Docker的三大基本概念

Docker 包括三个基本概念:

  • 镜像(Image
  • 容器(Container
  • 仓库(Repository

理解了这三个概念,基本上就理解了Docker的整个生命周期。

镜像(Image

操作系统分为内核和用户空间。如Linux内核启动后,会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。

而 Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。

镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。

分层存储

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统,其体积往往是庞大的,因此在 Docker 设计时,就充分利用 Union FS 的技术,将其设计为分层存储的架构。

所以严格来说,镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件,镜像只是一个虚拟的概念,其实际体现并非由一个文件组成,而是由一组文件系统组成,或者说,由多层文件系统联合组成。

什么是UnionFS?

联合文件系统(Union File System):2004年由纽约州立大学石溪分校开发,它可以把多个目录(也叫分支)内容联合挂载到同一个目录下,而目录的物理位置是分开的。UnionFS允许只读和读写目录并存,就是说可同时删除和增加内容。UnionFS应用的地方很多,比如在多个磁盘分区上合并不同文件系统的主目录,或把几张CD光盘合并成一个统一的光盘目录(归档)。另外,具有写时复制(copy-on-write)功能UnionFS可以把只读和读写文件系统合并在一起,虚拟上允许只读文件系统的修改可以保存到可写文件系统当中。

镜像构建时,会一层层构建,前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变,每一层上的任何改变只会发生在自己这一层。比如,删除前一层文件的操作,实际不是真的删除前一层的文件,而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候,虽然不会看到这个文件,但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此,在构建镜像的时候,需要额外小心,每一层尽量只包含该层需要添加的东西,任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

以下Dockerfile指令会构建一个四层的镜像,分别对应基础镜像、复制文件、编译文件以及入口文件,每层只记录本层所做的更改,而这些层都是只读层。如下图所示:

Docker的三大基本概念

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层,然后进一步添加新的层,以定制自己所需的内容,构建新的镜像。

dive

给大家介绍一款用来分析 Docker 镜像层信息的工具:dive。

Github地址:https://github.com/wagoodman/dive

该工具主要用于探索 Docker 镜像层内容以及发现减小 Docker 镜像大小的方法。

要分析一个 Docker 镜像,只需要在 dive 工具后面添加上镜像的 tag 即可:

除此之外,还可以通过 build 命令去构建 Docker 镜像后,直接进入分析结果:

基本功能介绍:

  • 显示每层的 Docker 镜像内容:当左侧选择一个层时,会在右侧显示该层的所有内容,此外,还可以使用箭头按键来浏览整个文件树内容。
  • 指出每层中发生了哪些变化:在文件树中标明已修改、添加或删除的文件,可以调整此值以显示特定层的更改。
  • 估计“镜像效率”:左下方窗格显示基本层信息和一个实验指标,用于猜测图像所包含的空间浪费。这可能是跨层的一些重复文件,跨层移动文件或不完全删除的文件。提供了一个百分比的“得分”和总浪费的文件空间。
  • 快速构建/分析周期:可以构建 Docker 镜像并使用一个命令立即进行分析:dive build -t some-tag .,只需要将docker build命令用相同的dive build命令替换即可。

普通方式安装:

Docker 方式安装及使用:

Docker的安装方式非常简单,直接使用 docker 镜像的方式。

镜像 pull 下来后,然后使用该镜像运行一个临时的容器,加上需要分析的镜像即可:

比如,我们这里来分析下python:3.6.4这个镜像:

分析完成后,我们就可以进入到一个可操作的界面之中,然后可以使用键盘上的上下按键去切换镜像的每一层,在左下角会出现这一层的详细信息,有的层就会出现计算出的一些浪费空间的结果,我们就可以根据这个信息去分析如何减少镜像大小,而右侧区域则是显示当前镜像层的内容文件树:

Docker的三大基本概念

容器(Container

镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的  和 实例 一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的 命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间,甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里,使用起来,就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为 容器存储层,如下图:

Docker的三大基本概念

重要:容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用 数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高。

数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器删除或者重新运行之后,数据却不会丢失。

仓库(Repository

Docker Registry

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主机上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个 仓库Repository);每个仓库可以包含多个 标签Tag);每个标签对应一个镜像。

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。

我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像 为例,ubuntu 是仓库的名字,其内包含有不同的版本标签,如,16.0418.04。我们可以通过 ubuntu:16.04,或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签,比如 ubuntu,那将视为 ubuntu:latest

仓库名经常以 两段式路径 形式出现,比如 jwilder/nginx-proxy,前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名,后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

Docker Registry 公开服务

Docker Registry 公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。

一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像,并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。

最常使用的 Registry 公开服务是官方的 Docker Hub,这也是默认的 Registry,并拥有大量的高质量的官方镜像。除此以外,还有 CoreOS 的 Quay.io,CoreOS 相关的镜像存储在这里;Google 的 Google Container RegistryKubernetes 的镜像使用的就是这个服务。

由于某些原因,在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务(Registry Mirror),这些镜像服务被称为加速器。常见的有 阿里云加速器DaoCloud 加速器 等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像,比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。

国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 网易云镜像服务DaoCloud 镜像市场阿里云镜像库 等。

私有 Docker Registry

除了使用公开服务外,用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。

Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像,可以直接使用做为私有 Registry 服务。

开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API 的服务端实现,足以支持 docker 命令,不影响使用。但不包含图形界面,以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。在官方的商业化版本 Docker Trusted Registry 中,提供了这些高级功能。

除了官方的 Docker Registry 外,还有第三方软件实现了 Docker Registry API,甚至提供了用户界面以及一些高级功能。比如,Harbor 和 Sonatype Nexus

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原文出处:兰玉磊的个人博客
原文链接:https://www.fdevops.com/2020/04/01/three-basic-concepts-docker
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