Docker镜像原理

一、Docker镜像是什么？

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。

（1）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一次提交来一层一层的叠加，同时将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下（union serveral directories into a single virture filesystem）.Union文件系统是docker镜像的基础。镜像可以通过分层进行继承，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，这样最终的文件会包含所有的底层的文件和目录。

（2） Docker镜像加载原理

 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。 

                                

 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？？

查看一下centos镜像的大小：

hadoop@Docker:~$ docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
centos              latest              75835a67d134        3 weeks ago         200MB
hello-world         latest              4ab4c602aa5e        8 weeks ago         1.84kB
hadoop@Docker:~$ 

原因：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。

（3）分层的镜像

以我们的pull为例，在下载的过程中我们可以看到docker的镜像好像是在一层一层的在下载。

拉取ubuntu镜像：

hadoop@Docker:~$ docker pull ubuntu
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/ubuntu
473ede7ed136: Pull complete 
c46b5fa4d940: Pull complete 
93ae3df89c92: Pull complete 
6b1eed27cade: Pull complete 
Digest: sha256:29934af957c53004d7fb6340139880d23fb1952505a15d69a03af0d1418878cb
Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest
hadoop@Docker:~$ 

以tomcat为例，进行讲解： 

                

我们拉取的tomcat,直观来看，只是向我们暴露了tomcat,其实内部是层层累加的。

（4）为什么 Docker 镜像要采用这种分层结构呢？

最大的一个好处就是 - 共享资源

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。

二、特点

Docker镜像都是只读的，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”。

三、Docker镜像commit操作补充

（1）docker commit提交容器副本使之成为一个新的镜像

docker commit 5133726067ed nju/mytomcat:1.1

（2）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]

docker commit -a="zzyy" -m="tomcat without docs" 5133726067ed nju/mytomcat:1.2

（3）案例演示

• 从Hub上下载tomcat镜像到本地并成功运行

-p 主机端口:docker容器端口
-P 随机分配端口
i:交互
t:终端

命令：-p,指定映射端口号 

docker run -it -p 8888:8080 tomcat

说明：-p对外暴露的docker可以访问的端口，8888是docker可以访问的tomcat端口。

输出结果：（与我们正常在win10系统启动tomcat的结果一致）

[/usr/local/tomcat/webapps/examples]
05-Nov-2018 08:27:31.763 INFO [localhost-startStop-1] org.apache.catalina.startup.HostConfig.deployDirectory Deployment of web application directory [/usr/local/tomcat/webapps/examples] has finished in [476] ms
05-Nov-2018 08:27:31.768 INFO [localhost-startStop-1] org.apache.catalina.startup.HostConfig.deployDirectory Deploying web application directory [/usr/local/tomcat/webapps/host-manager]
05-Nov-2018 08:27:31.812 INFO [localhost-startStop-1] org.apache.catalina.startup.HostConfig.deployDirectory Deployment of web application directory [/usr/local/tomcat/webapps/host-manager] has finished in [44] ms
05-Nov-2018 08:27:31.813 INFO [localhost-startStop-1] org.apache.catalina.startup.HostConfig.deployDirectory Deploying web application directory [/usr/local/tomcat/webapps/docs]
05-Nov-2018 08:27:31.855 INFO [localhost-startStop-1] org.apache.catalina.startup.HostConfig.deployDirectory Deployment of web application directory [/usr/local/tomcat/webapps/docs] has finished in [42] ms
05-Nov-2018 08:27:31.861 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["http-nio-8080"]
05-Nov-2018 08:27:31.887 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["ajp-nio-8009"]
05-Nov-2018 08:27:31.891 INFO [main] org.apache.catalina.startup.Catalina.start Server startup in 1479 ms

我们在Docker所在的主机上，通过浏览器访问ip: localhost:8888就可以打开tomcat的界面。

 

命令：-P,随机分配映射端口号 

docker run -it -P tomcat

查看随机分配的端口信息： 

hadoop@Docker:~$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS                     NAMES
5133726067ed        tomcat              "catalina.sh run"   21 seconds ago      Up 20 seconds       0.0.0.0:32768->8080/tcp   frosty_euclid
97eb167d6eed        centos              "/bin/bash"         5 hours ago         Up About an hour                              Slave1

• 故意删除上一步镜像生产tomcat容器的文档

hadoop@Docker:~$ docker  exec -it frosty_euclid /bin/bash
root@5133726067ed:/usr/local/tomcat# ls
BUILDING.txt	 LICENSE  README.md	 RUNNING.txt  conf     lib   native-jni-lib  webapps
CONTRIBUTING.md  NOTICE   RELEASE-NOTES  bin	      include  logs  temp	     work
root@5133726067ed:/usr/local/tomcat# cd webapps/
root@5133726067ed:/usr/local/tomcat/webapps# ls
ROOT  docs  examples  host-manager  manager

删除当前目录下的docs文件夹，打开浏览器访问tomcat的链接，我们发现Documents已经不存在了。

• 也即当前的tomcat运行实例是一个没有文档内容的容器，以它为模板commit一个没有doc的tomcat新镜像atguigu/tomcat02

hadoop@Docker:~$ docker commit -a="zzyy" -m="tomcat without docs" 5133726067ed nju/mytomcat:1.2
sha256:2f33581f7eb04d41f1b01c3065d8f5a40869995275603767e27536bf4803fb64
hadoop@Docker:~$ docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nju/mytomcat        1.2                 2f33581f7eb0        8 seconds ago       463MB
tomcat              latest              ca9e2fccef98        6 days ago          463MB
ubuntu              latest              ea4c82dcd15a        2 weeks ago         85.8MB
centos              latest              75835a67d134        3 weeks ago         200MB
hello-world         latest              4ab4c602aa5e        8 weeks ago         1.84kB
hadoop@Docker:~$ 

删除目前所有的容器：

hadoop@Docker:~$ docker rm -f $(docker ps -qa)
5133726067ed
8307ff795abd
be40bb307c2e
97eb167d6eed
62655d6db3e8
290aa8b6d6c1
0365bd067647
bda7cede7b99
hadoop@Docker:~$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
hadoop@Docker:~$ 

• 启动我们的新镜像并和原来的对比

命令：

docker run -it -p 7777:8080 nju/mytomcat:1.2

输出结果：

hadoop@Docker:~$ docker run -it -p 7777:8080 nju/mytomcat:1.2
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /docker-java-home/jre
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
05-Nov-2018 08:53:47.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server version:        Apache Tomcat/8.5.34
05-Nov-2018 08:53:47.977 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server built:          Sep 4 2018 22:28:22 UTC
05-Nov-2018 08:53:47.978 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server number:         8.5.34.0


...此处省略若干行输出

05-Nov-2018 08:53:49.424 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["http-nio-8080"]
05-Nov-2018 08:53:49.467 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["ajp-nio-8009"]
05-Nov-2018 08:53:49.473 INFO [main] org.apache.catalina.startup.Catalina.start Server startup in 1163 ms

访问tomcat页面（可以正常访问）：

测试能否访问Documentation:(访问不了，说明是我们自己自定义的tomcat镜像)

新启动原来的tomcat，它有docs：

hadoop@Docker:~$ docker run -it -p 7788:8080 tomcat
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /docker-java-home/jre
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
05-Nov-2018 08:59:35.942 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server version:        Apache Tomcat/8.5.34
05-Nov-2018 08:59:35.945 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server built:          Sep 4 2018 22:28:22 UTC
05-Nov-2018 08:59:35.946 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server number:         8.5.34.0
05-Nov-2018 08:59:35.947 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log OS Name:               Linux

...此处省略若干行日志信息
05-Nov-2018 08:59:37.500 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["http-nio-8080"]
05-Nov-2018 08:59:37.526 INFO [main] org.apache.coyote.AbstractProtocol.start Starting ProtocolHandler ["ajp-nio-8009"]
05-Nov-2018 08:59:37.555 INFO [main] org.apache.catalina.startup.Catalina.start Server startup in 1327 ms

测试访问tomcat页面的Documentation:(可以访问)

以后台运行的方式启动tomcat容器：

前台模式下，我们会在终端看到很多的日志信息，有时我们并不想要它显示这个信息，我们可以以后台模式启动容器。

执行如下命令：

hadoop@Docker:~$ docker run -d --name backmode -p 6666:8080 tomcat
3aa315fe9fc88d9f6ea4b4f6f6ed1a46c400fb8c17712dbb9f74c49a18c62e45
hadoop@Docker:~$ 

通过浏览器访问ip: