40.镜像的分层概念

来更深入地理解镜像的概念

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镜像的分层

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形成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）。 ‍ 那什么是分层呢？先来看一个现象，在下载 Tomcat 镜像的时候，好像是在一层一层的在下载：

$ docker pull tomcat
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/tomcat
0e29546d541c: Pull complete 
9b829c73b52b: Pull complete 
cb5b7ae36172: Pull complete 
6494e4811622: Pull complete 
668f6fcc5fa5: Pull complete 
dc120c3e0290: Pull complete 
8f7c0eebb7b1: Downloading [=======================>                           ]  96.69MB/203.1MB
77b694f83996: Download complete 
0f611256ec3a: Download complete 
4f25def12f23: Download complete 

‍ 这是因为镜像文件，是分层的，基于 UnionFS。

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，类似 Java 中的 Object 类，是所有类的父类），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 ‍

镜像加载原理

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。

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。

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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，只需要包括最基本的命令、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 就行了。由此可见对于不同的 linux 发行版，bootfs 基本是一致的，rootfs 会有差别，因此不同的发行版可以公用 bootfs。

比如，启动一个 Ubuntu，进入到容器后，会发现 vim 等工具都是没有的 ‍

为什么要用分层结构

镜像分层最大的一个好处就是共享资源，方便复制迁移，就是为了复用。

比如说有多个镜像都从相同的 base 镜像构建而来，那么 Docker Host 只需在磁盘上保存一份 base 镜像；

同时内存中也只需加载一份 base 镜像，就可以为所有容器服务了。而且镜像的每一层都可以被共享。

例如，想要在一个 Ubuntu 镜像上添加一个 vim 功能，作为一个新的镜像，此时就用 Ubuntu 镜像上添加 vim 即可，不用自己从头搭建一个镜像。

重点理解：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的顶部。 这一层通常被称作“容器层”，“容器层”之下的都叫“镜像层”。

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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。 ‍

Docker 镜像 commit 操作案例

接下来我们试着给 Ubuntu 添加 vim 功能，然后封装其为一个新的镜像。此时就可以用都 Docker 的 commit 命令，格式：

docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 容器ID 要创建的目标镜像名:[标签名]

先启动一个 Ubuntu，然后安装 vim（安装时间可能会比较久）：

$ docker run -it ubuntu
$ apt-get update
$ apt-get -y install vim

安装 vim 后，退出 Ubuntu，然后根据命令格式使用 docker commit，使之成为一个新镜像：

$ docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND  CREATED          STATUS       
b76722ca3c37   ubuntu    "bash"  18 minutes ago   Exited (0) 21 seconds ago 

$ docker commit -m="add vim" -a="peterjxl"  b76722ca3c37 peterjxl/myubuntu:1.1

可以看到新镜像比原本的 Ubuntu 大了不少：

$ docker images
REPOSITORY          TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
peterjxl/myubuntu   1.1       0d0cf3b0417f   6 seconds ago   187MB
ubuntu              latest    ba6acccedd29   22 months ago   72.8MB

并且使用该镜像创建一个该容器，也能有 vim 命令：

$ docker run -it 0d0cf3b0417f

$ vim -version
VIM - Vi IMproved 8.1 (2018 May 18, compiled Aug 18 2023 03:41:54)
Garbage after option argument: "-version"
More info with: "vim -h"

总结

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

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