docker（3）：镜像分层原理_docker镜像分层原理

docker中，镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，用来打包软件运行环境和基于运行环境开发的软件，它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

UnionFS（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虚拟文件系统下。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，只能看到一个稳健性系统，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就是UnionFS。

在Docker镜像文件的最底层就是bootfs。bootfs（boot file system）主要包含bootloader的kernel，bootloader主要是引导加载kernel，Linux刚启动时会加载bootfs文件系统，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。

对于一个精简的OS，rootfs可以很小，只需要包含最基本的命令，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，bootfs会有差别，因此不同发行版可以用bootfs。

镜像是一层一层的文件组成，大致分层结构如下：

如图，最上面的是容器层，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”。镜像层是只读的。

如果在某一层中添加一个文件，然后再下一层中删除，则镜像中依然会包含该文件。

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。

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，可以看到是一层一层的在下载。

思考：为什么Docker镜像要采用这种分层的结构？

最大的好处，就是资源共享了。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。

理解：
所有的Docker镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或增加新的内容时，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 Linux 16.04 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，就会创建第三个镜像层。
该镜像当前已经包含了3个镜像，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，理解这一点非常重要。下图中举一个简单的例子，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

上图中的镜像层和之前图中的略有区别，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的一个版本更新版本

这种情况下，上层镜像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同一的文件系统。
Linux上可用的存储引擎有AUFS、Overlay2、Device Mapper、Btrfs以及ZFS。顾名思义，每种存储引擎都基于Linux中对应的文件系统或者块设备技术，并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。

commit镜像

docker commit提交容器副本使之成为一个新的镜像，这样克制制作我们自己的镜像。

命令如下：

docker commit -m="描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名:tag
1

示例：

演示ubuntu安装vim，原始的ubuntu镜像并没有包含vim命令，下面通过commit为镜像增加vim功能称为一个新的镜像。

（1）首先从Hub上下载ubuntu镜像到本地并成功运行；

（2）外网连通的情况下，安装vim，执行如下命令：

apt-get update
apt-get -y install vim
1
2

（3）执行commit命令

docker commit -m="add vim" -a="Ethan" 5fa31d39b57 Ethan/myubantu:1.1
1

执行完成后使用docker images查看我们新提交的镜像。

（4）启动新镜像

执行命令：

docker run -it 新镜像id
1

启动成功后可以试验下vim命令。

参考：
https://cloud.tencent.com/developer/article/2068664