05 docker 镜像 - 技术栈

[1. 镜像](#1. 镜像)

[2. 联合文件系统](#2. 联合文件系统)

[3. docker镜像加载原理](#3. docker镜像加载原理)

[4. 镜像分层](#4. 镜像分层)

[@ 镜像分层的优势](#@ 镜像分层的优势)

[5. 容器层](#5. 容器层)

1. 镜像

镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，它包含运行某个软件所需的所有内容，我们把应用程序和配置依赖打包好行程一个可交付的运行环境（包括代码、运行时需要的库、环境变量和配置文件等），这个打包好的运行环境就是image镜像文件。（只有通过这个镜像文件才能生成Docker容器实例(类似Java中new出来一个对象)

2. 联合文件系统

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 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。

继承和制作：基础镜像（没有父镜像的镜像）可以作为其他镜像的基础层，在其上添加新的层，创建各种具体的应用镜像。例如，一个基础的 Ubuntu 镜像可以作为基础，在其上添加 Apache、MySQL 等，生成一个 Web 服务器镜像

假设我们有一个基础镜像 ubuntu，我们希望在其上创建一个包含 nginx 的新镜像：

基础层：ubuntu 镜像
新层：在 ubuntu 镜像上安装 nginx

通过 UnionFS，这两个层会合并成一个虚拟文件系统。当我们运行这个新镜像时，看到的是一个包含 nginx 的完整系统。

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

3. docker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。

q：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？？

a：对于一个精简的OS，rootfs可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序库就可以了，因为底层直接使用Host的Kernel，自己只需要提供rootfs就可以。所以，对于不同的Linux发行版，bootfs基本是一致的，rootfs会有差别，不同的发行版可以共用bootfs。

bootfs和rootfs

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镜像的最底层是引导文件系统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经由 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。

docker镜像底层层次：

有差别的rootfs：

4. 镜像分层

以我们的pull为例，在下载的过程中我们可以看到docker的镜像好像是在一层一层的在下载

Docker支持扩展现有镜像，创建新的镜像。新镜像是从base镜像一层一层叠加生成的。

案列见 04 Docker 常用镜像命令 docker commit

例如：

# Version: 0.0.1
FROM debian  # 直接在debain base镜像上构建
MAINTAINER mylinux
RUN apt-get update && apt-get install -y emacs # 安装emacs
RUN apt-get install -y apache2 # 安装apache2
CMD ["/bin/bash"] # 容器启动时运行bash

镜像创建过程：

Docker中的镜像分层，支持通过扩展现有镜像，创建新的镜像。类似Java继承于一个Base基础类，自己再按需扩展。
新镜像是从 base 镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件，就在现有镜像的基础上增加一层

@ 镜像分层的优势

镜像分层的一个最大好处就是共享资源，方便复制迁移，方便复用。

Docker 镜像采用分层结构有以下几个重要原因：

**高效存储：**分层结构允许 Docker 仅存储变化的部分，而不是整个镜像的所有内容。每一层代表一次文件系统的变更（例如，添加一个文件或安装一个软件包）。这些层可以共享，避免重复存储，从而显著减少磁盘空间的占用。
**快速构建：**由于 Docker 使用分层结构，每次构建镜像时，只需要构建或重新构建那些有变化的层。未改变的层可以直接复用。这样，可以大大加快镜像的构建速度，因为不必每次都从头开始。
**镜像重用：**多个镜像可以共享相同的基础层。例如，如果两个不同的应用都基于相同的操作系统镜像，那么这个操作系统镜像层只需存储一次，并且在两个应用镜像中共享。这不仅节省了存储空间，还减少了下载和传输的时间。
**镜像版本管理：**每一层实际上是一个只读快照，所有的层叠加在一起形成最终的文件系统。通过分层结构，可以更容易地管理和回滚镜像的版本。例如，如果一个镜像的新版本有问题，可以迅速回滚到前一个版本。
**缓存机制：**Docker 在构建镜像时，会利用缓存机制来加快构建过程。分层结构使得 Docker 可以对每一步的构建进行缓存，如果某一层没有改变，Docker 会直接使用缓存的层，而不是重新执行命令。这大大提高了镜像构建的效率。
**便于分发和传输：**由于镜像是分层的，当推送或拉取镜像时，只需要传输发生变化的层。这样可以减少网络传输量，提高传输速度。

5. 容器层

当容器启动时，一个新的可写层 将被加载到镜像的顶部，这一层通常被称为容器层，容器层之下的都叫镜像层。

所有对容器的改动，无论添加、删除、还是修改文件都只会发生在容器层中。

只有容器层是可写的，容器层下面的所有镜像层都是只读的。

如图：