docker的镜像原理

一、镜像是什么
二、docker镜像加载原理
- 1、UnionFS（联合文件系统）
- 2、docker镜像加载原理
三、分层理解
- 1、分层的镜像
四、commit镜像(分层原理的例子)
- 实战练习：

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要的所有内容，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！

如何得到镜像:

从远程仓库下载
拷贝
自己制作镜像（dockerfile)

二、docker镜像加载原理

1、UnionFS（联合文件系统）

下载镜像时，看到的一层一层的就是这个！！

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的镜像实际上时由一层一层的文件系统组成的，这种层级的文件系统UnionFS

bootfs(boot file system)(即系统启动需要的引导加载)

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里才200多M?

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.

这里也就可以理解虚拟机的启动时分钟级别，而docker的启动是分钟级的！

三、分层理解

1、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，乐意看到一层一层的在下载！

[root@localhost ~] # docker pull 192.168.28.10:5000/nginx
Using default tag: latest
latest: Pulling from nginx
a076a628af6f: Already exists
0732ab25fa22: Pull complete
d7f36f6fe38f: Pull complete
f72584a26f32: Pull complete
7125e4df9063: Pull complete
Digest: sha256:0b159cd1ee1203dad901967ac55eee18c24da84ba3be384690304be93538bea8
Status: Downloaded newer image for 192.168.28.10:5000/nginx:latest
192.168.28.10:5000/nginx:latest

为什么docker镜像要采用这种分层的结构呢？

最大的好处，莫过于是资源共享了!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 /mxx] # docker image inspect redis:latest
[{"Id": "sha256:621ceef7494adfcbe0e523593639f6625795cc0dc91a750629367a8c7b3ccebb","RepoTags": ["redis:latest"],"RepoDigests": ["redis@sha256:0f97c1c9daf5b69b93390ccbe8d3e2971617ec4801fd0882c72bf7cad3a13494"],"Parent": "","Comment": "","Created": "2021-01-13T09:45:41.527587343Z","Container": "16535cfaf84a4049b6c02840219e8473787d5610e29409049df3a41bbf77a333","ContainerConfig": {"Hostname": "16535cfaf84a","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=6.0.10","REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.10.tar.gz","REDIS_DOWNLOAD_SHA=79bbb894f9dceb33ca699ee3ca4a4e1228be7fb5547aeb2f99d921e86c1285bd"],"Cmd": ["/bin/sh","-c","#(nop) ","CMD [\"redis-server\"]"],"Image": "sha256:222c0cecc006d8c73a04a58b5fa15ebae171a6e82a8ee8650ae616f6f1798ef4","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=6.0.10","REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.10.tar.gz","REDIS_DOWNLOAD_SHA=79bbb894f9dceb33ca699ee3ca4a4e1228be7fb5547aeb2f99d921e86c1285bd"],"Cmd": ["redis-server"],"Image": "sha256:222c0cecc006d8c73a04a58b5fa15ebae171a6e82a8ee8650ae616f6f1798ef4","Volumes": {"/data": {}},"WorkingDir": "/data","Entrypoint": ["docker-entrypoint.sh"],"OnBuild": null,"Labels": null},"Architecture": "amd64","Os": "linux","Size": 104285909,"VirtualSize": 104285909,"GraphDriver": {"Data": {"LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/610cf5511965d30850be9a0ffdd5c105883cc8671fa596401c1457c772d21fb8/diff:/var/lib/docker/overlay2/9f52d9834c58bcd12e66c358aad9872585bf6bce3488f611328c1ec11288daad/diff:/var/lib/docker/overlay2/79b8d8526445cde7f649ae9619c4fef681953599a7e00454d2171fb7fc8a8691/diff:/var/lib/docker/overlay2/5ee51473aef28cbe8e314313043dcf1442d3b27f00bbaf4909495422630ad9ae/diff:/var/lib/docker/overlay2/7cd24d87c994b78e2c6403cd4566daae04604befb0dade1536e3e5e42e4b33af/diff","MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/0b9a766a7c0335e91c797d0e387366ddcb0efc411ee2ce6e1b0a00044dddc374/merged","UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/0b9a766a7c0335e91c797d0e387366ddcb0efc411ee2ce6e1b0a00044dddc374/diff","WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/0b9a766a7c0335e91c797d0e387366ddcb0efc411ee2ce6e1b0a00044dddc374/work"},"Name": "overlay2"},"RootFS": {"Type": "layers","Layers": ["sha256:cb42413394c4059335228c137fe884ff3ab8946a014014309676c25e3ac86864","sha256:8e14cb7841faede6e42ab797f915c329c22f3b39026f8338c4c75de26e5d4e82","sha256:1450b8f0019c829e638ab5c1f3c2674d117517669e41dd2d0409a668e0807e96","sha256:f927192cc30cb53065dc266f78ff12dc06651d6eb84088e82be2d98ac47d42a0","sha256:a24a292d018421783c491bc72f6601908cb844b17427bac92f0a22f5fd809665","sha256:3480f9cdd491225670e9899786128ffe47054b0a5d54c48f6b10623d2f340632"]},"Metadata": {"LastTagTime": "0001-01-01T00:00:00Z"}}
]

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 Linux 16.04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，就会创建第三个镜像层。
该镜像当前已经包含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别，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上可用的存储引擎有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[1]。

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。

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!这一层就是我们通常说的容器层，容器之下的都叫镜像层!

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。所有镜像层堆叠并合并，对外提供统一的视图。

[外链图片转存中…(img-unvv70en-1616491617955)]

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!这一层就是我们通常说的容器层，容器之下的都叫镜像层!

四、commit镜像(分层原理的例子)

docker commit 提交容器成为一个新的副本docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名：[tag]

实战练习：

1、启动一个tomcat
docker run -it -p 3345:8080 tomcat

在外网浏览器登录查看是否安装成功，发现并不是tomcat安装成功界面！

2、发现tomcat的镜像的webapps内没有内容，镜像的原因，官方的镜像默认webapps是没有文件的！

root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat# ls
BUILDING.txt     LICENSE  README.md  RUNNING.txt  conf  logs        temp     webapps.dist
CONTRIBUTING.md  NOTICE   RELEASE-NOTES  bin          lib   native-jni-lib  webapps  work
root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat# cd webapps
root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat/webapps# ls
root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat/webapps#

3、把webapps.dist内的内容-r复制到webapps中cp -r /usr/local/tomcat/webapps.dist/* /usr/local/tomcat/webappsroot@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat/webapps.dist# cp -r /usr/local/tomcat/webapps.dist/* /usr/local/tomcat/webapps
root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat# cd webapps
root@345b5b40cba8:/usr/local/tomcat/webapps# ls
ROOT  docs  examples  host-manager  manager

4、把自己操作过的容器通过commit提交为一个镜像！以后就可以使用我们制作的镜像了！docker commit -m="add webapps" -a="mxx" 629ad3f37e55 tomcat01：1.0
sha256:3716bce90595bc7c6209301b01e38f8db9130fc1a9db174dc2e519dcef9447fa

5、查看我们制作的镜像
docker images[root@localhost ~] # docker images
REPOSITORY                 TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
tomcat01                   1.0       3716bce90595   2 minutes ago   654MB
mysql                      latest    c8562eaf9d81   2 months ago    546MB
redis                      latest    621ceef7494a   2 months ago    104MB
tomcat                     latest    040bdb29ab37   2 months ago    649MB