docker(镜像原理)
镜像原理之联合文件系统
镜像是什么
镜像是一种轻量级、可执行的独立软件保，用来打包软件运行环境和基于运行环境开发的软件，他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。
所有应用，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
- 别人拷贝给你
- 自己制作一个镜像 DockerFile
Docker镜像加载原理
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，他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。
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。 boots(boot file system）主要包含 bootloader和 Kernel, bootloader主要是引导加 kernel, Linux刚启动时会加bootfs文件系统，在 Docker镜像的最底层是 boots。这一层与我们典型的Linux/Unix系统是一样的，包含boot加載器和内核。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这里才200M？
对于个精简的OS,rootfs可以很小，只需要包合最基本的命令，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， boots基本是一致的， rootfs会有差別，因此不同的发行版可以公用bootfs.
虚拟机是分钟级别，容器是秒级！
分层理解
我们可以去下载一个镜像，注意观察下载的日志输出，可以看到是一层层的在下载。
最大的好处，我觉得莫过于资源共享了！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
➜ / docker image inspect redis
[
{
"Id": "sha256:f9b9909726890b00d2098081642edf32e5211b7ab53563929a47f250bcdc1d7c",
"RepoTags": [
"redis:latest"
],
"RepoDigests": [
"redis@sha256:399a9b17b8522e24fbe2fd3b42474d4bb668d3994153c4b5d38c3dafd5903e32"
],
"Parent": "",
"Comment": "",
"Created": "2020-05-02T01:40:19.112130797Z",
"Container": "d30c0bcea88561bc5139821227d2199bb027eeba9083f90c701891b4affce3bc",
"ContainerConfig": {
"Hostname": "d30c0bcea885",
"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=6.0.1",
"REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.1.tar.gz",
"REDIS_DOWNLOAD_SHA=b8756e430479edc162ba9c44dc89ac394316cd482f2dc6b91bcd5fe12593f273"
],
"Cmd": [
"/bin/sh",
"-c",
"#(nop) ",
"CMD [\"redis-server\"]"
],
"ArgsEscaped": true,
"Image": "sha256:704c602fa36f41a6d2d08e49bd2319ccd6915418f545c838416318b3c29811e0",
"Volumes": {
"/data": {}
},
"WorkingDir": "/data",
"Entrypoint": [
"docker-entrypoint.sh"
],
"OnBuild": null,
"Labels": {}
},
"DockerVersion": "18.09.7",
"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=6.0.1",
"REDIS_DOWNLOAD_URL=http://download.redis.io/releases/redis-6.0.1.tar.gz",
"REDIS_DOWNLOAD_SHA=b8756e430479edc162ba9c44dc89ac394316cd482f2dc6b91bcd5fe12593f273"
],
"Cmd": [
"redis-server"
],
"ArgsEscaped": true,
"Image": "sha256:704c602fa36f41a6d2d08e49bd2319ccd6915418f545c838416318b3c29811e0",
"Volumes": {
"/data": {}
},
"WorkingDir": "/data",
"Entrypoint": [
"docker-entrypoint.sh"
],
"OnBuild": null,
"Labels": null
},
"Architecture": "amd64",
"Os": "linux",
"Size": 104101893,
"VirtualSize": 104101893,
"GraphDriver": {
"Data": {
"LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/adea96bbe6518657dc2d4c6331a807eea70567144abda686588ef6c3bb0d778a/diff:/var/lib/docker/overlay2/66abd822d34dc6446e6bebe73721dfd1dc497c2c8063c43ffb8cf8140e2caeb6/diff:/var/lib/docker/overlay2/d19d24fb6a24801c5fa639c1d979d19f3f17196b3c6dde96d3b69cd2ad07ba8a/diff:/var/lib/docker/overlay2/a1e95aae5e09ca6df4f71b542c86c677b884f5280c1d3e3a1111b13644b221f9/diff:/var/lib/docker/overlay2/cd90f7a9cd0227c1db29ea992e889e4e6af057d9ab2835dd18a67a019c18bab4/diff",
"MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/afa1de233453b60686a3847854624ef191d7bc317fb01e015b4f06671139fb11/merged",
"UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/afa1de233453b60686a3847854624ef191d7bc317fb01e015b4f06671139fb11/diff",
"WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/afa1de233453b60686a3847854624ef191d7bc317fb01e015b4f06671139fb11/work"
},
"Name": "overlay2"
},
"RootFS": {
"Type": "layers",
"Layers": [
"sha256:c2adabaecedbda0af72b153c6499a0555f3a769d52370469d8f6bd6328af9b13",
"sha256:744315296a49be711c312dfa1b3a80516116f78c437367ff0bc678da1123e990",
"sha256:379ef5d5cb402a5538413d7285b21aa58a560882d15f1f553f7868dc4b66afa8",
"sha256:d00fd460effb7b066760f97447c071492d471c5176d05b8af1751806a1f905f8",
"sha256:4d0c196331523cfed7bf5bafd616ecb3855256838d850b6f3d5fba911f6c4123",
"sha256:98b4a6242af2536383425ba2d6de033a510e049d9ca07ff501b95052da76e894"
]
},
"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，当进行修改或培加新的内容时，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 Linux16.04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，就会创健第三个镜像层该像当前已经包含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.
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別，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。
文种情況下，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上可用的存储引撃有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 件系统或者块设备技术，井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。所有镜像层堆并合井，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！
commit镜像
docker commit 提交容器成为一个新的副本
# 命令和git原理类似
docker commit -m="描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名:[版本TAG]实战测试
# 1、启动一个默认的tomcat
[root@iz2zeak7sgj6i7hrb2g862z ~]# docker run -d -p 8080:8080 tomcat
de57d0ace5716d27d0e3a7341503d07ed4695ffc266aef78e0a855b270c4064e
# 2、发现这个默认的tomcat 是没有webapps应用，官方的镜像默认webapps下面是没有文件的！
#docker exec -it 容器id /bin/bash
[root@iz2zeak7sgj6i7hrb2g862z ~]# docker exec -it de57d0ace571 /bin/bash
root@de57d0ace571:/usr/local/tomcat#
# 3、从webapps.dist拷贝文件进去webapp
root@de57d0ace571:/usr/local/tomcat# cp -r webapps.dist/* webapps
root@de57d0ace571:/usr/local/tomcat# cd webapps
root@de57d0ace571:/usr/local/tomcat/webapps# ls
ROOT docs examples host-manager manager
# 4、将操作过的容器通过commit调教为一个镜像！我们以后就使用我们修改过的镜像即可，而不需要每次都重新拷贝webapps.dist下的文件到webapps了，这就是我们自己的一个修改的镜像。
docker commit -m="描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名:[TAG]
docker commit -a="kuangshen" -m="add webapps app" 容器id tomcat02:1.0
[root@iz2zeak7sgj6i7hrb2g862z ~]# docker commit -a="csp提交的" -m="add webapps app" de57d0ace571 tomcat02.1.0
sha256:d5f28a0bb0d0b6522fdcb56f100d11298377b2b7c51b9a9e621379b01cf1487e
[root@iz2zeak7sgj6i7hrb2g862z ~]# docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
tomcat02.1.0 latest d5f28a0bb0d0 14 seconds ago 652MB
tomcat latest 1b6b1fe7261e 5 days ago 647MB
nginx latest 9beeba249f3e 5 days ago 127MB
mysql 5.7 b84d68d0a7db 5 days ago 448MB
elasticsearch 7.6.2 f29a1ee41030 8 weeks ago 791MB
portainer/portainer latest 2869fc110bf7 2 months ago 78.6MB
centos latest 470671670cac 4 months ago 237MB
hello-world latest bf756fb1ae65 4 months ago 13.3kB