Docker的容器镜像和存储驱动
Docker作为一种容器技术，已经在工程实践中被广泛的应用，这里讲讲其镜像的管理和后端的存储驱动。
1. 什么是Docker镜像
镜像，英文单词为image，在计算机世界的很多领域里都曾经出现，常见的image
有下面这些：
- Linux内核镜像（vmlinuz）
- 各种iso文件
- 虚拟机磁盘镜像（有qcow2、raw格式的文件，或者ceph块镜像）
这些不同格式，应用在不同的场景的镜像，都是由数据本身+组织管理信息（元信息）
组成，通过mkimage，mkiso，qemu-img这样的工具来生成不同格式的镜像。Docker
镜像也一样，由根文件系统+元文件组成，通过docker build生成。
Figure -- 1
下面来梳理下容器镜像与普通程序，以及进程与容器的区别。如图Figure-1所示，
程序是个静态的可执行文件，通常在/usr/bin，/usr/sbin目录下，进程是动态的，是运
行中的程序，除了代码段、数据段、堆、栈外，还包括进程控制块这些信息。容器镜像
可说是个静态的根文件系统，以及镜像的元文件组成，通常在/var/lib/docker目录下，
容器是动态的，是运行中的镜像，包括init进程、服务（后台进程）、还包括受限的操
作系统资源（内存、CPU、文件系统、网络）。
2. 存储驱动的作用及其分类
Docker容器镜像，是个静态的根文件系统（linux根目录及其包含的若干子目录组
成），如图Figure-2所示，与普通linux系统的目录结构一样，差别就是不同用途的镜像，
相关目录下文件有所差别。显而易见Docker容器镜像并不像虚拟机镜像是个单一的qcow2文件，其就是一堆在各自目录下的文件，容器通过后端的存储技术，以一定的权限，可读、可写、可执行访问，docker镜像的技术如分层等，正是基于后端存储驱动来实现的。
Figure -- 2
存储驱动技术，大致上有下面几类：AUFS、Btrfs、Device mapper、OverlayFS、
ZFS，其都在linux内核实现。
在文件/etc/sysconfig/docker-storage，有后端驱动配置项：
DOCKER_STORAGE_OPTIONS="--storage-driver overlay2 "
其对应于dockerd服务进程的参数： --storage-driver overlay2，本文后面章节的描述，
都是基于overlay2存储驱动。
3. Docker镜像设计技术
Docker镜像大致有下面的一些特点：分层、写时拷贝、内容寻址、联合挂载。
4. Docker镜像元文件和存储文件
Docker镜像的元数据都存放在/var/lib/docker/image/overlay2目录下：
------- imagedb 存储所有镜像的元数据
------- layerdb 存储所有镜像层和容器层的元数据
------- repositories.json 记录镜像仓库中所有镜像的repository和tag名
------- distribution
repositories.json记录了下载到本地镜像的源仓库名称和生成的tag，通过命令
docker images列出的镜像信息里，会有一栏“IMAGEID”，这个ID对应于其中的一个tag。
5. 镜像内容寻址
镜像的内存寻址，是根据镜像的ID来索引，通过层层寻址，最终找到其存储目录。整个过程如图Figure-3所示。
整个过程，可以分为三个步骤，step-1通过image-id寻址到分层，step-2通过分层id寻址到镜像层，最后step-3，/var/lib/overlay2目录下，就是以id为索引的镜像层存储目录。
5. 镜像分层/联合挂载
Figure -- 4
如Figure--4所示，lowerdir是镜像层，upperdir是容器层，merged是容器看到的统一视图，通过mount命令可以查看到相关的信息。
6. 容器文件的读写
镜像层的文件，都是只读的，修改这些文件，如passwd命令时，会把镜像层的文件先拷贝到容器层，再修改相应的文件，容器层目录，原始状态只有一个run目录。文件同时存在容器层和镜像层，有效的是容器层的文件，镜像层的文件被屏蔽。
删除一个文件时，如果这个只存在镜像层，容器会在容器层创建一个whiteout文件，镜像层的这个文件并不会被删除，但是whiteout文件会隐藏镜像层的文件。