Docker镜像分层存储与镜像精简

Posted 2020-11-30 wucaiyun1

Linux操作系统

Linux操作系统由内核空间和用户空间组成。

内核空间是kernel，用户空间是rootfs, 不同Linux发行版的区别主要是rootfs.比如 Ubuntu 14.04 使用 upstart 管理服务，apt 管理软件包；而 CentOS 7 使用 systemd 和 yum。这些都是用户空间上的区别，Linux kernel 差别不大。
所以 Docker 可以同时支持多种 Linux 镜像，模拟出多种操作系统环境。

分层存储

　　因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统，其体积往往是庞大的，因此在 Docker 设计时，就充分利用 Union FS 的技术，将其设计为分层存储的架构。所以严格来说，镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件，镜像只是一个虚拟的概念，其实际体现并非由一个文件组成，而是由一组文件系统组成，或者说，由多层文件系统联合组成。
　　镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。
　　分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层，然后进一步添加新的层，以定制自己所需的内容，构建新的镜像。

docker镜像原理

　　docker镜像在构建的时候利用了aufs文件系统的挂载原理，对文件系统进行构建。
　　首先,存在一个 docker 容器在启动时其内部进程可见的文件系统视角,或者称为docker 容器的根目录rootfs。目录下含有 docker 容器所需要的系统文件、工具、容器文件等。（只读属性）
　　接着，在特定的镜像中存在每一个镜像独有的文件系统（读写属性），以ubuntu镜像为例，如下图：

　　在docker实际应用中，镜像相当于只读层，而容器则相当去上图中的可写层。已构建的镜像会设置成只读模式，read-write写操作是在read-only上的一种增量操作，固不影响read-only层。
??无论是unbuntu这种OS系统，还是mysql,mongo这种具体应用。docker利用的aufs文件系统在文件系统挂载时对镜像进行复用。
??所以我们假设 docker build 构建出来的镜像名分别为 image 1 和 image 2，由于两个 Dockerfile 均基于ubuntu:14.04，因此，image 1 和 image 2 这两个镜像均复用了镜像 ubuntu:14.04。 假设 RUN apt-get update 修改的文件系统内容为 20 MB，最终本地三个镜像的大小关系应该如下 ：

 ubuntu:14.04： 200 MB
 image 1：200 MB（ubuntu:14.04 的大小）+ 20 MB = 220 MB
 image 2：200 MB（ubuntu:14.04 的大小）+ 100 MB = 300 MB

　　如果仅仅是单纯的累加三个镜像的大小，那结果应该是：200 + 220 + 300 = 720 MB，但是由于镜像复用的存在，实际占用的磁盘空间大小是：200 + 20 + 100 + 320 MB，足足节省了 400 MB 的磁盘空间。在此，足以证明镜像复用的巨大好处。
　　由此可以说明docker images 列表下镜像大小之和并非是镜像实际硬盘消耗．

镜像的精简优化

1.优化基础镜像

　　基础镜像选择时，选择合适的较小的镜像,常用的 Linux 系统镜像一般有 Ubuntu、CentOs、Alpine···等

2.串联 Dockerfile 指令

　　在 Dockerfile 中， 每一条指令都会创建一个镜像层，继而会增加整体镜像的大小。当前层作出的操作修改不会影响上一层。
　　-用&&串联指令（一般是RUN指令）
　　-安装完软件记得clean
　　具体实例如下：
　　创建自定义Dockerfile，

FROM ubuntu:14.04
#基础源镜像
MAINTAINER yinjun
#描述镜像的创建者，名称和邮箱
WORKDIR /home
RUN dd if=/dev/zero of=50M.file bs=1M count=50
#创建大小为50M的测试文件
RUN rm -rf 50M.file
#删除该文件

　　用该文件生成镜像，执行创建镜像命令：

docker build -t test:A .

查看生成镜像信息：

可以看到生成的镜像test：A大小为240M，接下来我们将dockerfile命令进行串联，从而减少层，具体操作如下：
修改Dockerfile文件，将RUN指令通过&&合并到一起：

FROM ubuntu:14.04
#基础源镜像
MAINTAINER yinjun
#描述镜像的创建者，名称和邮箱
WORKDIR /home
RUN dd if=/dev/zero of=50M.file bs=1M count=50 && rm -rf 50M.file
#创建文件，同时在改层删除该文件

以此创建新镜像，具体操作与以前相同，镜像名为test：A，同样查看docker images如下：

到此可见同样命令，通过run命令串联，镜像大小缩减了240M-188M=52M
注：
??其实我们可以发现，前面例子中的dockerfile中只是简单执行了创建文件，然后删除该文件的操作，文件创建后再删除。常规我们一般会认为这种操作实际没有占用存储空间，这里就是docker 镜像的不同之处，由上文我们可以得知，dockerfile创建每条指令都是一个layers层，之后layers层的操作不会影响上一层，也就是说即使我们在该RUN层进行rm -rf 50M.file删除操作，也只是在本层中起作用，而上一层创建的文件依然保留，不会受到影响。所有尽可能将操作指令合并到同一个RUN层中，从而达到精简镜像的目的。