Docker鏡像加載原理

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Docker鏡像

鏡像是什么？

•  鏡像是一種輕量級、可執行的獨立軟件包，用來(lái)打包軟件運行環(huán)境和基于運行環(huán)境開(kāi)發(fā)的軟件，它包含運行某個(gè)軟件所需的所有內容，包括代碼、運行時(shí)、庫、環(huán)境變量和配置文件。
• 所有的應用，直接打包docker鏡像，就可以直接跑起來(lái)!
• 如何得到鏡像？

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自己制作一個(gè)鏡像 DockerFile

Docker鏡像加載原理

UnionFS（聯(lián)合文件系統）

• UnionFS (聯(lián)合文件系統） :Union文件系統(UnionFS)是一種分層、輕量級并且高性能的文件系統，它支持對文件系統的修改作為一次提交來(lái)一層層的疊加，同時(shí)可以將不同目錄掛載到同一個(gè)虛擬文件系統下(unite several directories into a single virtualfilesystem)。Union文件系統是Docker鏡像的基礎。鏡像可以通過(guò)分層來(lái)進(jìn)行繼承，基于基礎鏡像（沒(méi)有父鏡像），可以制作各種具體的應用鏡像。
• 特性:一次同時(shí)加載多個(gè)文件系統，但從外面看起來(lái)，只能看到一個(gè)文件系統，聯(lián)合加載會(huì )把各層文件系統疊加起來(lái)，這樣最終的文件系統會(huì )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組成，這種層級的文件系統UnionFS。
• bootfs(boot file system)主要包含bootloader和kernel, bootloader主要是引導加載kernel, Linux剛啟動(dòng)時(shí)會(huì )加載bootfs文件系統，在Docker鏡像的最底層是boots。這一層與我們典型的Linux/Unix系統是一樣的，包含boot加載器和內核。當boot加載完成之后整個(gè)內核就都在內存中了，此時(shí)內存的使用權已由bootfs轉交給內核，此時(shí)系統也會(huì )卸載bootfs。
• roots (root fle system)，在bootfs之上。包含的就是典型Linux系統中的/dev,/proc, /bin, /etc等標準目錄和文件。rootfs就是各種不同的操作系統發(fā)行版，比如Ubuntu ,Centos等等。
  

平時(shí)我們安裝虛擬機的CentOS都是好幾個(gè)G，為什么Docker才200M？

• 對于一個(gè)精簡(jiǎn)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，因為底層直接用Host的kernel自己只需要提供roots就可以了。由此可見(jiàn)對于不同的linux發(fā)行版, bootfs基本是一致的, rootfs會(huì )有差別,因此不同的發(fā)行版可以公用bootfs。
• 虛擬機是分鐘級別，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(guò)，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構呢?
• 最大的好處，我覺(jué)得莫過(guò)于是資源共享了!比如有多個(gè)鏡像都從相同的Base鏡像構建而來(lái)，那么宿主機只需在磁盤(pán)上保留一份base鏡像，同時(shí)內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(guò)docker image inspect +容器命令!
• 觀(guān)察Layers（層）

理解分層的含義

•  所有的Docker鏡像都起始于一個(gè)基礎鏡像層，當進(jìn)行修改或增加新的內容時(shí)，就會(huì )在當前鏡像層之上，創(chuàng )建新的鏡像層
• 舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假如基于Ubuntu Linux 16.04創(chuàng )建一個(gè)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(huì )在基礎鏡像層之上創(chuàng )建第二個(gè)鏡像層;如果繼續添加一個(gè)安全補丁，就會(huì )創(chuàng )建第三個(gè)鏡像層。
• 該鏡像當前已經(jīng)包含3個(gè)鏡像層，如下圖所示（這只是一個(gè)用于演示的很簡(jiǎn)單的例子)。
  

在添加額外的鏡像層的同時(shí)，鏡像始終保持是當前所有鏡像的組合，理解這一點(diǎn)非常重要。下圖中舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，每個(gè)鏡像層包含3個(gè)文件，而鏡像包含了來(lái)自?xún)蓚€(gè)鏡像層的6個(gè)文件。

• 上圖中的鏡像層跟之前圖中的略有區別，主要目的是便于展示文件。
• 下圖中展示了一個(gè)稍微復雜的三層鏡像，在外部看來(lái)整個(gè)鏡像只有6個(gè)文件，這是因為最上層中的文件7是文件5的一個(gè)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(gè)新鏡像層添加到鏡像當中。
• Docker通過(guò)存儲引擎（新版本采用快照機制)的方式來(lái)實(shí)現鏡像層堆棧，并保證多鏡像層對外展示為統一的文件系統。
• 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中對應的文件系統或者塊設備技術(shù)，并且每種存儲引擎都有其獨有的性能特點(diǎn)。
• Docker在Windows上僅支持windowsfilter一種存儲引擎，該引擎基于NTFS文件系統之上實(shí)現了分層和CoW[1].
• 下圖展示了與系統顯示相同的三層鏡像。所有鏡像層堆疊并合并，對外提供統一的視圖。

分層下載的好處

假設有些應用的層是相同的，就可以直接復用！

特點(diǎn)

•  Docker鏡像都是只讀的，當容器啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)新的可寫(xiě)層被加載到鏡像的頂部！
• 這一層就是我們通常說(shuō)的容器層(run)，容器之下的都叫鏡像層(遠程pull)！
• 所有操作都是基于容器層
  

Commit鏡像

• 如何提交一個(gè)自己的鏡像？
• Docker commit

docker commit 提交容器成為一個(gè)新的副本

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

#運行一個(gè)默認的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)現這個(gè)默認的tomcat 是沒(méi)有webapps應用,是因為鏡像的原因,官方的鏡像默認webapps下沒(méi)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(fǎng)問(wèn),測試成功
http://192.168.100.100:8080/

#提交修改后的容器成為一個(gè)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

• Docker鏡像(Images) 的主要特點(diǎn)是，分層、寫(xiě)時(shí)復制、內容尋址 和 聯(lián)合掛載。
• Docker鏡像是Docker容器運行的基礎，沒(méi)有Docker鏡像，就不可能有Docker容器，這也是Docker的設計原則之一
• 可以理解的是：Docker鏡像畢竟是鏡像，屬于靜態(tài)的內容；而Docker容器就不一樣了，容器屬于動(dòng)態(tài)的內容。動(dòng)態(tài)的內容，大家很容易聯(lián)想到進(jìn)程，內存，CPU等之類(lèi)的東西。的確，Docker容器作為動(dòng)態(tài)的內容，都會(huì )包含這些
• 為了便于理解，大家可以把Docker容器，理解為一個(gè)或多個(gè)運行進(jìn)程，而這些運行進(jìn)程將占有相應的內存，相應的CPU計算資源，相應的虛擬網(wǎng)絡(luò )設備以及相應的文件系統資源。而Docker容器所占用的文件系統資源，則通過(guò)Docker鏡像的鏡像層文件來(lái)提供

以上就是Docker鏡像原理的詳細內容，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！