Docker镜像基本原理

Posted 2021-06-15 "大魔王先生

前言

Docker系列文章:

如果没有安装过Docker请参考本文最后部分，大家从现在开始一定要按照我做的Demo都手敲一遍，印象会更加深刻的，加油！

• 为什么学习Docker
• Docker基本概念

什么是镜像

1. 镜像就是一个可执行独立运行的软件包。包含应用运行所必须的文件和依赖包;
2. 镜像可以理解为类或者模板，只要在容器的环境下开箱即用;

Docker镜像加载原理

什么是UnionFS

在介绍UnionFS之前我们先来了解一下bootfs和rootfs:

bootfs(boot file system)

bootfs包含操作系统boot loader 和 kernel。用户不会修改这个文件系统。bootloader主要引导kernel，Linux刚启动的时候会加载bootfs文件系统，启动完成后，整个Linux内核加载进内存，之后bootfs会被卸载掉，从而释放出内存。

rootfs(root file system)

rootfs包含典型的目录结构，包括 /dev, /proc, /bin, /etc, /lib, /usr, and /tmp等再加上要运行用户应用所需要的所有配置文件，二进制文件和库文件。这个文件系统在不同的Linux 发行版中是不同的。而且用户可以对这个文件进行修改,Linux 系统在启动时，roofs 首先会被挂载为只读模式，然后在启动完成后被修改为读写模式，随后它们就可以被修改了。

UnionFS(Union File System)

UnionFS翻译为联合文件系统，2004年由纽约州立大学石溪分校开发，它可以把多个目录(也叫分支)内容联合挂载到同一个目录下，而目录的物理位置是分开的。UnionFS允许只读和可读写目录并存。UnionFS应用的地方很多，比如在多个磁盘分区上合并不同文件系统的主目录，或把几张CD光盘合并成一个统一的光盘目录(归档)。另外，具有写时复制(copy-on-write)功能UnionFS可以把只读和可读写文件系统合并在一起，虚拟上允许只读文件系统的修改可以保存到可写文件系统当中。

Docker镜像加速原理

Docker镜像实际上是由一层一层文件系统组成，这种层级文件系统就是UnionFS，如下图所示:

当用docker run启动这个容器时，实际上在镜像的顶部添加了一个新的可写层。这个可写层也叫容器层。

这里我们通过案例来证明一下，这是我本地已经下载好的镜像包，大家可以看到centos这个镜像包的大小才209M，平时我们安装的虚拟机上的centos都是几个G，这个里为什么200M就可以？这里我们的centos镜像文件只是一个最精简的rootfs版本，与底层系统共用了kernel，所以才200M就可以将一个centos跑起来，对于不同发行版本可能这个大小会略微有所不同。

我们总结下镜像加速的原理，因为Docker镜像是分层的，因此在加载一个镜像的时候，会按照从底层到高层的顺序依次加载该镜像所需要的镜像层。在加载的过程中，如果当前镜像层已经存在，则会跳过当前镜像层。比如：已经下载过mysql镜像，现在要下载Tomcat镜像，而这两个镜像都需要CentOS镜像层，那么下载Tomcat镜像的时候，就会跳过下载CentOS镜像层。

分层理解

当我们使用docker pull下载镜像的时候，我们可以看到都是一层一层下载的，如下图所示：

我们也可以使用docker image inspect elasticsearch查看elasticsearch的分层，如下图所示:

Docker镜像层如下图所示:

Docker负责堆叠这些镜像层，每个 Docker 镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或增加新的内容时，就会在当前镜像层之上，创建新的镜像层，如下图所示:

实战

提交镜像

原始的Docker的Centos镜像是没VIM命令的，我们制作一个带有VIM的Centos镜像。

1. 拉取镜像，这里会发现镜像也是一层一层拉取的;

docker pull centos

2. 守护进程的模式启动centos的镜像;

#查看所有的镜像
docker images
#后台模式启动centos
docker run -d -it --name centos01 centos:latest

3. 进入容器内部，查看原始镜像是否支持vim命令;

#查看容器信息
docker ps
#交互方式进入容器
docker exec -it d86647f84f18 /bin/bash
#验证
vim

4. 在容器中安装VIM命令，退出交互模式;

#安装VIM命令；
yum -y install vim
#退出交互模式
exit

5. 制作带VIM的Centos的镜像，并启动验证；

#docker commit -m="描述的信息"   -a="作者"  容器Id  TAG标签
#提交一个名字叫vimcentos版本1.0的镜像
docker commit -m="带VIMCentos镜像" -a="wtz" d86647f84f18 vimcentos:1.0
#启动镜像验证是否支持VIM命令
docker run -d -it --name vimcentos vimcentos:1.0

推送镜像到阿里云镜像仓库

1. 创建命名空间;
   
2. 登录阿里云镜像;

docker login --username=17177****@qq.com registry.cn-shanghai.aliyuncs.com

3. 给镜像打个标签;

docker tag [ImageId] registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/wtzdockerhub/wtzdockerhub:[镜像版本号]

4. 上传镜像;

docker push registry.cn-shanghai.aliyuncs.com/wtzdockerhub/wtzdockerhub:[镜像版本号]

Docker安装

系统要求

Docker支持64位版本CentOS 7/8，并且要求内核版本不低于3.10。 CentOS7满足最低内核的要求，但由于内核版本比较低，部分功能（如overlay2存储层驱动)无法使用，并且部分功能可能不太稳定。

卸载旧版本

旧版本的Docker称为docker或者docker-engine，使用以下命令卸载旧版本：

sudo yum remove docker \\
                  docker-client \\
                  docker-client-latest \\
                  docker-common \\
                  docker-latest \\
                  docker-latest-logrotate \\
                  docker-logrotate \\
                  docker-selinux \\
                  docker-engine-selinux \\
                  docker-engine

使用yum安装

资源准备

sudo yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

资源配置

sudo yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

docker安装

sudo yum -y install docker-ce

docker启动

sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

镜像包加速

鉴于国内网络问题，后续拉取 Docker 镜像十分缓慢，我们可以需要配置加速器来解决，国内可采用以下三种镜像配置:

• 阿里云加速器(点击管理控制台 -> 登录账号(淘宝账号) -> 右侧镜像中心 -> 镜像加速器 -> 复制地址)
• 网易云加速器https://hub-mirror.c.163.com
• 百度云加速器https://mirror.baidubce.com

检查是否在 docker.service 文件中配置过镜像地址;

systemctl cat docker |grep\'\\-\\-registry\\-mirror\'

如果该命令有输出，执行 systemctl cat docker 查看 ExecStart= 出现的位置，修改对应的文件内容去掉 --registry-mirror 参数及其值，并按接下来的步骤进行配置。
如果以上命令没有任何输出，那么就可以在 /etc/docker/daemon.json 中写入如下内容（如果文件不存在请新建该文件）:

cd  /etc/docker/
touch daemon.json
{
"registry-mirrors":[
"https://hub-mirror.c.163.com",
"https://mirror.baidubce.com"
]
}

重启服务

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

结束

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