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:

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。

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