基础 4 —— Docker 镜像的底层原理

4.1 Docker 镜像是分层的文件系统

首先我们需要明白 Docker 镜像是什么？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。

这种分层的镜像就好像分层的蛋糕。每个分层的镜像都有单独的功能，然后汇聚成一起对外暴露成一个整体的镜像。这种分层的镜像我们又称为联合文件系统 (UnionFS)。

联合文件系统 (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 (unite several directories into a single virtual filesystem)。Union 文件系统是 Docker 镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像（类似于 JAVA 中的 Object 类），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，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。

4.2 Docker镜像的加载原理

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，在 Docker 镜像的最底层是引导文件系统 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。

bootfs：包含 bootloader（引导加载程序）和 kernel（内核） 。
rootfs：root 文件系统，包含的就是典型 Linux 系统中的 /dev，/proc，/bin，/etc 等标准目录和文件。

那为什么 Docker 镜像要设计成这种分层的镜像呢？

其实就是为了复用！做到资源共享！比如我们安装 nginx 也需要 jdk 镜像。如果我们之前下载过 tomcat，tomcat 下载是需要 jdk 镜像 的。由于 jdk 镜像之前已经下载过，所以下载 nginx 镜像就不要再下载 jdk 了。

需要注意的是：Docker 镜像层都是只读的，容器层是可写的。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”。

所以，所有对容器的改动 - 无论添加、删除、还是修改文件都只会发生在容器层中。只有容器层是可写的，容器层下面的所有镜像层都是只读的。

4.3 Docker 镜像 commit 操作案例

基于上面的结论，我们可以对正在运行的容器进行修改，自定义一些功能，然后我们再打成新的镜像。这样新的镜像就有新的功能了。

我们运行一个 Ubuntu 镜像，我们发现在镜像里面无法使用 vim 命令，因为这个 Ubuntu 镜像只是包括了其最基本的内核命令。

[root@shjava101 ~]# docker run -it 575629a1394b /bin/bashroot@6fad0baadb12:/# vim a.txtbash: vim:commandnot found

此时我们就想给这个正在运行的容器添加 vim 功能。那应该怎么办呢？我们现在 Ubuntu 容器里面安装 vim 编辑器。

root@6fad0baadb12:/# apt-get updateroot@6fad0baadb12:/# apt-get -y install vim

安装完成以后，我们就可以在容器里面使用 vim 编辑器进行文件的编辑了。

root@6fad0baadb12:/# vim a.txtroot@6fad0baadb12:/# cat a.txthellodocker

接下来我们需要将这个运行的容器重新制作成一个带有 vim 功能的 Ubuntu 镜像。

我们使用 docker commit 命令实现。docker commit 命令的作用就是提交容器副本使之成为一个新的镜像。

语法格式：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]

我们 Ctrl + P + Q 快捷键退出到容器外部，执行命令：

[root@shjava101 ~]# docker commit -m="add vim" -a="krisswen" 6fad0baadb12 linux1:1.0

我们发现我们的镜像制作成功，并且相对于原来的 Ubuntu 镜像，大了不少，为什么？因为我们加了 vim 功能，相当于又加了一层新的镜像，所以变大了。

接下来我们运行我们自己做的镜像：

[root@shjava101 ~]# docker run -it a31aabe9e714 /bin/bashroot@c4b8c5a059f9:/# lsa.txt bin boot dev etc home lib lib32 lib64 libx32 media mnt opt proc root run sbin srv sys tmp usr var root@c4b8c5a059f9:/# vim b.txt

我们发现我们自己制作的镜像确实带有 vim 功能了。

总结：Docker 中的镜像分层，支持通过扩展现有镜像，创建新的镜像。类似 Java 继承于一个 Base 基础类，自己再按需扩展。

新镜像是从 base 镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件，就在现有镜像的基础上增加一层。