917a   6 days ago       105MB
nginx         latest    d1a364dc548d   2 weeks ago      133MB
tomcat        latest    c43a65faae57   3 weeks ago      667MB
hello-world   latest    d1165f221234   3 months ago     13.3kB
centos        latest    300e315adb2f   6 months ago     209MB