Docker层和虚悬镜像(dangling image)介绍

原文发表于kubernetes中文社区，为作者原创原文地址

当你拉取Docker镜像时，你会注意到它被拉取成不同的层。另外，当你创建自己的Docker镜像时，也会创建多个层。在本文中，我们将更好地理解Docker层。

1.什么是Docker层？

Docker镜像由几层组成。每层都对应 Dockerfile中的特定指定。Docker层创建指令有： RUN， COPY， ADD。其他指令将创建中间层，并且不会影响镜像的大小。

我们看一个例子：创建一个Spring Boot MVC应用程序，并且在Maven构建中创建Docker镜像。这些资源可从 GitHub获得。

我们使用的 feature/dockerbenchsecurity 分支，它是 master 分支中更安全的版本。

Dockerfile如下：

FROM openjdk:10-jdk
VOLUME /tmp
RUN useradd -d /home/appuser -m -s /bin/bash appuser
USER appuser
HEALTHCHECK --interval=5m --timeout=3s CMD curl -f http://localhost:8080/actuator/health/ || exit 1
ARG JAR_FILE
COPY ${JAR_FILE} app.jar
ENTRYPOINT ["java","-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom","-jar","/app.jar"]

我们使用mvn clean install 命令构建的应用程序，还将创建Docker镜像。为了简洁起见，我们没有列出openjdk:10-jdk镜像中所有图层的拉取。

Image will be built as mydeveloperplanet/mykubernetesplanet:0.0.3-SNAPSHOT
Step 1/8 : FROM openjdk:10-jdk
Pulling from library/openjdk
Image 16e82e17faef: Pulling fs layer
...
Image a9448aba0bc3: Pull complete
Digest: sha256:9f17c917630d5e95667840029487b6561b752f1be6a3c4a90c4716907c1aad65
Status: Downloaded newer image for openjdk:10-jdk---> b11e88dd885d
Step 2/8 : VOLUME /tmp---> Running in 21329898c3a6
Removing intermediate container 21329898c3a6---> b6f9ca000de6
Step 3/8 : RUN useradd -d /home/appuser -m -s /bin/bash appuser---> Running in 82645047e6e7
Removing intermediate container 82645047e6e7---> 04f6b2716819
Step 4/8 : USER appuser---> Running in 697b663dadbb
Removing intermediate container 697b663dadbb---> eaf6b8af5709
Step 5/8 : HEALTHCHECK --interval=5m --timeout=3s CMD curl -f http://localhost:8080/actuator/health/ || exit 1---> Running in f420b9d060c5
Removing intermediate container f420b9d060c5---> 77f95436a3ff
Step 6/8 : ARG JAR_FILE---> Running in 60b9d25ad2ac
Removing intermediate container 60b9d25ad2ac---> 135fa7df95ac
Step 7/8 : COPY ${JAR_FILE} app.jar---> 63c18567012b
Step 8/8 : ENTRYPOINT ["java","-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom","-jar","/app.jar"]---> Running in 79203446934a
Removing intermediate container 79203446934a---> 8e2b049f9783
Successfully built 8e2b049f9783
Successfully tagged mydeveloperplanet/mykubernetesplanet:0.0.3-SNAPSHOT

镜像构建发生了什么？我们注意到创建了多个docker层，并且大多数层都被删除（删除中间容器）。那么，为什么说删除中间容器而不是删除中间层呢？这是因为构建步骤是在中间容器中执行的。完成构建步骤后，旧可以删除中间容器。除此之外，层是只读的。一层包含前一层和当前层之间的差异。在这些层的顶层，有一个可写层（当前层），被称为容器层。如前所述，只有特定的指令会创建一个新层。

我们来看一下我们的Docker镜像：

$ docker image ls
REPOSITORY                              TAG               IMAGE ID        CREATED               SIZE
mydeveloperplanet/mykubernetesplanet    0.0.3-SNAPSHOT    8e2b049f9783    About a minute ago    1GB
openjdk

看看我们的mykubernetesplanet 镜像的构建历史记录：

$ docker history 8e2b049f9783
IMAGE           CREATED               CREATED BY                                      SIZE    COMMENT
8e2b049f9783    About a minute ago    /bin/sh -c #(nop) ENTRYPOINT ["java" "-Djav…    0B
63c18567012b    About a minute ago    /bin/sh -c #(nop) COPY file:2a5b71774c60e0f6…   17.4MB
135fa7df95ac    About a minute ago    /bin/sh -c #(nop) ARG JAR_FILE                  0B
77f95436a3ff    2 minutes ago         /bin/sh -c #(nop) HEALTHCHECK &{["CMD-SHELL…    0B
eaf6b8af5709    2 minutes ago         /bin/sh -c #(nop) USER appuser                  0B
04f6b2716819    2 minutes ago         /bin/sh -c useradd -d /home/appuser -m -s /b…   399kB
b6f9ca000de6    2 minutes ago         /bin/sh -c #(nop) VOLUME [/tmp]                 0B
b11e88dd885d    2 months ago          /bin/sh -c #(nop) CMD ["jshell"]                0B
<missing>       2 months ago          /bin/sh -c set -ex; if [ ! -d /usr/share/m…     697MB
<missing>       2 months ago          /bin/sh -c #(nop) ENV JAVA_DEBIAN_VERSION=1…

在这里我们注意到，与预期一致，中间容器的大小确实为0B。Dockerfile中只有 RUN and COPY 指令会影响Docker镜像的大小。openjdk:10-jdk镜像的各层也被列举出，显示为missing ，这意味着这些层可以建立在不同的系统上，并且在本地不可用。

2.重新创建Docker镜像

如果在不对源代码进行任何更改的情况下，再次运行Maven构建，会发生什么情况？

Image will be built as mydeveloperplanet/mykubernetesplanet:0.0.3-SNAPSHOT
Step 1/8 : FROM openjdk:10-jdk
Pulling from library/openjdk
Digest: sha256:9f17c917630d5e95667840029487b6561b752f1be6a3c4a90c4716907c1aad65
Status: Image is up to date for openjdk:10-jdk
---> b11e88dd885d
Step 2/8 : VOLUME /tmp
---> Using cache
---> b6f9ca000de6
...
Step 6/8 : ARG JAR_FILE
---> Using cache
---> 135fa7df95ac
Step 7/8 : COPY ${JAR_FILE} app.jar
---> 409f2fee0cde
Step 8/8 : ENTRYPOINT ["java","-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom","-jar","/app.jar"]
---> Running in 75f07955bbc8
Removing intermediate container 75f07955bbc8
---> e5d7b72aad05
Successfully built e5d7b72aad05
Successfully tagged mydeveloperplanet/mykubernetesplanet:0.0.3-SNAPSHOT

从上面我们注意到，镜像第一层与我们先前的版本相同–层ID相同。在日志中，我们注意到docker层是从缓存中提取的。

在步骤7中，docker使用新ID创建了一个新层。因为我们确实创建了一个新的JAR文件，Docker也识别它是一个新文件，因此创建了一个新层。

在步骤8中，还创建了一个新层，因为它是建立在新层之上的。

让我们再次列出Docker镜像：

$ docker image ls
REPOSITORY                              TAG               IMAGE ID        CREATED           SIZE
mydeveloperplanet/mykubernetesplanet    0.0.3-SNAPSHOT    e5d7b72aad05    13 seconds ago    1GB
<none>                                  <none>            8e2b049f9783    5 minutes ago     1GB
openjdk                                 10-jdk            b11e88dd885d    2 months ag

0.0.3-SNAPSHOT 中可以看到上次docker构建的镜像ID。而且，上个版本镜像ID和标签都已被删除，并以none 关键字表示。这称为 虚悬镜像(dangling image) 。我们将在本文结尾处对虚悬镜像(dangling image) 进行更详细的说明。

当我们查看新创建的镜像的历史时，我们注意到两个顶层是新的，就像docker构建日志中一样：

$ docker history e5d7b72aad05
IMAGE           CREATED           CREATED BY                                      SIZE     COMMENT
e5d7b72aad05    38 seconds ago    /bin/sh -c #(nop) ENTRYPOINT ["java" "-Djav…    0B
409f2fee0cde    42 seconds ago    /bin/sh -c #(nop) COPY file:4b04c6500d340c9e…   17.4MB
135fa7df95ac    6 minutes ago     /bin/sh -c #(nop) ARG JAR_FILE                  0B
...

当我们更改应用源代码时，结果是相同的，因为在这种情况下，还会生成一个新的JAR文件。

$ docker image ls
REPOSITORY                              TAG               IMAGE ID        CREATED           SIZE
mydeveloperplanet/mykubernetesplanet    0.0.3-SNAPSHOT    eced642d4f5c    30 seconds ago    1GB
<none>                                  <none>            e5d7b72aad05    3 minutes ago     1GB
<none>                                  <none>            8e2b049f9783    8 minutes ago     1GB
openjdk                                 10-jdk            b11e88dd885d    2 months ago      987MB
$ docker history eced642d4f5c
IMAGE           CREATED               CREATED BY                                      SIZE    COMMENT
eced642d4f5c    About a minute ago    /bin/sh -c #(nop) ENTRYPOINT ["java" "-Djav…    0B
44a9097b8bad    About a minute ago    /bin/sh -c #(nop) COPY file:1d5276778b53310e…   17.4MB
135fa7df95ac    9 minutes ago         /bin/sh -c #(nop) ARG JAR_FILE                  0B
...

3.镜像有多大？

通过docker image ls命令的输出，我们注意到两个虚悬镜像(dangling image)，大小为1 GB。这对存储有什么影响？

首先，我们需要知道镜像数据的存储位置。使用以下命令可以检索存储位置：

$ docker image inspect eced642d4f5c..."GraphDriver": {"Data": {"LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/655be8bea8e54c31ebb7e3adf05db227d194a49c1e2f95552d593d623e024b92/diff:/var/lib/docker/overlay2/993f77b91a487e19b3696836efee23c8a17791d71096d348c54c38fba3dc8478/diff:/var/lib/docker/overlay2/d62d6ca8ce1960d057e11d163d458563628e5a337de06455e714900f72005589/diff:/var/lib/docker/overlay2/cabdf4de81557a8047e3670bd2eecb5449de7de8fe9dfd4ad0c81d7dd2c61e9d/diff:/var/lib/docker/overlay2/062bf99d6a563ee2ef7824ec02ff5cd09fb8721cb23f6a55f8927edc2607f9c1/diff:/var/lib/docker/overlay2/ba024c24b20771dbf409f501423273e13225cf675f30896720cadace1c7be000/diff:/var/lib/docker/overlay2/d15f4477b53508127bebd1224c9ea09cd767f7db7429ffb1e8aa79b01ab77506/diff:/var/lib/docker/overlay2/ea434348d6625bc49875d0aba886b24ff0e1e204a350099981dcfc4029bc688d/diff:/var/lib/docker/overlay2/05e003c0522c7049110aa3ce09814ff2167da1e53ec83481fef03324011ce6e6/diff","MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/205b55ee2f0e06394b6d17067338845410609887ccd18f53bf0646ff60452ffb/merged","UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/205b55ee2f0e06394b6d17067338845410609887ccd18f53bf0646ff60452ffb/diff","WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/205b55ee2f0e06394b6d17067338845410609887ccd18f53bf0646ff60452ffb/work"},"Name": "overlay2"},...

可以看到，我们的Docker镜像存储在 /var/lib/docker/overlay2。我们可以通过查看overlay2 目录的大小，来了解它占用的存储空间：

$ du -sh -m overlay2
1059 overlay2

openjdk:10-jdk 镜像大小是987 MB，JAR文件为17.4 MB，总大小应约为987 MB + 3 * 17.4 MB（两个虚悬镜像(dangling image) 和一个真实的镜像）。这大约是1,040 MB。

可以看出，我们不能简单地添加所有Docker镜像的大小来确认实际存储大小。

其中的差异是由于存在中间镜像。

这些可以显示如下：

$ docker images -a
REPOSITORY                              TAG               IMAGE ID        CREATED       SIZE
mydeveloperplanet/mykubernetesplanet    0.0.3-SNAPSHOT    eced642d4f5c    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            44a9097b8bad    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            e5d7b72aad05    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            409f2fee0cde    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            8e2b049f9783    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            63c18567012b    7 days ago    1GB
<none>                                  <none>            135fa7df95ac    7 days ago    987MB
<none>                                  <none>            77f95436a3ff    7 days ago    987MB
<none>                                  <none>            eaf6b8af5709    7 days ago    987MB
<none>                                  <none>            04f6b2716819    7 days ago    987MB
<none>                                  <none>            b6f9ca000de6    7 days ago    987MB
openjdk                                 10-jdk            b11e88dd885d    2 months ago

4. 如何去掉虚悬镜像(dangling image)

虚悬镜像(dangling image) ，我们不需要它们，它们还占用存储空间。我们如何去掉呢？

首先，列出悬空的镜像：

$ docker images -f dangling=true
REPOSITORY    TAG     IMAGE ID        CREATED       SIZE
<none>        <none>  e5d7b72aad05    7 days ago    1GB
<none>        <none>  8e2b049f9783    7 days ago    1GB

我们可以使用以下 docker rmi 命令删除镜像：

$ docker rmi e5d7b72aad05
Deleted: sha256:e5d7b72aad054100d142d99467c218062a2ef3bc2a0994fb589f9fc7ff004afe
Deleted: sha256:409f2fee0cde9b5144f8e92887b61e49f3ccbd2b0e601f536941d3b9be32ff47
Deleted: sha256:2162a2af22ee26f7ac9bd95c39818312dc9714b8fbfbeb892ff827be15c7795b

或者，你可以使用 docker image prune 命令来执行此操作。

现在已经删除了虚悬镜像(dangling image)，让我们看一下overlay2 目录的大小：

$ du -sh -m overlay2
1026 overlay2

我们节省了33 MB。

似乎还不算什么，但是当你经常构建Docker镜像时，随着时间的流逝，它会显著增长。

5.总结

在本文中，我们尝试更好地理解Docker层。我们注意到构建Docker镜像时会创建中间层，如果我们不定期清理中间层，那么虚悬镜像(dangling image)会一直保留在我们的系统中。我们还查看了系统上Docker镜像的大小。

译文链接： https://dzone.com/articles/docker-layers-explained