05_Docker 镜像原理和联合文件系统

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参考资料

《如何理解docker联合文件系统、分层、数据卷、数据卷容器。》

Docker镜像（Docker Images）

Docker镜像就是包含了独立运行环境和开发的软件包。

没有Docker时，部署环境需先安装OS、配置网络、JDK、Tomcat等等，还得把开发的程序打成jar或war包放上去。

使用Docker后，Docker首先将OS、配置网络、JDK、Tomcat等等打包成一个镜像，直接拉取下来之后就能用。当然你也可以根据自己的需要，将OS、配置网络、JDK、Tomcat、jar或war等程序一起打包成一个镜像，这个时候使用和迁移都非常方便。

类似于先在一个VM中将东西都部署好，然后给VM弄个快照，此时可以把快照直接迁移，省去了迁移过程中重复的配置工作。

联合文件系统（UninoFS）

从上面可以得知，Docker可以把需要的东西都封装好。那么问题来了，每个镜像的需求都是不一样的。

比如有的需要OS+网络配置+JDK，有的需要OS+网络配置+MySQL，这些东西最后可能还都运行在同一台宿主机上。

其中OS+网络配置这些，难道都要分别搞一套吗？不能复用吗？类似maven，将公共的jar抽取出来，在公共的基础上封装自己的业务逻辑。

为了解决上面的问题，就需要用到联合文件系统（UninoFS）。

联合文件系统（UninoFS）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，UninoFS文件系统是Docker镜像的基础，镜像可以通过分层来实现的，基于基础镜像（没有父镜像），可以制作各种具体的应用镜像。

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• 特性：一次同时加载多个文件系统，但是从外面看起来，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保函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就是联合文件系统（UinnioFS）。

系统启动时，黑屏->开机->显示屏幕 ->加载Bootfs（boot file system）主要包括BootLoader和Kernel，BootLoader主要时引导加载Kernal，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系统时一样的，包含boot加载器和内核，当boot加载完成之后整个内核都在内存中了，此时内存的使用权已有Bootfs转交给内核，此时也会卸载Bootfs。

Rootfs（root file system）在Bootfs之上，包含的就是典型的Linux系统中各种标准目录和文件、程序等。

Rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu，Centos。

对于一个精简的OS(内核)，Rootfs可以很小，只需要包含最基本的命令，工具和程序库就可以了，因为底层直接用Host（主机的）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，Bootfs基本是一致的，因此不同的发行版可以公用Bootfs。

操作系统启动过程可参考：

• 《系统引导加载器的简单实现》

分层的原理

所有的Docker镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或者增加新的内容时，就会在当前镜像层之上，创建新的镜像层。

比如：基于CentOS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JDK，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Tomcat，就会创建第三个镜像层，该镜像当前已经包含3个镜像层。

使用docker inspect命令，可在Layers节点下查看镜像的层。

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。

注意：假如在Docker中又添加了JDK的最新版本，这时，Docker并不会新增加一层，而是用最新版本的JDK替换了原来的旧版本JDK。

扩展：
Linux上可用的存储引擎有AUFS、Overlay2、Device mapper、btrfs，以及ZFS。顾名思义，每种存储引擎都是基于Linux中对应的文件系统或块设备技术，并且每种存储引擎都有其独特的性能特点。

Docker在Windows上仅支持Windowsfiler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。