docker 鏡像分層原理

參考鏈接: https://blog.csdn.net/runner668/article/details/80955381

Docker 支持通過擴展現有鏡像,創建新的鏡像。

實際上,Docker Hub 中 99% 的鏡像都是通過在 base 鏡像中安裝和配置需要的軟件構建出來的。比如我們現在構建一個新的鏡像,Dockerfile 如下:

# Version: 0.0.1
FROM debian                1.新鏡像不再是從 scratch 開始,而是直接在 Debian base 鏡像上構建。
MAINTAINER wzlinux
RUN apt-get update && apt-get install -y emacs        2.安裝 emacs 編輯器。
RUN apt-get install -y apache2             3.安裝 apache2。
CMD ["/bin/bash"]              4.容器啟動時運行 bash。

構建過程如下圖所示


在這里插入圖片描述

可以看到,新鏡像是從 base 鏡像一層一層疊加生成的。每安裝一個軟件,就在現有鏡像的基礎上增加一層。

問什么 Docker 鏡像要采用這種分層結構呢?

最大的一個好處就是 - 共享資源。

比如:有多個鏡像都從相同的 base 鏡像構建而來,那么 Docker Host 只需在磁盤上保存一份 base 鏡像;同時內存中也只需加載一份 base 鏡像,就可以為所有容器服務了。而且鏡像的每一層都可以被共享,我們將在后面更深入地討論這個特性。

這時可能就有人會問了:如果多個容器共享一份基礎鏡像,當某個容器修改了基礎鏡像的內容,比如 /etc 下的文件,這時其他容器的 /etc 是否也會被修改?

答案是不會!
修改會被限制在單個容器內。
這就是我們接下來要說的容器 Copy-on-Write 特性。

新數據會直接存放在最上面的容器層。修改現有數據會先從鏡像層將數據復制到容器層,修改后的數據直接保存在容器層中,鏡像層保持不變。
如果多個層中有命名相同的文件,用戶只能看到最上面那層中的文件。

可寫的容器層

當容器啟動時,一個新的可寫層被加載到鏡像的頂部。這一層通常被稱作“容器層”,“容器層”之下的都叫“鏡像層”。

典型的Linux在啟動后,首先將 rootfs 置為 readonly, 進行一系列檢查, 然后將其切換為 “readwrite” 供用戶使用。在docker中,起初也是將 rootfs 以readonly方式加載并檢查,然而接下來利用 union mount 的將一個 readwrite 文件系統掛載在 readonly 的rootfs之上,并且允許再次將下層的 file system設定為readonly 并且向上疊加, 這樣一組readonly和一個writeable的結構構成一個container的運行目錄, 每一個被稱作一個Layer。如下圖所示。


在這里插入圖片描述

所有對容器的改動,無論添加、刪除、還是修改文件都只會發生在容器層中。只有容器層是可寫的,容器層下面的所有鏡像層都是只讀的。

下面我們深入討論容器層的細節。

鏡像層數量可能會很多,所有鏡像層會聯合在一起組成一個統一的文件系統。如果不同層中有一個相同路徑的文件,比如 /a,上層的 /a 會覆蓋下層的 /a,也就是說用戶只能訪問到上層中的文件 /a。在容器層中,用戶看到的是一個疊加之后的文件系統。

  • 添加文件:在容器中創建文件時,新文件被添加到容器層中。
  • 讀取文件:在容器中讀取某個文件時,Docker 會從上往下依次在各鏡像層中查找此文件。一旦找到,立即將其復制到容器層,然后打開并讀入內存。
  • 修改文件:在容器中修改已存在的文件時,Docker 會從上往下依次在各鏡像層中查找此文件。一旦找到,立即將其復制到容器層,然后修改之。
  • 刪除文件:在容器中刪除文件時,Docker 也是從上往下依次在鏡像層中查找此文件。找到后,會在容器層中記錄下此刪除操作。
    只有當需要修改時才復制一份數據,這種特性被稱作 Copy-on-Write。可見,容器層保存的是鏡像變化的部分,不會對鏡像本身進行任何修改。

這樣就解釋了我們前面提出的問題:容器層記錄對鏡像的修改,所有鏡像層都是只讀的,不會被容器修改,所以鏡像可以被多個容器共享。

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