【现学现忘Docker基础】— 18.Docker镜像的加载原理

2021-04-07 本文已影响0人繁华似锦Fighting

1、镜像是什么

镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，用来打包软件运行环境和基于运行环境开发的软件，它包含运行某个软件所需的所有内容，包括代码、运行时环境、库、环境变量和配置文件。

即：所有的应用，直接打包成Docker镜像，就可以直接跑起来！

2、Docker镜像获取的方式

从仓库中拉取镜像（docker pull）。
从本地文件中载入镜像（docker load）。
由容器生成新的镜像（docker commit）。
自己构建新的镜像（docker build）。

3、Docker镜像加载原理

（1）UnionFS（联合文件系统）

Union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（没有父镜像概念），可以制作各种具体的应用镜像。

总结：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。

我们下载镜像的时候，看到的一层层就是这个，如下：

[root@192 /]# docker pull redis
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/redis
a076a628af6f: Already exists # 本地种已存在基础镜像
f40dd07fe7be: Pull complete  # 一层一层下载
ce21c8a3dbee: Pull complete  # 一层一层叠加
ee99c35818f8: Pull complete 
56b9a72e68ff: Pull complete 
3f703e7f380f: Pull complete 
Digest: sha256:0f97c1c9daf5b69b93390ccbe8d3e2971617ec4801fd0882c72bf7cad3a13494
Status: Downloaded newer image for redis:latest
docker.io/library/redis:latest

所以这种UnionFS（联合文件系统）来管理镜像是非常高效和节省空间的。

（2）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UnionFS（联合文件系统）。

分为两个部分：

bootfs（boot file system）：主要包含bootloader和kernel（Linux内核），bootloader主要是引导加载kernel，Linux刚启动时会加载bootfs文件系统，而在Docker镜像的最底层也是bootfs这一层，这与我们典型的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。

即：系统启动时需要的引导加载，这个过程会需要一定时间。就是黑屏到开机之间的这么一个过程。电脑、虚拟机、Docker容器启动都需要的过程。在说回镜像，所以这一部分，无论是什么镜像都是公用的。

rootfs（root file system）：rootfs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。

即：镜像启动之后的一个小的底层系统，这就是我们之前所说的，容器就是一个小的虚拟机环境，比如Ubuntu，Centos等，这个小的虚拟机环境就相当于rootfs。

bootfs和rootfs关系如下图：

平时我们安装进虚拟机的CentOS系统都是好几个G，为什么Docker这里才200M？

如下：

[root@192 /]# docker images
REPOSITORY            TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
centos                latest    300e315adb2f   3 months ago   209MB

对于一个精简的OS系统，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（宿主机）的kernel（也就是宿主机或者服务器的boosfs+内核），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，rootfs会有差别，因此不同的发行版可以公用bootfs部分。

这就是我们之前说：虚拟机的启动是分钟级的，容器的启动是秒级的。