开发者学堂课程【Docker 快速入门：Docker 镜像原理】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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Docker 镜像原理
内容介绍
一、docker 镜像是什么
二、docker 镜像的特点
一．docker 镜像是什么
1、镜像：
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。
2、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(unite several directories into a single virtual filesystem)。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。
3、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，//前面曾经反复强调过docker 真正工作的是 docker 背上的容器，那些容器每一个都是精简版的 Linux 系统，这个时候它主要引导加载 docker。这个图的意思是说这个 boot 文件系统实质上而言就是 Linux 内核，相当于这只蓝色大鲸鱼的背。
bootloader 主要是引导加载 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 系统是一样羊的，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。
学过 Linux 的都知道，Ubuntu 和 centos 都是 Linux 这种概念下面一个具体的落地产品，和 kernel 内核相同，只不过定制的软件不一样。
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 200 M?
[root@atguigu docker]# docker images centos
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED VIRTUAL SIZE
centos latest 88ec626ba223 2 weeks ago 199.7 MB
[root@atguigu docker]#
对于一个精简的 OS，rootfs 可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序库就可以了，因为底层直接用 Host 的 kernel，自己只需要提供 rootfs 就行了。由此可见对于不同的 linux 发行版，bootfs 基本是一致的 rootfs 会有差别，因此不同的发行版可以公用 bootfs。
4、分层的镜像：
以我们的 pull 为例，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。
记得原来讲过一个东西，用最简单的：
[root@atquigu桌面]#docker pull hello-world
latest: Pulling from hello-world
b6d845cb453c:Pull complete
3535063d9957:Pull completeDigest:sha256:135a30bd414bd8d23e386763e36f3dc4ee8ed25d2d6068082c0af796513d9d0d
status: Downloaded newer image for hello-world:latest
[root@atquigu桌面]#docker images
root@atquiqu桌面]#
这个时候是一个镜像，但是根据所讲的一个镜像，它最终的干活的这个镜像。还是拿 hello word 来说，它对外暴露的是一个镜像ID，但是请看它下了几个，说明hello word 这个容器最终的这个镜像，模板也是由多层构成。
比如再写一个 centos：
Hello world 是两层：
b6d845cb453c:Pull complete
3535063d9957:Pull complete
Centos类似：
29466d114cd8: Alreadyexists
b298d692482d: Alreadyexists
88ec626ba223:Alreadvexists
下面就出现了一个问题, tomcat为什么这么大？
大家都知道，Tomcat 一般不会四百多 MB，下面画个图来解释一下：
最小的框里是 kernel，内核。
言下之意，这个内核怎么来的? bootfs 跑到这以后装 tomcat，把它装到 Linux 上面。
Java 的学习过程一定是先学 Java，再学 tomcat。Tomcat 要运行的时候，它就像是一个同心圆，花卷儿一样，这个是最底层。上面装的是 centos，再往外是 idk8，联合系统一层套一层，最外面是 tomcat 镜像。但这个 tomcat 镜像要全部用起来需要有内核，需要 centos，需要 idk8，最终才能变成 tomcat image，然后跑到这个大框这个集装箱里，就是 docker。
表面上看，tomcat 不大，但是为什么会达到400多 MB 呢？
[root@atguigu桌面]# docker ps
root@atguigu桌面]# docker images
到最后可以看到 tomcat 实际上是由多层文件构成，一层一层的打包，最终是 idk8加 centos 加 kernel，构成了一个精简版的基于 Linux 平台的一个 tomcat。这个时候把花卷跟这个比较起来，就能理解我们所说的联合文件系统的花卷了。
分层的这个镜像，可以看到它拉的时候，每一个前面都有个 ID，每一个都有这么一层，比方说像 mango 也拉了这么多。
下面运行一下：
也是很多层。这就是 docker 基于联合文件系统的分层原理，那为什么 docker 要采用这种分层结构呢？
5、为什么 docker 镜像要采用这种分层结构
最大的一个好处就是-共享资源
比如: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，
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。
这里加载了这么多：
8475d7efa2f0:Pull complete
f7fdafe228d3: Pull complete
63474e4f2842:Pull complete
fa1aaced38d5:Pull complete
99dbeedc8084:Pull complete
33c59e00811a:Pull complete
84246776fc2a:Pull complete
beb16af23976:Pull complete
0c8b79a0b1ce:Pull complete
1e98967cc6c0:Pull complete
可以明显的感觉到第一次下载第一个镜像的时候非常慢，但是后续如果再重新下载会下载特别快，因为它会有一个缓存，它这个时候就是共享资源，所有的镜像都可以从全部的 base 下载而来。
二．Docker 镜像的特点
Docker 镜像都是只读的。
当容器启动时，一个新的可写层被加载到镜像的顶部。这一层通常被称作“容器层”，“容器层”之下的都叫“镜像层”。
Docker 镜像都是只读的，因为镜像不能去修改，最外层是读的 tomcat。
当容器启动的时候，一个新的可写层被加载到镜像底部，也就是要启动，要运行的就是最外层。比如拿一个鸡蛋，大家都知道鸡蛋是由三层构成，鸡蛋黄、鸡蛋白、鸡蛋壳。
正常情况下，是不可能隔着隔着蛋壳去操作里面。通常 tomcat 层被通常为容器层，容器层之下的都叫镜像，那么简单一句话就是吃花卷一定是先吃最外面这层，内部已经封装好了，最外层这个暴露的才是能看到的。
