Docker 学习笔记（五）：梳理 Docker 镜像知识，附带 Commit 方式提交镜像副本，安装可视化面板 portainer

一、前言

记录时间 [2024-4-10]

前置文章：
Docker学习笔记（一）：入门篇，Docker概述、基本组成等，对Docker有一个初步的认识
Docker学习笔记（二）：在Linux中部署Docker（Centos7下安装docker、环境配置，以及镜像简单使用）
Docker 学习笔记（三）：Centos7 中 Docker 使用，镜像、容器，以及操作等常用命令小结
Docker 学习笔记（四）：练习篇，Linux 中使用 Docker 部署 Nginx，Tomcat，以及 ElasticSearch

笔者对关于 Docker 学习的文章进行了整理，需要的朋友可以参考上面专栏哦。

学前准备工作：

Docker 学习视频
Docker 官方文档
Docker 远程仓库
Linux 云服务器/虚拟机
FinalShell 远程连接工具

在前几篇文章中，笔者讲述了关于Docker 学习的入门知识，本文是 Docker 入门的最后一篇，主要是对 Docker 镜像知识的梳理，附带了 Commit 方式提交镜像副本的操作，以及可视化面板 portainer 的安装。

主要内容有：

如何获取镜像
联合文件系统 UnionFS
Docker 镜像加载原理
Commit 镜像
安装可视化面板 portainer

二、划重点

Docker 镜像知识划重点

分层 + 堆叠 + 共用
方便部署和扩展：任何应用都能通过打包成 docker 镜像的方式，直接完成运行。
下载镜像时看到的一层一层的，就是联合文件系统。
为什么镜像是一层层下载的？因为联合文件系统的修改是一次次叠加的。
其中某些层可以让不同的镜像共用，比如：tomcat 和 mysql 镜像都会用到 centos 那一层。
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层的组合。
虚拟机要自己启动底层，所以分钟级；容器用宿主机的底层，所以秒级。

三、Docker 镜像知识

梳理一遍原理，重点在于理解分层

1. 镜像是什么

镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，将开发的软件和该软件的运行环境一起打包，即：镜像中包含运行这个软件所需的所有内容，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。

2. 如何获取镜像

从远程仓库下载镜像
从朋友处拷贝镜像
使用 DockerFile 自己制作镜像

3. 联合文件系统（UnionFS）

联合文件系统是一种分层、轻量级并且高性能的文件系统，它支持将对文件系统的修改作为一次提交来一层层地叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。

联合文件系统的特性在于：它虽然同时加载了多个文件系统，但从外面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，最终，该文件系统会包含所有底层的文件和目录。

联合文件系统是 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），可以制作各种具体的应用镜像。

4. Docker 镜像加载原理

Docker 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即为联合文件系统。

比如下面提到的 bootfs 和 rootfs 这两层。

bootfs（boot file system）：

用于系统启动的加载引导，也就是计算机从黑屏到开机进入系统之间的过程；
bootfs 主要包含加载器（bootloader）和内核（kernel）；
Linux 刚启动时会加载 bootfs 文件系统，用 bootloader 引导加载 kernel；
可以说，任何镜像都会用到 bootfs，即，bootfs 是公用的，Docker 镜像的最底层是 bootfs；
这一层与典型的 Linux/Unix 系统一样，加载完成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，而 bootfs 会被系统卸载。

rootfs（root file system）：

rootfs 在 bootfs 之上；
rootfs 中包含典型 Linux 系统中的 /dev, /proc, /bin, /etc 等标准目录和文件；
rootfs 是各种不同的操作系统发行版，比如 Ubuntu、CentOS 等等；
容器相当于一个小型的虚拟机环境。

再比如，如下图所示：

先下载基础镜像，基础镜像层叠加在内核层之上；
再对基础镜像进行两次操作，每次操作都是在下一层往上叠一层。

在这里插入图片描述

5. 为什么镜像占内存少

平时安装在虚拟机中的 CentOS 系统一般占好几个 G，为什么 Docker 中的 CentOS 镜像仅 200M 呢?

原因在于操作系统精简：

不同的 Linux 发行版，其 bootfs 基本一致，rootfs 会有差别；
底层直接用宿主机的内核，即，公用 bootfs，自己提供 rootfs；
rootfs 很小，只需要包含最基本的命令、工具和程序库就即可；
虚拟机要自己启动底层，所以分钟级；容器用宿主机的底层，所以秒级。

6. 镜像分层的理解

下载镜像并观察

使用 Docker 下载一个镜像，观察下载的日志输出，可以看到是一层一层下载的。

尝试一下：

[root@localhost ~]# docker pull redis
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/redis
a2abf6c4d29d: Already exists 
c7a4e4382001: Pull complete 
4044b9ba67c9: Pull complete 
c8388a79482f: Pull complete 
413c8bb60be2: Pull complete 
1abfd3011519: Pull complete 
Digest: sha256:db485f2e245b5b3329fdc7eff4eb00f913e09d8feb9ca720788059fdc2ed8339
Status: Downloaded newer image for redis:latest
docker.io/library/redis:latest

查看下详细信息：

docker image inspect redis:latest

可以看到分层情况 Layers：

[root@localhost ~]# docker image inspect redis:latest
[
		// ...
		"RootFS": {
            "Type": "layers",
            "Layers": [
                "sha256:2edcec3590a4ec7f40cf0743c15d78fb39d8326bc029073b41ef9727da6c851f",
                "sha256:9b24afeb7c2f21e50a686ead025823cd2c6e9730c013ca77ad5f115c079b57cb",
                "sha256:4b8e2801e0f956a4220c32e2c8b0a590e6f9bd2420ec65453685246b82766ea1",
                "sha256:529cdb636f61e95ab91a62a51526a84fd7314d6aab0d414040796150b4522372",
                "sha256:9975392591f2777d6bf4d9919ad1b2c9afa12f9a9b4d260f45025ec3cc9b18ed",
                "sha256:8e5669d8329116b8444b9bbb1663dda568ede12d3dbcce950199b582f6e94952"
            ]
        },
        ...
]

思考

为什么 Docker 镜像要采用这种分层的结构？为了实现资源共享。

因为许多镜像都由相同的 Base 镜像构建而来，那么宿主机只需将 Base 镜像在磁盘上保留一份，同时在内存中加载一份，就可以为这些镜像的所有容器服务了，而且镜像的每一层都可以被共享。

Docker 镜像的每一层都是在前一层的基础上进行更改的，此方式可减少磁盘使用和提高镜像传输的效率。

理解一

所有的 Docker 镜像都起始于一个基础镜像层；
修改或增加新的内容时，会在当前镜像层之上创建新的镜像层。

如图，假如基于 Ubuntu 创建一个新的镜像，Ubuntu 即为新镜像的第 1 层；如果在该镜像中添加 Python 包，就会在基础镜像层之上创建第 2 个镜像层；如果继续添加一个安全补丁，就会创建第 3 个镜像层。该镜像当前已经包含 3 个镜像层。

在这里插入图片描述

理解二

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层的组合。

如下图，这个镜像包含 2 个镜像层，每个镜像层包含 3 个文件。也就是说：镜像 = 2 个镜像层 = 6 个文件

在这里插入图片描述

理解三

上层镜像层中的文件可以覆盖底层镜像层中的文件
将文件的更新版本作为一个新镜像层添加到镜像当中
Docker 通过快照机制来实现镜像层堆栈（1.10 版本之前通过存储引擎）
保证多镜像层对外展示为统一的文件系统

存储引擎与快照机制：

在 Docker 的早期版本中，每一层都是通过存储引擎的方式来实现的，在底层文件系统上构建一个读写文件系统。但从 Docker 1.10 版本开始，Docker 开始使用了更高效的快照机制来实现层的堆叠。这种快照机制允许 Docker 在不同的层之间共享数据，从而减少了磁盘的使用空间和提高了容器的启动速度。

Linux 中可用的存储引擎：AUFS、Overlay2、Device Mapper、Btrfs、ZFS，顾名思义，每种存储引擎都基于 Linux 中对应的文件系统或者块设备技术，都具备其独有的性能特点。

Windows 中可用的存储引擎：windowsfilter，该引擎基于 NTFS 文件系统之上实现了分层和 CoW。（CoW，Copy-on-Write，能保证数据的完整性，有利于掉电恢复）

如图，在这个镜像中，使用新的镜像层中的文件 7 覆盖了旧镜像层文件 5；对外展示时，提供统一的视图，所有镜像层堆叠并合并。

在这里插入图片描述

理解四

Docker 镜像都是只读的，容器层之下的是镜像层；
创建一个新的容器时，Docker 会创建一个新的可写层（容器层），并加载到镜像的顶部；
在可写层中添加/更新/删除文件；
删除/更新文件时，Docker 会从底层的只读层中提取该文件的副本到可写层，并在可写层中进行更改。

7. 操作原理

如图是镜像相关操作运行的原理，从远程下载到本地运行，镜像是只读文件，所有对它的操作都在容器层中进行。

在这里插入图片描述

四、Commit 镜像

使用 docker commit 命令提交容器成为一个新的副本

# 命令和 git 原理类似
docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 容器id 目标镜像名:[tag]

操作一下吧：（可以随便找个容器尝试一下）

启动一个默认的 tomcat
发现默认的 tomcat 下没有 webapps 应用（原因参考这篇文章）
将基本的文件拷贝到 webapps 目录下
将操作后的容器通过 commit 提交为一个新镜像
以后可以使用这个新镜像，是我们自己修改的
这个镜像相当于保存了当前容器的状态，好比 VM 的快照

docker commit -a="yuan" -m="add webapps app" b8e65a4d736d tomcat02:1.0

五、可视化面板

下面简单介绍下可视化面板 portainer 的安装

安装命令：

docker run -d -p 8088:9000 \
--restart=always -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock --privileged=true portainer/portainer

访问测试：

访问 8088 端口测试，面板如下，可以查看 docker 中镜像、容器等的情况，并进行启动、进入、移除等操作。

在这里插入图片描述

六、总结

本文是 Docker 入门的最后一篇，下一环节进入 Docker 精髓：数据卷、DockerFile、Docker 网络。

一些参考资料

狂神说系列 Docker 教程：https://www.bilibili.com/video/BV1og4y1q7M4/

Docker 官方文档：https://docs.docker.com/engine/install/centos/

Docker 远程仓库：https://hub.docker.com/

FinalShell 下载：http://www.hostbuf.com/t/988.html