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、库、环境变量和配置文件。

什么是 UnionFS

联合文件系统(Union File System):

2004年由纽约州立大学开发,它可以把多个目录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可以把只读和可读写文件系统合并在一起,具有写时复制功能,允许只读文件系统的修改可以保存到可写文件系统当中。

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

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),可以制作各种具体的应用镜像。

特性: 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。

在下载的过程中我们可以看到docker的镜像好像是在一层一层的在下载。

为什么一个Tomcat镜像500Mb:因为它有很多层依赖
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分层的原因:

  1. 分层最大的一个好处就是共享资源

  2. 有多个镜像都从相同的base镜像构建而来,那么宿主机只需在磁盘上保存一份base镜像;

  3. 同时内存中也只需加载一份base镜像,就可以为所有容器服务了,而且镜像的每一层都可以被共享。

Docker 如何使用 UnionFS

如果我们浏览Docker hub,能发现大多数镜像都不是从头开始制作,而是从一些base镜像基础上创建,比如debian基础镜像。

而新镜像就是从基础镜像上一层层叠加新的逻辑构成的。这种分层设计,一个优点就是资源共享。

想象这样一个场景,一台宿主机上运行了100个基于debian base镜像的容器,难道每个容器里都有一份重复的debian拷贝呢?这显然不合理;借助Linux的unionFS,宿主机只需要在磁盘上保存一份base镜像,内存中也只需要加载一份,就能被所有基于这个镜像的容器共享。

当某个容器修改了基础镜像的内容,比如 /bin文件夹下的文件,这时其他容器的/bin文件夹是否会发生变化呢?

根据容器镜像的写时拷贝(Copy-on-Write)技术,某个容器对基础镜像的修改会被限制在单个容器内。

容器镜像由多个镜像层组成,所有镜像层会联合在一起组成一个统一的文件系统。如果不同层中有一个相同路径的文件,比如 /text,上层的 /text 会覆盖下层的 /text,也就是说用户只能访问到上层中的文件 /text。

将中间只读的 rootfs 的集合称为 Docker 镜像,Docker 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,后一层上的任何改变只发生在自己这一层。UnionFS 使得镜像的复用、定制变得更为容易。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。
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当用docker run启动这个容器时,实际上在镜像的顶部添加了一个新的可写层。这个可写层也叫容器层。
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容器启动后,其内的应用所有对容器的改动,文件的增删改操作都只会发生在容器层中,对容器层下面的所有只读镜像层没有影响。

Docker 镜像都是只读的,当容器启动时,一个新的可写层加载到镜像的顶部!这一层就是我们通常说的容器层,容器之下的都叫镜像层!

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。

bootfs(boot file system)主要包含 bootloader 和 Kernel , bootloader 主要是引导加 kernel, 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/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 。

rootfs(root file system),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。

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

对于精简的 OS,rootfs 可以很小,只需要包合最基本的命令,工具和程序库就可以了,因为底层直接用宿主机的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,rootfs会有差別,因此不同的发行版可以公用 bootfs。

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