Docker 系列(5) —— 镜像管理

镜像管理

什么是 Docker 镜像

Docker 镜像是一个只读的 Docker 容器模板。Docker 镜像中含有容器启动所需要的的文件系统结构及其内容。

rootfs

在之前的介绍中，提及容器化技术与宿主机其实是共享一套操作系统的，那么 Docker 镜像作为一个未运行的容器，必然与操作系统中的静态部分有可被操作系通共用的部分。我们可以类似的理为一个接口下不同的实现方法，或者时 Bean 加载时使用的不同的配置文件。

roofts 是 Docker 容器启动时内部进程可见的文件系统。它由 Docker 镜像的文件系统以及一些运行 Docker 容器的配置文件组成。

传统 Linux 操作系统启动时，首先会挂在一个只读的 rootfs，当系统检测其完整性后，再将其切换为读写模式。

在 Docker 架构中，Docker deamon 挂载 rootfs 时，沿用了 Linux 内核的启动方法，将 rootfs 设置称为只读模式，在挂载完毕后，使用联合挂载技术，将只读的 rootfs 挂载在读写层下。

其中一个读写层下可以挂载多个 rootfs。只有在 Docker 容器运行过程中，文件系统发生变化时，才会把变化的文件内容写到可读写层，并隐藏只读层中的老版本。

Docker 的主要特点

分层

Docker 镜像是采用分层的方式构建的，每个镜像都由一个镜像层组成。分层的特性使得 Docker 变的更加轻量化。

当需要对 Docker 容器中的文件进行改动时，只会对上放的读写层进行改动，不复写下层已有的文件系统。即上层的文件的只读版本会被隐藏，不会被删除和替换，仍然得到保留。

当使用 Docker 提交自己的更改时，系统会形成一个新的镜像，该镜像只保留了上层被更新的文件系统。

分层的镜像其实是上层的镜像依赖于下层的镜像，有可能是多个上层对象共同依赖一个下层对象。即分层实现了不同镜像间共享镜像的效果。

写时复制

一个镜像往往有多个运行中的容器，所以着多个容器是共享一个镜像的，也就是说多个容器共享一份数据。

当其中有一个容器需要对文件系统中的文件进行改动时，如果直接修改共享的数据部分会对其他的容器也产生影响。Docker 在镜像层上覆盖了一个读写层，即一个可以读写的容器层。在容器需要对文件进行修改时，才会把文件写到读写层，并隐藏只读层中的老版本文件。

写时复制配合分层机制减少了镜像对磁盘的占用和容器启动时间。

内容寻址

Docker 在 1.10 版本后引入了内容寻址存储的机制，根据文件内容来索引镜像和镜像层。内容寻址存储根据文件内容来索引镜像和镜像层。

内容寻址存储会对镜像层的内容计算校验和，然后生成一个内容哈希值，并以此替代之前为新的镜像层生成随机的 UUID 作为镜像层唯一标识的行为。

基于内容哈希来索引镜像层，在一定程度上减少了 ID 的冲突，并增强了镜像层的共享。对于来自不同构件镜像层，只要拥有相同的内容哈希，也能被不同的镜像共享

联合挂载

联合挂载就是一个点可以挂载多个文件系统。即将挂载点的原目录与被挂载的内容进行整合，是的最终文件系统会包含整合之后的各层的文件和目录。实现这种联合挂在技术的文件系统通常被称为联合文件系统。

对于联合挂载的文件系统从不同镜像层的角度看类似于下图

在这里插入图片描述

但是从用户体验来看，是如同下图

在这里插入图片描述

当需要修改镜像内某个文件时，只对处于最上方的读写层进行变动，不覆写下层已有的文件系统，已有文件的在只读层的院士版本仍然存在。

Docker 容器的文件系统

Docker 容器的文件系统是一个相对独立的组织，Docker 容器的文件系统分为三个层，可读写部分 ()read-write layer 和 volumes)、init-layer、只读层 (read-only layer) 这三部分共同构成了一个容器所需要的的下层系统，他们通过联合挂在的方式，使其对外表现出一层

Docker 镜像相关概念

1. registry

registry 用以保存 Docker 镜像及其层次结构和关于镜像的元数据。可以说 registry 是专门用于保存镜像的仓库

Docker 官方的公用 registry 为 Docker Hub。Docker Hub 中分为用户仓库 (User registry) 和顶层仓库 (top-level registry)。用户仓库由普通的Docker Hub 用户创建，顶层仓库由 Docker 公司负责维护

2. repository

repository 是由具有某个功能的 Docker 镜像的所有迭代版本构成的镜像组。由上下文可知，registry 是由一系列经过命名的repository 组成。repository 通过命名规范对仓库内的镜像进行有效组织。

用户仓库采用 username/repository_name 的形式对镜像进行管理，顶层仓库则只会保留repository_name 部分。

3. manifest

manifest 是描述文件，是 registry 中 Docker 镜像的元数据文件，在 pull、push、save 和 load 中作为镜像结构和基础信息的描述文件。在镜像被 load 到 Docker 宿主机时，manifest 会被转化为本地镜像的配置文件。

manifest 列表指某个镜像标签支持的架构列表，其支持的每种架构都在自己的 manifest 中有过定义，其中列举该镜像的构成。

4. image 和 layer

image 用来存储一组镜像相关的元数据信息，包含架构、镜像默认配置信息，构件镜像的容器配置信息，所有镜像层信息的 rootfs。

layer 是 Docker 用来管理镜像层的中间概念，layer 主要存放了镜像层的 diff_id、size、cache_id 和 parent 等，实际文件内容由存储驱动管理

5. Docker file

Docker file 是在 docker build 命令构建自己的 Docker 镜像时需要使用到的定义文件。

镜像的操作

切换 Docker 镜像源

# 使用 vim 编辑 docker 的镜像源配置文件
vi /etc/docker/daemo.json
# 在 registry-mirrors 中添加

> 搜索镜像

搜索 Docker 仓库的镜像的命令格式为 docker search [OPTIONS] TERM

• TERM : 需要搜索的词汇 OPTIONS

示例

docker search ubuntu

> 拉取镜像

拉取Docker 镜像的格式如下 docker [image] pull [OPTIONS] NAME[:TAG|@DIGEST]

• NAME : 镜像名称
• :TAG : 是镜像标签，往往用来表示版本信息，默认情况下标签为 :latest
• @DIGEST : 这个是镜像的签名值，可以让我们能够准确的拉取到想要的镜像，该值是一个 SHA256 编码 OPTIONS

示例

[root@localhost docker]# docker pull ubuntu:18.04
18.04: Pulling from library/ubuntu
f22ccc0b8772: Pull complete
3cf8fb62ba5f: Pull complete
e80c964ece6a: Pull complete
Digest: sha256:fd25e706f3dea2a5ff705dbc3353cf37f08307798f3e360a13e9385840f73fb3
Status: Downloaded newer image for ubuntu:18.04
docker.io/library/ubuntu:18.04

> 查看本地镜像

Docker 查看本地镜像的命令为 docker images [OPTIONS] [REPOSITORY[:TAG]] 或docker image ls [OPTIONS] [REPOSITORY[:TAG]]

• REPOSITORY : 就是镜像组
• :TAG : 是镜像标签 OPTIONS

示例

[root@localhost docker]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
ubuntu       18.04     2c047404e52d   2 months ago   63.3MB
# 只展示特定标签
[root@localhost docker]# docker images --format "{{.ID}}: {{.Repository}}"
2c047404e52d: ubuntu

> 查看镜像详细信息

查看 Docker 镜像的详细信息的命令为 docker [image] inspect [OPTIONS] IMAGE [IMAGE...]

• IMAGE : 是镜像 OPTIONS

> 查看镜像历史

查看镜像历史的命令格式为 docker [image] history [OPTIONS] IMAGE OPTIONS

> 添加镜像标签

添加镜像标签命令的格式为 docker [image] tag SOURCE_IMAGE[:TAG] TARGET_IMAGE[:TAG]

• SOURCE_IMAGE[:TAG] : 原先的镜像标签
• TARGET_IMAGE[:TAG] : 附加的镜像标签

> 删除镜像标签

删除镜像标签的命令格式为 docker rmi [OPTIONS] IMAGE [IMAGE...] 或 docker image rm [OPTIONS] IMAGE [IMAGE...] OPTIONS

> 清理镜像

清理镜像的命令格式为 docker image prune [OPTIONS] OPTIONS

> 存储镜像

存储镜像的功能为将镜像导出为本地文件其命令格式为 docker [image] save [OPTIONS] IMAGE [IMAGE...]

> 载入镜像

将导出的tar文件再导入到本地镜像库，其命令格式为 docker [image] load [OPTIONS]

> 上传镜像

上传镜像的命令格式为 docker [image] push [OPTIONS] NAME[:TAG] OPTIONS

> 基于容器创建对象

docker [container] commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]] OPTIONS

> 基于本地模板导入镜像

docker [image] import [OPTIONS] file|URL|- [REPOSITORY[:TAG]] OPTIONS

> 使用 Dockerfile 构件镜像

docker [image] build [OPTIONS] PATH | URL | - OPTIONS