Docker(42)- 镜像原理之联合文件系统

前言

学习狂神老师的 Docker 系列课程,并总结

 

镜像是什么

  • 镜像是一种轻量级、可执行的独立软件保,用来打包软件运行环境和基于运行环境开发的软件
  • 他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
  • 所有应用,都可以直接打包 docker 镜像,就可以直接跑起来

 

如何得到镜像

  • 从远程仓库下载
  • 别人拷贝给你
  • 自己制作一个镜像 DockerFile

 

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
  • 他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
  • Union文件系统是 Docker 镜像的基础
  • 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

 

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叫 UnionFS
  • boots(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 bootfs 文件系统,在 Docker 镜像的最底层是 boots,几乎不变
  • 这一层与我们典型的 Linux/Unix 系统是一样的,包含 bootloader 和 Kernel
  • 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?

  • 对于个精简的 OS , rootfs 可以很小,只需要包合最基本的命令,工具和程序库就可以了
  • 因为底层直接用主机的 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, boots 基本是一致的, rootfs 会有差別,因此不同的发行版可以公用 bootfs
  • 所以虚拟机启动是分钟级别,容器是秒级!

 

分层理解

下载镜像的时候看到一层层下载就是分层

思考:为什么Docker镜像要采用这种分层的结构呢?

  • 最大的好处,我觉得莫过于资源共享了!
  • 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
  • Already exists 代表宿主机已存在镜像所需的文件,所以不再需要下载,直接使用即可
  • Downloading 代表宿主机没有所需的文件,所以需要下载,下载完之后就会存在宿主机,以后下载其他镜像时如果用到这些文件就可以直接拿来用,不用二次下载了

 

如何查看镜像分层?

docker inspect redis

能看到它分了六层,比如说第一层可能就是安装 centos,后面几层就是安装 redis 所需的缓解经

 

关于镜像分层的理解

  • 所有的 Docker 镜像都起始于一个基础镜像层,其实就是 rootfs,像 Ubuntu、CentOS
  • 当进行修改或添加新的内容时,就会在当前镜像层之上,创建新的镜像层

 

栗子

  • 基于 Ubuntu Linux16.04 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,就会创健第三个镜像层
  • 该镜像当前已经包含 3 个镜像层
  • 现在可以把它再次打包成一个新的镜像(commit)提供给其他人下载,其他人 pull 下来之后就会有三层东西

 

重点

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

下图中举了一个简单的例子,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

上图中的镜像层跟之前图中的略有区別,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的一个更新版

这种情況下,上层镜像层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添加到镜像当中

 

存储引擎

  • 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统一的文件系统
  • Linux 上可用的存储引撃有 AUFS、 Overlay2、 Device Mapper、Btrfs 以及 ZFS
  • 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,井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

 

镜像层合并

  • 下图展示了与系统显示相同的三层镜像
  • 所有镜像层堆并合井,对外提供统一的视图

上面有查看 redis 镜像的 layer 是 6 层,跟上图差不多,6 个文件就是 6 个 layer

 

特点

  • Docker 镜像都是只读的,当容器启动时,一个新的可写层加载到镜像的顶部!
  • 这一层就是我们通常说的容器层,容器之下的都叫镜像层!

  

posted @ 2021-07-05 22:57  小菠萝测试笔记  阅读(304)  评论(0编辑  收藏  举报