简单的docker学习第3章docker镜像

第3章 Docker 镜像

3.1镜像基础

3.1.1 镜像简介

镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，也可以说是一个精简的操作系统。镜像中包含应用软件及应用软件的运行环境。具体来说镜像包含运行某个软件所需的所有内容，包括代码、库、环境变量和配置文件等。几乎所有应用，直接打包为 Docker 镜像后就可以运行。

由于镜像的运行时是容器，容器的设计初衷就是快速和小巧，所以镜像通常都比较小，镜像中不包含内核，其共享宿主机的内核；镜像中只包含简单的 Shell，或没有 Shell

3.1.2 镜像仓库分类

镜像中心中存储着大量的镜像仓库 Image Repository，每个镜像仓库中包含着大量相关镜像。根据这些镜像发布者的不同，形成了四类不同的镜像仓库。

Docker Official Image

Docker 官方镜像仓库。该类仓库中的镜像由 Docker 官方构建发布，代码质量较高且安全，有较完善的文档。该类仓库中的镜像会及时更新。一般常用的系统、工具软件、中间件都有相应的官方镜像仓库。例如，Zookeeper、Redis、Nginx 等。官方镜像仓库的名称**<repository>一般直接为该类软件的名称<software-name>**。
Verified Publisher

已验证发布者仓库。该类仓库中的镜像由非 Docker 官方的第三方发布。但该第三方是由 Docker 公司审核认证过的，一般为大型企业、团体或组织。审核通过后，Docker 公司会向其颁发"VERIFIED PUBLISHER"标识。这种仓库中镜像的质量还有有保证的。除了官方镜像仓库，其它都是非官方镜像仓库。非官方镜像仓库名称**<repository>一般由发布者用户名与软件名称两部分构成，形式为：<username>/<software-name>**。
Sponsored OSS

由 Docker 公司赞助开发的镜像仓库。该类仓库中的镜像也由非 Docker 官方的第三方发布，但该镜像的开发是由 Docker 公司赞助的。该类型的第三方一般为个人、团队或组织。这种仓库中镜像的质量也是有保证的
无认证仓库

没有以上任何标识的仓库。这种仓库中镜像的质量良莠不齐，质量上无法保证，在使用时需谨慎。

3.1.3 第三方镜像中心

镜像中心默认使用的都是 Docker 官方的 Docker Hub。不过，镜像中心是可配置的，可以使用指定的第三方镜像中心。对于第三方镜像中心中的仓库名称**<repository>由三部分构成： <domain-name>/<username>/<software-name>。其中的< domain-name >**指的是第三方镜像中心的域名或 IP。

3.1.4 镜像定位

对于任何镜像，都可通过**<repository>:<tag>进行唯一定位。其中 <tag>一般称为镜像的版本号。 <tag>中有一个比较特殊的版本------latest。如果不指定，默认<tag>**即为 latest。不过，虽然其字面意思是最新版，一般其也的确存放的是最新版，但并不能保证其真的就是最新版。

3.2 镜像相关命令

如果不确定命令作用，可以使用help命令进行查看

shell 复制代码

docker --help
docker version --help

3.2.1 docker pull

基本用法

通过 docker pull 命令可以将指定的镜像从 docker hub 拉取到本地。如果没有指定镜像则会抛出一个 Error。例如，下面的命令是拉取 zookeeper 的 3.7 版
shell 复制代码
```
docker pull zookeeper:3.7
```
下载完成，通过images查看下载成功文件镜像，

注意：如果不带版本号则默认下载lastest版本
DIGEST进行获取

digest，是镜像内容的一个 Hash 值，即所谓的 Content Hash（内容散列）。只要镜像内容发生了变更，其内容散列值就一定会发生改变。注意，digest 是包含前面的 sha256 的，表示该 digest 的产生所采用的 Hash 算法是 SHA256。使用该拉取方式的具体场景或用途，后面会详解。
shell 复制代码
```
docker pull zookeeper:@sha256:c7a6a6ea6a1413ca3c13e987a4f9a1d6d2ba62b1837c3b356875842c64458b73
```
注意：使用DIGEST拉取镜像，他的TAG列不会有内容
加上选项-q 后就可简化拉取过程中的日志输出。
shell 复制代码
```
docker pull -q redis
```

3.2.2 docker images

基础用法

通过 docker images 命令可查看本地所有镜像资源信息。这些镜像会按照镜像被创建的时间由近及远排序。

REPOSITORY：镜像仓库名称

TAG：镜像版本号

IMAGE ID：镜像的唯一标识

CREATE：镜像的创建时间

SIZE：镜像大小
查看指定镜像

docker images 可以查看指定镜像的信息
shell 复制代码
```
docker images zookeeper
```
查看完整镜像 ID

默认的 docker images 显示的镜像 id 是经过截取后的显示结果，仅显示了前 12 位。使用 --no-trunc 参数后显示的是完成的镜像 id。
```
docker images --no-trunc
```
查看镜像 digest

--digests选项可以查看所有镜像或指定镜像的digest信息。关于digest后面会详细学习。
```
docker images --digests
```
仅显示镜像 ID

-q 选项可仅显示本地所有镜像的 ImageID。该主要是将来与其它命令联合使用。
```
docker images -q
```
过滤镜像

-f 选项用于过滤指定条件的镜像。下面例举一些常用的过滤条件。例如
shell 复制代码
```
docker images -f dangling=true
```
dangling=true 用于过滤出悬虚镜像，即没有 Repository 与 Tag 的镜像。对于悬虚镜像的REPOSITORY 与 TAG，显示的是**<none>**。

-f before 用于列举出本地镜像中指定镜像创建时间之前创建(CREATED)的所有镜像。

-f since 用于列举出本地镜像中指定镜像创建时间之后的创建(CREATED)的所有镜像。

-f reference 用于列举出<repository>:<tag>与指定表达式相匹配的所有镜像，只查询官方的镜像
```
docker images -f before=hello-world
docker images -f since=hello-world
docker images -f reference=centos:*
docker images -f reference=*:lastest
```
格式化显示

该选项用于格式化输出 docker images 的内容，格式需要使用 GO 模板指定。例如
shell 复制代码
```
docker images --format {{.Repository}}:{{.Tag}}:{{.Size}}
```

3.2.3 docker search

基础用法

通过 docker search 命令可以从 docker hub 上查看指定名称的镜像。
shell 复制代码
```
docker search tomcat
```
之前版本还有另一个属性，AUTOMATED

AUTOMATED 表示当前镜像是否是"自动化镜像"。什么是自动化镜像？就是使用 Docker Hub 连接一个包含 Dockerfile 文件(专门构建镜像用的文件)的 GitHub 仓库或 Bitbucket 仓库的源码托管平台，然后 Docker Hub 就会自动根据 Dockerfile 内容构建镜像。这种构建出的镜像会被标记为 AUTOMATED，这种构建镜像的方式称为 Trusted Build（受信构建）。只要 Dockerfile文件内容发生变化，那么 Docker Hub 就会构建出新的镜像。
过滤检索结果

用于过滤查询结果。例如，下面的是仅查询出官方提供的镜像。
shell 复制代码
```
docker search tomcat --filter-official=true
```
限制检索数量

默认 docker search 显示 25 条检索结果，可通过--limit 选项来指定显示的结果数量。
```
docker search tomcat --limit=5
```
到 hub 官网查看

以上检索方式与从 docker hub 官网 https://hub.docker.com 查看是一样的，但没有官网查看的直观

3.2.4 docker rmi

基本用法

rmi，remove images。该命令用于删除指定的本地镜像。镜像通过**<repository>:<tag>**指定。如果省略要删除镜像的 tag，默认删除的是 lastest 版本
shell 复制代码
```
docker rmi hello-world	
```
删除多个镜像

docker rmi 命令可一次性删除多个镜像，多个要删除的镜像间使用空格分隔。
shell 复制代码
```
docker rmi hello-world zookeeper:3.7 ......
```
通过 ImageID 删除镜像

docker rmi 也可通过 ImageID 指定要删除的镜像
shell 复制代码
```
docker rmi feb5d9fea6a5
```
强制删除镜像

默认情况下，对于已经运行了容器的镜像是不能删除的，必须要先停止并删除了相关容器然后才能删除其对应的镜像。不过，也可以通过添加-f 选项进行强制删除。
shell 复制代码
```
docker rmi -f hello-world
```
删除所有镜像

使用组合命令删除所有镜像。当然，如果不携带-f 选项，则不会删除已打开容器的镜像
shell 复制代码
```
docker rmi -f $(docker images -q)
```

3.2.5 导出/导入镜像

我们在本地生成一个镜像，想将其导出后在另一电脑上使用，则可通过导出/导入镜像来完成。

导出镜像 save

docker save 命令用于将一个或多个镜像导出为 tar 文件。例如，下面的命令是将 busybox与 hello-world 镜像导出到当前/root 目录的 my.tar 文件中。
shell 复制代码
```
# 使用root用户进入到根目录
cd ~
docker save -o export.tar busybox:latest hello-world:latest
# 这种方式导出也可以
docker save busybox:latest hello-world:latest > export.tar
```
导入镜像 load
shell 复制代码
```
docker load -i export.tar
```
运行完毕后，可以看到 buxybox 与 hello-world 两个镜像都恢复了。

3.3 镜像分层

3.3.1 什么是分层

Docker 镜像由一些松耦合的只读镜像层组成，Docker Daemon 负责堆叠这些镜像层，并将它们关联为一个统一的整体，即对外表现出的是一个独立的对象。

通过 docker pull 命令拉取指定的镜像时，每个 Pull complete 结尾的行就代表下载完毕了一个镜像层。例如，下面的 redis:latest 镜像就包含 6个镜像层,其中第一个镜像层已经存在，其余5个正常下载。

3.3.2 为什么分层

采用这种分层结构的优势很多，例如，每个分层都是只读的，所有对分层的修改都是以新分层的形式出现，并不会破坏原分层内容；再如，每个分层只记录变更内容，所以有利于节省存储空间等。

不过，分层结构的最大的好处是，在不同镜像间实现资源共享，即不同镜像对相同下层镜像的复用。对于 docker pull 命令，其在拉取之前会先获取到其要拉取镜像的所有 ImageID，然后在本地查找是否存在这些分层。如果存在，则不再进行拉取，而是共享本地的该分层。大大节点的存储空间与网络带宽，提升了拉取效率。

3.3.3 镜像层构成

每个镜像层由两部分构成：镜像文件系统与镜像 json 文件。这两部分具有相同的 ImageID。镜像文件系统就是对镜像占有的磁盘空间进行管理的文件系统，拥有该镜像所有镜像层的数据内容。而镜像 json 文件则是用于描述镜像的相关属性的集合，通过 docker inspect [镜像]就可以直观看到。

3.3.4 镜像 FS 构成

一个 docker 镜像的文件系统 FS 由多层只读的镜像层组成，每层都完成了特定的功能。而这些只读镜像层根据其位置与功能的不同可分为两类：基础镜像层与扩展镜像层。

基础镜像层

所有镜像的最下层都具有一个可以看得到的基础镜像层 Base Image，基础镜像层的文件系统称为根文件系统 rootfs。

而 rootfs 则是建立在 Linux 系统中看不到的引导文件系统bootfs 之上。
扩展镜像层

在基础镜像层之上的镜像层称为扩展镜像层。顾名思义，其是对基础镜像层功能的扩展。在 Dockerfile 中，每条指令都是用于完成某项特定功能的，而每条指令都会生成一个扩展镜像层。
容器层

一旦镜像运行了起来就形成了容器，而容器就是一个运行中的 Linux 系统，其也是具有文件系统的。容器的这个文件系统是在 docker 镜像最外层之上增加了一个可读写的容器层，对文件的任何更改都只存在于容器层。因此任何对容器的操作都不会影响到镜像本身。

容器层如果需要修改某个文件，系统会从容器层开始向下一层层的查找该文件，直到找到为止。

任何对于文件的操作都会记录在容器层。例如，要修改某文件，容器层会首先把在镜像层找到的文件 copy 到容器层，然后再进行修改。删除文件也只会将存在于容器层中的文件副本删除。

可以看出，Docker 容器就是一个叠加后的文件系统，而这个容器层称为 Union File System，联合文件系统。

3.3.5 LinuxOS 启动过程(扩展)

现代操作系统都是 C/S 模式的微内核架构的，由两大部分构成：内核（Server）与服务模块（Client）。

Linux 的 bootfs 文件系统由两部分构成：bootloader 与 kernel。各个容器中的 rootft 就是由宿主机的 kernel 驱动的

3.4 镜像摘要 digest

每个镜像都有一个长度为 64 位的 16 进制字符串作为其摘要 digest

3.4.1 查看摘要

在 docker pull 镜像结束后会给出该拉取的镜像的摘要 digest。

通过 docker inspect 命令可以查看指定镜像的详细信息。其中就包含该镜像的摘要信息。

通过 docker images --digests 命令也可以查看到镜像的摘要信息。

3.4.2 摘要是什么

摘要，即 digest，是镜像内容的一个 Hash 值，即所谓的 Content Hash（内容散列）。只要镜像内容发生了变更，其内容散列值就一定会发生改变。也就是说，一个镜像一旦创建完毕，其 digest 就不会发生改变了，因为镜像是只读的。

Docker 默认采用的 Hash 算法是 SHA256，即 Hah 值是一个长度为 256 位的二进制值。Docker 使用 16 进制表示，即变为了长度为 64 位的字符串。

3.4.3 摘要有何用

摘要的主要作用是区分相同:的不同镜像。

例如镜像 xxx:2.8 在生产运行过程中发现存在一个 BUG。现对其进行了修复，并使用原标签将其 push 回了仓库，那么原镜像被覆盖。但生产环境中遗留了大量运行中的修复前镜像的容器。此时，通过镜像标签已经无法区分镜像是修复前的还是修复后的了，因为它们的标签是相同的。此时通过查看镜像的 digest 就可以区分出修改前后版本，因为内容发生了变化，digest 一定会变。

为了确保再次拉取到的是修复后的镜像，可通过 digest 进行镜像拉取。其用法是：docker pull <repository>@<digest>

下面的例子是，先查出 hello-world 镜像的 digest，然后将该镜像删除，然后再通过digest 对其进行拉取。

不过，不方便的是，镜像的摘要需要由运维人员在本地进行手工维护。

3.4.4 分发散列值

在 push 或 pull 镜像时，都会对镜像进行压缩以减少网络带宽和传输时长。但压缩会改变镜像内容，会导致经过网络传输后，镜像内容与其 digest 不相符。出现问题。为了避免该问题，Docker 又为镜像配置了 Distribution Hash（分发散列值）。在镜像被压缩后立即计算分发散列值，然后使该值随压缩过的镜像一同进行发送。在接收方接收后，立即计算压缩镜像的分发散列值，再与携带的分发散列值对比。如果相同，则说明传输没有问题

3.5 多架构镜像

3.5.1 什么是多架构镜像

Multi-architecture Image，即多架构镜像，是某<repository>中的某<tag>镜像针对不同操作系统/系统架构的不同镜像实现。即多架构镜像中包含的镜像的<repository>:<tag>都是相同的，但它们针对的操作系统/系统架构是不同的

3.5.2 多架构镜像原理

无论用户使用的是什么操作系统/系统架构，其通过 docker pull 命令拉取到的一定是针对该操作系统/系统架构的镜像，无需用户自己考虑操作系统/系统架构问题。Docker Hub 能够根据提交 pull 请求的 Docker 系统的架构自动选择其对应的镜像。

在 Docker Hub 中，镜像的多架构信息保存在 Manifest 文件中。在拉取镜像时，Docker会随着 pull 命令将当前 Docker 系统的 OS 与架构信息一并提交给 Docker Hub。Docker Hub 首先会根据镜像的<repository>:<tag>查找是否存在 Manifest。

如果不存在，则直接查找并返回<repository>:<tag>镜像即可；如果存在，则会在 Manifest 中查找是否存在指定系统/架构的镜像。如果存在该系统/架构，则根据 Manifest 中记录的地址找到该镜像的位置。

3.5.3 镜像历史信息查看 history