【docker系列】鏡像分層原理及容器層寫時復制

文章目錄

一、鏡像分層與容器層

二、為什么會產生分層？

三、什么是寫時復制？

一、鏡像分層與容器層

在進行docker pull 下載鏡像的時候，通過下面的腳本運行過程可以看到鏡像是分層下載并解壓的。如nginx:1.20.2的鏡像，其鏡像是分為6層。下文中以<一串數字>：Pull Complete表示完成一個鏡像層的下載和解壓，一共是6個分層。

# docker pull nginx:1.20.2 1.20.2: Pulling from library/nginx c229119241af: Already exists 2906ff8f593b: Pull complete 605202120923: Pull complete b0013ba53a96: Pull complete f2e7470d98f2: Pull complete 8da6a894027c: Pull complete

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當我們運行一個新的容器的時候,實際上是在鏡像分層的基礎上新添加了一層：container layer（容器層）。之后所有容器運行時對文件系統產生的修改實際都只影響這一層。并且針對這一層所作的修改（寫操作），在容器重啟之后會全部丟失。所以說在使用docker的過程中，在需要修改運行時容器文件數據的時候，盡量去重新構建鏡像而不是直接修改容器內文件。如果重構鏡像解決不了的問題，使用數據卷。

構建鏡像的方法是通過Dockerfile定義，數據卷的使用詳解，專欄后續文章筆者會詳細介紹。

注意 ：對于運行時的容器而言，鏡像層只讀的，容器層可讀也可寫。對于鏡像層的只讀文件，容器層如果想做修改，實際上是進行了寫時復制操作。（下文介紹）。

二、為什么會產生分層？

通過上文的介紹，我們已經知道鏡像是分層的，那么鏡像分層的依據是什么？或者說構建鏡像的時候究竟是什么動作產生了分層？我們來看下面的這張圖，使用docker history查看鏡像的構建歷史。

注意上圖中紅色邊框的部分，我們可以看到：在進行ADD、COPY、執行shell腳本等操作的時候操作步驟對應的SIZE不等于0，正好是6個操作，和我們上文中nginx：1.20.2鏡像分層的數量是一樣的。所以我們可以做一個大膽的猜想：在鏡像構建過程中需要向鏡像寫入數據的時候會產生分層，一個寫操作指令產生一個分層。 大家可以自己去觀察更多的鏡像去驗證這個猜想。筆者要說的是：我讀過Dokcer的源碼，所以這是一個可以被信任的結論。

FROM debian:bullseye-slim #寫指令 LABEL maintainer="NGINX Docker Maintainers " ENV NGINX_VERSION 1.20.2 ENV NJS_VERSION 0.7.0 ENV PKG_RELEASE 1~bullseye #寫指令 RUN set -x \ #這里省略若干行shell腳本 COPY docker-entrypoint.sh / #寫指令 COPY 10-listen-on-ipv6-by-default.sh /docker-entrypoint.d #寫指令 COPY 20-envsubst-on-templates.sh /docker-entrypoint.d #寫指令 COPY 30-tune-worker-processes.sh /docker-entrypoint.d #寫指令 ENTRYPOINT ["/docker-entrypoint.sh"] EXPOSE 80 STOPSIGNAL SIGQUIT CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

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上面的這段代碼是nginx:1.20.2的Dockerfile(鏡像構建過程定義文檔)，也就是構建nginx:1.20.2鏡像的構建步驟定義文檔（官方）。其中FROM(ADD)指令–添加基礎鏡像或文件、RUN指令–執行命令行腳本、COPY指令–文件復制，這些都是寫操作命令，都會產生新的鏡像分層。

三、什么是寫時復制？

上文中我們提到了一個概念：寫時復制。這個概念如果用專業名詞的方式說明還是比較難以理解，所以我用白話的方式說明一下。舉個例子：

一個授課老師寫了一本練習冊（原始鏡像）。

然后老師留作業了，練習冊第12頁。全班同學把練習冊的第12頁全都復印了一份，帶回家做作業。

老師的練習冊是原始文稿（正本）（原始文稿構建之后就只讀不寫，鏡像層文件也是），同學們的練習冊是在需要使用到的時候復印出來的，并在復印本(副本)上完成作業書寫，不影響原來老師那本練習冊（正本）的內容。這個就是典型的“寫時復制”。

對于容器而言，復制出來的文件在面向容器內的運行時軟件時，會覆蓋原始鏡像文件（對于學生而言也只看自己復制出來那份–不要抬杠：抄作業的除外，不看老師的原始文件）。也就是說發生寫時復制之后原始鏡像文件被隱藏，容器讀寫操作都只認復制出來的副本文件。注意：該副本文件存在于容器層，容器重啟之后容器層重新建立，上一次容器運行時對于文件的修改全部丟失！

Docker 容器 鏡像服務

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