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Docker镜像分层

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创建测试镜像

我们创建一个最简单的镜像:

1.构建测试镜像v1.0:docker build -t image_test:1.0 .

FROM alpine:3.15.0 #除了继承基础镜像,啥也不做

2.构建测试镜像v2.0:docker build -t image_test:2.0 .

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file1

3.构建测试镜像v3.0:docker build -t image_test:3.0 .

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file1
RUN dd if=/dev/zero of=file2 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file2

这样本地就构建了3个测试镜像:

查看镜像

我们有2种方法查看镜像:

  1. 使用docker inspect:获取镜像的元数据
  2. 使用docker history:查看镜像的构建历史 使用docker inspect

使用docker inspect

查看镜像的元数据。
其中Parent可以看到父镜像, Layers这一项下面可以看到镜像的所有层。

使用docker history

使用docker history可以看到镜像的构建历史。
我们每一行列出了镜像包含的层。

使用docker history我们看到有一行很特别,就是镜像ID为的行,这一行是什么呢?
看了 官方文档 的描述,我们知道这些构建步骤要么是构建在另一个系统,要么是镜像的部分是从DockerHub上拉取下来的,要么是使用的是另一种构建工具BuildKit构建的。
很显然,我们这里就是第二种情况,因为我们的Dockerfile中第一句指令就是FROM alpine:3.15.0.

镜像分层图

根据上面的docker history命令,我们可以轻松的画出三个镜像的分层图:

从上面的图可以看到,我们的镜像是分层的,我们的Dockerfile中新增一条指令,就会新增一层!
如果我们将多个命令合成一个,那么也只会生成一层。修改一下上面的image_test:3.0,把两条RUN合并成一条:

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 && \
    dd if=/dev/zero of=file2 bs=10M count=1

使用docker history 查看image_test:4.0,可以看到,只有2层了!

镜像分层的好处

知道了镜像是分层的,那么我们是不是好奇为啥要这么设计呢?
试想一下我们如果不分层会有什么问题?

以拉取镜像为例!
拉取镜像的镜像很大,比如Redis的镜像有100多M
第一次我们拉取6.2版本的Redis,下载了完成的100M到本地,下次我要下载6.2.6版本的,是不是又得下载100M。
尽管可能两个版本之间就改了几行配置文件。

这样是非常低效的。如果能只下载有差异的部分就好了!

这个痛点,也就是镜像分层要解决的问题。实际上,Docker也是这么实现的。
第一次下载redis:6.2时,因为之前没有下载过,所以下载了所有的层,总共113M。网络慢点的话还是需要花一些时间的!

第二次下载redis:7.0-rc,就变得快了很多!因为前面3层是redis:6.2是一样的,这些层已经下载过了!

这种思想和我们常用的版本管理工具git也是一样的!
如果版本2是基于版本1的基础上,那么版本2不需要copy一份全量的数据,只需一份和版本1差异化的增量数据即可!

这样的最终好处是,可以体现在以下方面:

对于第3点,多个基于相同镜像运行的容器,都可以直接使用相同的镜像层,每个容器只需一个自己的可写层即可:

镜像分层的实现

前面说过,Docker镜像分层和Git的版本很像!我们不妨以此类比!只是为了方便我们理解:

GitDocker
版本分层
在前一个版本的基础上在前一层的基础上
修改了代码Dockerfile中加了RUN等指令
commit了修改,新增了一个版本新建一个镜像层
新版本只包含差异新镜像只包含了差异修改
已提交的commit是不能修改的旧的镜像层是不能修改的

总而言之,镜像层是只读的,新的镜像层是基于前一个镜像层的修改,只保留了增量修改的部分!
使用了联合文件系统,对文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加!

容器本质上也是在镜像的基础上加了一层可写层!这个在另外的章节再详细讨论!

Copy-on-write策略

Copy-on-write是一种提高文件共享和复制效率的策略。
如果一个文件和目录在低一层的镜像层中存在,并且其它层想要读取这个文件,就直接使用这个文件。
如果其它层想要修改这个文件(不管是构建镜像时,还是在容器运行的过程中),这个文件都会被先拷贝到新的一层中,然后再修改它。

这样做的好处是可以大大减少每一层的大小!
更具体的实现请参考官方文档中:Copy-on-write策略

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