Docker——映象原理之聯合檔案系統和分層理解

1、聯合檔案系統

UnionFS( 聯合檔案系統）

UnionFS( 聯合檔案系統）：Union檔案系統(UnionFS )是一種分層、輕量級並且高效能的檔案系統，它支援對檔案系統的修改作為一次提交來一層層的疊加，同時可以將不同目錄掛載到同一個虛擬檔案系統下(unite several directories into a single virtualfilesystem)。Union檔案系統是Docker映象的基礎。映象可以通過分層來進行繼承，基於基礎映象（沒有父映象），可以製作各種具體的應用映象。

另外，不同 Docker 容器就可以共用一些基礎的檔案系統層，同時再加上自己獨有的改動層，大大提高了儲存的效率。

Docker 中使用的 AUFS（AnotherUnionFS）就是一種聯合檔案系統。 AUFS 支援為每一個成員目錄（類似 Git 的分支）設定唯讀（readonly）、讀寫（readwrite）和寫出（whiteout-able）許可權, 同時 AUFS 裡有一個類似分層的概念, 對唯讀許可權的分支可以邏輯上進行增量地修改(不影響唯讀部分的)。

Docker 目前支援的聯合檔案系統種類包括 AUFS, btrfs, vfs 和 DeviceMapper。

特性：一次同時載入多個檔案系統，但從外面看起來，只能看到一個檔案系統，聯合載入會把各層檔案系統疊加起來，這樣最終的檔案系統會包含所有底層的檔案和目錄。

base 映象

base 映象簡單來說就是不依賴其他任何映象，完全從0開始建起，其他映象都是建立在他的之上，可以比喻為大樓的地基，docker映象的鼻祖。

base 映象有兩層含義：（1）不依賴其他映象，從 scratch 構建；（2）其他映象可以之為基礎進行擴充套件。

所以，能稱作 base 映象的通常都是各種 Linux 發行版的 Docker 映象，比如 Ubuntu, Debian, CentOS 等。

Docker 映象載入原理

docker的映象實際上由一層一層的檔案系統組成，這種層級的檔案系統就是UnionFS。

典型的 Linux 啟動到執行需要兩個FS，bootfs + rootfs：

bootfs(boot file system)主要包含 bpotloader 和 kernel，bootloader主要是引導載入 kernel，Linux 剛啟動時會載入 bootfs檔案系統，在Docker映象的最底層是bootfs。這一層與我們典型的Linux/Unix系統是一樣的，包含boot載入器bootloader和核心kernel。當boot載入完成之後整個核心就都在記憶體中了，此時記憶體的使用權已由bootfs轉交給核心，此時系統也會解除安裝bootfs。

rootfs (root file system)，在bootfs之上。包含的就是典型Linux系統中的/dev, /proc, /bin， /etc等標準目錄和檔案。roots就是各種不同的作業系統發行版，比如Ubuntu，Centos等等。

Docker 映象中為什麼沒有核心

從映象大小上面來說，一個比較小的映象只有1KB多點，或幾MB，而核心檔案需要幾十MB， 因此映象裡面是沒有核心的，映象在被啟動為容器後將直接使用宿主機的核心，而映象本身則只提供相應的rootfs，即系統正常執行所必須的使用者空間的檔案系統，比如/dev/，/proc，/bin，/etc等目錄，所以容器當中基本是沒有/boot目錄的，而/boot當中儲存的就是與核心相關的檔案和目錄。

由於容器啟動和執行過程中是直接使用了宿主機的核心，不會直接呼叫過物理硬體，所以也不會涉及到硬體驅動，因此也用不上核心和驅動。而如果虛擬機器器技術，對應每個虛擬機器器都有自已獨立的核心

2、分層結構

Docker 映象是一種分層結構，每一層構建在其他層之上，從而實現增量增加內容的功能，Docker 映象下載的時候也是分層下載，以下載redis映象為例：

可以看到，新映象是從 base 映象一層一層疊加生成的。每安裝一個軟體，就在現有映象的基礎上增加一層。

為什麼 Docker 映象要採用這種分層結構呢？

最大的好處，莫過於是資源共用了。比如有多個映象都從相同的Base映象構建而來，那麼宿主機只需在磁碟上保留一份base映象，同時記憶體中也只需要載入一份base映象，這樣就可以為所有的容器服務了，而且映象的每一層都可以被共用。

可寫的容器層

Docker 映象都只是可讀（read-only）的，當容器啟動時，一個新的可寫層被載入到映象頂部。

這新的一層就是可寫的容器層，容器之下都叫映象層。

Docker通過一個修改時複製策略copy-on-write來保證base映象的安全性，以及更高的效能和空間利用率。

• 當容器需要讀取檔案的時候

從最上層的映象層開始往下找，找到後讀取到記憶體中，若已經在記憶體中，可以直接使用。換句話說，執行在同一臺機器上的Docker容器共用執行時相同的檔案。

• 當容器需要修改檔案的時候

從上往下查詢，找到後複製到容器層，對於容器來說，可以看到的是容器層的這個檔案，看不到映象層裡的檔案，然後直接修改容器層的檔案。

• 當容器需要刪除檔案的時候

從上往下查詢，找到後在容器中記錄刪除，並不是真正的刪除，而是軟刪除。這導致映象體積只會增加，不會減少。

• 當容器需要增加檔案的時候

直接在最上層的容器可寫層增加，不會影響映象層。

所有對容器的改動，無論新增、刪除、還是修改檔案都只會發生在容器層中。只有容器層是可寫的，容器層下面的所有映象層都是唯讀的，所以映象可以被多個容器共用。

3、分層實踐——commit 提交映象

通過映象建立容器，然後對容器層進行操作，映象層不動，再把操作後的容器層和映象層打包成一個新的映象提交。

docker commit：用容器建立一個新的映象。

語法：

docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]

OPTIONS說明：

• **-a*提交的映象作者；
• **-c*使用Dockerfile指令來建立映象；
• **-m *提交時的說明文字；
• **-p *在commit時，將容器暫停。

使用範例：通過映象建立容器，然後對容器層進行操作，再把操作後的容器層和映象層打包成一個新的映象提交。

1、先下載 tomcat 映象

2、通過tomcat 映象建立執行tomcat 容器：

docker run -d --name="tomcat01" tomcat

3、進入正在執行的tomcat容器：

docker exec -it tomcat01 /bin/bash

4、把tomcat容器 webapps.dist目錄下的檔案拷貝到webapps目錄下：

cp -r webapps.dist/* webapps

5、docker commit 提交映象

將容器 dc904437d987 儲存為新的映象,並新增提交人資訊和說明資訊，提交後的映象名為tomcatplus，版本為1.0：

docker commit -a="wanli" -m="add webapps files" dc904437d987 tomcatplus:1.0

可以看到commit提交後的新 tomcat 映象大小比原來的tomcat映象要大一點，因為我們在容器層中進行了複製檔案操作。

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以上就是Docker映象原理之聯合檔案系統和分層理解（範例詳解）的詳細內容，更多請關注TW511.COM其它相關文章！