Docker容器的加載原理、分層原理、commit鏡像

一、什么是鏡像

• 鏡像是一種輕量級(jí)、可執(zhí)行的獨(dú)立軟件包，用來(lái)打包軟件運(yùn)行環(huán)境和基于運(yùn)行環(huán)境開(kāi)發(fā)的軟件。
• 它包含運(yùn)行某個(gè)軟件所需的所有內(nèi)容，包括代碼、運(yùn)行時(shí)環(huán)境、庫(kù)、環(huán)境變量和配置文件。
• 所有的應(yīng)用，直接打包成docker鏡像，就可以直接跑起來(lái)。

如何得到鏡像：

• 從遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)下載
• 從其他地方copy
• 自己制作一個(gè)鏡像 DockerFile

二、docker鏡像加載原理

1. 聯(lián)合文件系統(tǒng)UnionFS

UnionFS是一種分層、輕量級(jí)并且高性能的文件系統(tǒng)。支持對(duì)文件系統(tǒng)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(tǒng)下。這個(gè)在我們下載鏡像的時(shí)候，就可以看到這樣的效果。

比如有涉及到相同的文件，那么就可以共用了，極大節(jié)省資源。

UnionFS是docker鏡像的基礎(chǔ)，鏡像可以通過(guò)分層來(lái)進(jìn)行繼承，基于基礎(chǔ)鏡像(沒(méi)有父鏡像)，可以
制作各種具體的應(yīng)用鏡像。

特性：一次同時(shí)加載多個(gè)文件系統(tǒng)，但從外面看起來(lái)，只能看到一個(gè)文件系統(tǒng)，聯(lián)合加載會(huì)把各層文件系統(tǒng)疊加起來(lái)，這樣最終的文件系統(tǒng)會(huì)包含所有底層的文件和目錄。

2. 鏡像加載原理

docker的鏡像實(shí)際上由一層一層的文件系統(tǒng)組成，這種層級(jí)文件系統(tǒng)就是上述的UnionFS。接著，在內(nèi)部又分為2部分：

• bootfs(boot file system)：docker鏡像的最底層是bootfs，主要包含bootloader(加載器)和kernel(內(nèi)核)。bootloader主要是引導(dǎo)加載kernel，linux剛啟動(dòng)時(shí)會(huì)加載bootfs文件系統(tǒng)。這一層與典型的linux/Unix系統(tǒng)一樣，包含bootloader和kernel。
  當(dāng)boot加載完成后，整個(gè)內(nèi)核就在內(nèi)存中了，此時(shí)內(nèi)存的使用權(quán)已由bootfs轉(zhuǎn)交給了內(nèi)核，此時(shí)系統(tǒng)也會(huì)卸載bootfs。
  這里的加載，可以理解為，我們windows電腦開(kāi)機(jī)時(shí)候，從黑屏到進(jìn)入操作系統(tǒng)的過(guò)程。
• rootfs(root file system)：在bootfs之上，包含的就是典型linux系統(tǒng)中的/dev、/proc、/bin、/etc等標(biāo)準(zhǔn)目錄和文件。

rootfs就是各種不同的操作系統(tǒng)發(fā)行版，比如Ubuntu、Centos等等。

如圖所示：

圖中以debian系統(tǒng)為例，從左到右，分為3個(gè)過(guò)程:

• 圖1，開(kāi)始的狀態(tài)，下載了一個(gè)debian系統(tǒng)。
• 圖2，安裝了一個(gè)emacs，這時(shí)候可以看到在圖1基礎(chǔ)上，加了一層Image。
• 圖3，又裝了一個(gè)Apache，此時(shí)在圖2的基礎(chǔ)上再加了一層Image。

說(shuō)明了docker的鏡像實(shí)際上是由層一層的文件系統(tǒng)組成的。對(duì)于不同的的linux發(fā)行版本，bootfs基本是一致的，rootfs會(huì)有差別，所以不同的發(fā)行版可以共用bootfs。

另外，在docker上的操作系統(tǒng)通常都是精簡(jiǎn)版的，在VM上安裝個(gè)centos鏡像大小1個(gè)G多，而在docker上的centos鏡像只有200M大小。

因?yàn)榈讓又苯佑弥鳈C(jī)的內(nèi)核，自己只需要提供rootfs就行了，所以rootfs可以很小，只需要包含最基本的命令、工具和程序庫(kù)即可。

這樣一來(lái)，啟動(dòng)速度也快了，因?yàn)樽罾速M(fèi)時(shí)間的引導(dǎo)加載過(guò)程沒(méi)了。

三、分層原理

知道了鏡像的加載原理，不妨再回頭看下鏡像分層的原理。之前提過(guò)，鏡像下載的時(shí)候是分層下載的，有些層如果已經(jīng)存在了，就無(wú)需再次下載。

比如我下載一個(gè)redis的鏡像。

這種方式最大的好處就在于資源共享。比如有多個(gè)鏡像都從相同的BASE鏡像構(gòu)建來(lái)的，那么宿主機(jī)只需要在磁盤上保留1分BASE鏡像，同時(shí)內(nèi)存中也只需要加載一份BASE鏡像，這樣所有的容器都可以使用。另外，鏡像的每一層都是可以共享的。

可以通過(guò)docker image inspect來(lái)查看鏡像的分層，比如查看剛才下載的redis鏡像：

docker image inspect redis:latest

所有的docker鏡像都起始于一個(gè)基礎(chǔ)鏡像層，當(dāng)進(jìn)行修改或者增加新的內(nèi)容時(shí)，就會(huì)在當(dāng)前鏡像層之上，創(chuàng)建新的鏡像層。

比如：

我現(xiàn)在要制作一個(gè)鏡像。

• 這個(gè)鏡像基于Ubuntu linux 16.04，這也是鏡像的第一層。
• 繼續(xù)還要安裝python包，就會(huì)在第一層之上創(chuàng)建第二個(gè)鏡像層。
• 繼續(xù)打補(bǔ)丁的話，還會(huì)再創(chuàng)建第三個(gè)鏡像層。

要注意的是：

在添加額外的鏡像層的同時(shí)，鏡像始終保持是當(dāng)前所有鏡像的組合，如下圖：

這里每個(gè)鏡像層包含了3個(gè)文件，而鏡像則是包含了來(lái)自2個(gè)鏡像層的6個(gè)文件。

現(xiàn)在，如果第二層中的 文件5 需要升級(jí)版本。這時(shí)候上層鏡像中的文件會(huì)覆蓋底層鏡像中對(duì)應(yīng)的文件，使得文件里更新版本作為一個(gè)新鏡像層添加到鏡像當(dāng)中。

docker 通過(guò)存儲(chǔ)引擎的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)鏡像層堆棧，并保證多鏡像層對(duì)外展示為統(tǒng)一的文件系統(tǒng)。

四、commit鏡像

通過(guò)上面的了解，現(xiàn)在已經(jīng)知道鏡像的結(jié)構(gòu)原理，那么我們自己就可以制作一個(gè)鏡像來(lái)。

比如，現(xiàn)在pull一個(gè)tomcat鏡像作為基礎(chǔ)層，我啟動(dòng)這個(gè)鏡像后，在容器里做了一些我自己的改動(dòng)，我覺(jué)得我的這些改動(dòng)很好，鏡像變得更好用了。那么我需要來(lái)保存這個(gè)容器的狀態(tài)，通過(guò)commit命令，提交鏡像。

docker commit -m="提交描述信息" -a="作者" 容器id 目標(biāo)鏡像名稱:版本標(biāo)簽

運(yùn)行tomcat后，進(jìn)入到webapps下，發(fā)現(xiàn)是沒(méi)有項(xiàng)目的，因?yàn)槭情幐畎妗?/p>

現(xiàn)在我把webapps.dist下的所有內(nèi)容copy到webapps下。

現(xiàn)在我用ip:8080就可以訪問(wèn)到項(xiàng)目了。

現(xiàn)在我提交這個(gè)改動(dòng)過(guò)后的容器。

docker commit -m="pingguo first commit image" -a="pingguo" 03844ff66434 tomcatpingguo:1.0

提交成功后，docker images查看鏡像，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)保存在本地。

通過(guò)自己的提交鏡像操作，再回過(guò)來(lái)體會(huì)下鏡像的分層，是不是理解更深刻了些？

以上就是Docker容器的加載分層原理及commit鏡像的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Docker加載分層commit鏡像的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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