Docker入门：镜像分层概念简述_docker 分层

镜像的理解：
（1）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要的所有内容。我们将应用程序、配置打包成一个成型的、可交付、可部署的运行环境，包括代码、运行时所需要的库、环境变量和配置文件等，这个大包好的运行环境就是image镜像文件。
（2）只有通过镜像文件才能生成Docker容器实例。

一、Docker镜像分层机制

Docker镜像是分层构建的，随着我们深入学习Docker，我们会理解到Dockerfile中每条指定都会新建一个层。以下面Dockerfile指令为例：

FROM ubuntu：20.04			#基础镜像
COPY . /app						#复制文件
RUN make /app					#编译文件
CMD python /app/app.py	#入口文件
1
2
3
4

以上四条指令，在每一层上只记录本层所做的更改，而且这些层是只读层。当启动一个容器，Docker指挥在最顶部添加读写层，在容器内作的所有更改（写日志、修改、删除文件等，都保存到读写层内），一般称该层为容器层，如下图所示：

事实上，容器（container）和镜像（image）的最主要区别就是容器加上了顶层的读写层。所有对容器的修改都发生在此层，镜像并不会被修改，也即前面说的 COW(copy-on-write)技术。容器需要读取某个文件时，直接从底部只读层去读即可，而如果需要修改某文件，则将该文件拷贝到顶部读写层进行修改，只读层保持不变。

每个容器都有自己的读写层，因此多个容器可以使用同一个镜像，另外容器被删除时，其对应的读写层也会被删除，如果你希望多个容器共享或者持久化数据，可以使用 Docker volume。

二、UnionFS（联合文件系统）

（1）Union文件系统（UnionFS）是一种分层的、轻量级的、高性能的文件系统，它是Docker镜像的基础，并且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在到同一个虚拟文件系统下。
（2）镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像，可以制作各种具体的应用镜像。

Union文件系统的特性：一次性同时加载多个文件系统，但是从外面来看，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地层的文件和目录。

三、Docker镜像加载原理

Docker的镜像是由一层一层的文件系统组成，也就是以UnionFS（联合文件系统）堆叠构成。

rootfs（root file system）包含的是典型Linux系统中的/dev、/proc、/bin、/etc等标准目录和文件，其实rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu、Centos等等。

bootfs（boot file system）主要包含bootloader和kernel、bootloader主要是引导加载kernel、Linux刚启动时候加载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加载完成后整个内核就在内存中了，内存的使用权由bootfs转交给内核，此时系统也会写在bootfs。至此，我们就比较容易理解docker容器其实就是一个简易版的Linux环境，它包含root用户权限、进程空间、用户空间和网络空间、以及运行在它上面的应用程序。

注意：
（1）如上图所示，Docker镜像层都是只读的，容器层是可写的。当容器启动时，一个新的可写层被加载到镜像顶部，这一层通常被称作“容器层”，“容器层”之下的都叫做“镜像层”。
（2）对容器的所有更改（无论添加、删除、还是修改文件）都只会发生在容器层中。上图中只有透明的writable Container是暴露给用户的。

思考一个问题：平时我们在虚拟机上安装Linux操作系统都是好几个G，为什么docker才200M左右呢？

因为，docker是基于轻量级的虚拟化技术，它仅包含业务运行时所需的runtime环境，也就是只包含Linux基础镜像，所以docker才会只有200M左右。

四、Docker采用镜像分层的好处

镜像分层最大的好处：资源共享，方便复制迁移，容易实现资源复用。比如说多个镜像从相同的base镜像构建而来，那么Docker Host只需在磁盘上保存一份base镜像；同时内存中只需要加载一份base镜像，就可以为所有容器提供服务了，更有趣的是镜像的每一层都可以被共享。

因此，Docker采用镜像分层的好处主要体现在以下三个方面：

更轻量：

• 镜像大小：所需空间更小
• 部署：更有利于大规模部署

更高效：

• 计算：轻量、无需额外开销
• 存储：系统盘aufs/dm/overlayfs；数据盘olume
• 网络：宿主机网络，NS隔离

更敏捷、更灵活：

• 分层的存储和包管理，devops理念；
• 支持多网络配置