Docker——Docker 镜像详解

柔情只为你懂 2023-01-15 10:27 157阅读 0赞

### Docker 镜像 ###

*  Docker镜像是什么
 *  Docker镜像加载原理
 *   *  联合文件系统（UnionFS）
     *  镜像加载原理
     *  镜像分成理解
 *  Commit镜像
 *  镜像的总结

# Docker镜像是什么 #

*  Docker 容器的运行是基于宿主机的内核，通过linux的namespaces来实现隔离，相对于虚拟机而言降低了硬件资源的性能损耗，且具备一定程度上的应用隔离效果。
 *  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的所有内容，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。
 *  通过最小化的镜像方式运行docker 容器，相对于虚拟机而言大幅度降低非生产力进程的资源消耗。
 *  所有应用，直接打包成docker镜像，就可以在其他服务器上直接运行起来！
 *  Docker 客户端启动一个容器时，通过TCP或者unix socket连接docker daemon。如果需要启动的容器镜像本地不存在，则从registry来拉取到本地，然后根据传递的CMD或者默认的CMD来启动容器。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# Docker镜像加载原理 #

## 联合文件系统（UnionFS） ##

*  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 virtualfilesystem)。
 *  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
 *  我们下载的时候看到的一层层的就是联合文件系统

## 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.
 *  bootfs(boot file system)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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

1.  一开始内核里什么都没有，操作一个命令下载debian
2.  安装一个emacs，就在内核上面加了一层images
3.  安装一个apache，又在上面再加一层
4.  下面每一层都是公用的

Docker里的centos的大小才200m

*  因为对于精简的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。

## 镜像分成理解 ##

Docker镜像采用分层结构的好处：

*  资源共享，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，而且镜像的每一层都可以被共享

使用docker image inspect 镜像名 查看镜像分层
    docker image inspect tomcat
    
    "RootFS": {
        
                "Type": "layers",
                "Layers": [
                    "sha256:e2c6ff46235709f5178ab7c1939f4fba7237ffde84e13b1582fa5f0837c1d978",
                    "sha256:26270c5e25fa4569f37428604f708f8863a171ec2499a066241a641017971308",
                    "sha256:a42439ce96509df457152574716e3c07a8d5640fe9c16f5d4fb8854f72ce357a",
                    "sha256:5d5962699bd5f016d81fc6d623cb0bc1f3853efdc48b6958053122caffc425de",
                    "sha256:26863b4714ee050f833364c81528e499eeff4f778cde2064e2db4cb24b289f08",
                    "sha256:e8ef11c449dc031843c8689705b8348da5931ae611b46bfaceaa974b7832fe43",
                    "sha256:825d742348a7bd1509510b17a2ffcdedfbd601f2f06e27441c048edd24d76e40",
                    "sha256:7d8560b35c34638f13784a532581d1741f21a4f8f313f6715f127f7a22612983",
                    "sha256:447f25b09d03785e0c1a5bd581d2f2880fe315e2e5f3e78f02f7d2fb224a1ad4",
                    "sha256:bc7727a11f1ace90fd41701385cdd08659866de174873a3e3b550dcab1d717db"
                ]
            },
    
    这个Layers就是分层

*  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  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
 *  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。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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]
 *  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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]
 *  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。
 *  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。  
    ![在这里插入图片描述][20210422143628259.png]
 *  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
 *  这一层就是通常说的容器层，容器之下的都叫镜像层

# Commit镜像 #

提交一个自己制作的镜像

docker commit 提交容器成为一个新的副本
    
    docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]
    
    先创建一个tomcat容器
    docker run -it -p 9000:8080 --name tomcat01 tomcat /bin/bash
    
    进入容器修改
    cp -r webapps.dist/* webapps/
    
    将修改后的容器提交成一个新的镜像
    docker commit -a="maomao" -m="add webapps" dd3e1a74ea4f tomcat02:1.0
    
    docker images
    
    REPOSITORY            TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
    tomcat02              1.0       17282ff7d785   5 seconds ago   672MB
    
    测试
    [root@docker run]# docker run -it -p 9000:8080 --name ceshi 172 /bin/bash
    root@ec8413e7f4f7:/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@ec8413e7f4f7:/usr/local/tomcat# cd bin/
    root@ec8413e7f4f7:/usr/local/tomcat/bin# ./startup.sh 
    Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
    Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
    Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
    Using JRE_HOME:        /usr/local/openjdk-11
    Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
    Using CATALINA_OPTS:   
    Tomcat started.
    
    不需要像之前一样修改webapps目录 就能够访问网页了

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# 镜像的总结 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NhbnRldmVubA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

*  基于运行中的容器，手动制作镜像
    
     *  将运行中的容器暂停(docker commit 默认暂停容器)，然后将当前的状态制作成镜像，注意需要指定repository，只要 -a添加作者信息，-c修改其它字段信息，常修改CMD信息。
     *  导出(export)当前容器的文件系统信息，导出后的格式为.tar，.tar文件是一个中间状态的文件，需要使用import导入并且设置CMD等相关信息才是一个完整的镜像。
 *  自动化制作镜像 Dockerfile  
    Dockerfile 能解决两个问题：
    
     *  制作过程自动化：原理也是先运行容器，然后再基于运行的容器制作镜像，但是将制作过程使用dockerfile预先指定好
     *  可以引入变量：在制作镜像时手动传参，根据传递的参数制作不同的镜像；在创建容器时手动传参，根据传递的参数修改进程的配置
 *  镜像导出和导入
    
     *  这并不是制作镜像，而是共享或传输镜像到其它服务器的一种方式，如果局域网中存在registory，这种方式意义不大。
     *  如果局域网中没有registory，通过公网下载镜像会变得非常慢，因此将需要的镜像在一台机器上打包好，分发到各台服务器上会更加节约时间。

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