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Docker:分层设计

Wyatt
2021-03-24 / 0 评论 / 0 点赞 / 425 阅读 / 2,728 字 / 正在检测是否收录...
温馨提示:
本文最后更新于 2021-03-24,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

一. 简介

Docker镜像的层本质上只是通过运行某些命令而生成的文件。我们可以在上查看Docker主机上每一层的内容/var/lib/docker/aufs/diff。层是整齐的,因为它们可以被多个映像重复使用,从而节省了磁盘空间并减少了创建映像的时间,同时又保持了它们的完整性。

这些层是在Docker映像构建期间执行Dockerfile中的命令时生成的。

二. 案例

2.1 运行ubuntu镜像

执行如下指令:

docker run -d ubuntu:latest sleep 7200

这个所谓的“镜像”,实际上就是一个 Ubuntu 操作系统的 rootfs,它的内容是 Ubuntu 操作系统的所有文件和目录。

2.2 检查镜像分层

利用docker image inspect指令,可以查看镜像的分层结构。
执行如下指令:

docker image inspect ubuntu:latest

内容较多,我们可以只关注如下的类似结构:
ubuntu layers
这个 Ubuntu 镜像,实际上由三个层组成。这三个层就是三个增量 rootfs,每一层都是 Ubuntu 操作系统文件与目录的一部分。而在使用镜像时,Docker 会把这些增量联合挂载在一个统一的挂载点上。

这个挂载点就是/var/lib/docker/aufs/mnt/,例如:

/var/lib/docker/aufs/mnt/aeb3f02e937406fb402a926ce5cebc7da79b14dbcb4f85a5ce0e3855623cec80

其实,这个目录里面正是一个完整的 Ubuntu 操作系统。

2.3 UnionFS

Union File System 也叫 UnionFS,最主要的功能是将多个不同位置的目录联合挂载(union mount)到同一个目录下。

这些信息记录在 AuFS 的系统目录 /sys/fs/aufs 下面,镜像的层都放置在 /var/lib/docker/aufs/diff目录下,然后被联合挂载在 /var/lib/docker/aufs/mnt里面。

三. 分层结构

关于docker镜像,我们可以分为如下的read-only,init 和readable/writeable三种,这些层,都以增量的方式分别包含了 Ubuntu 操作系统的一部分。
参考下图结构:
layers architecture

3.1 Read-only layer

只读层是这个容器的 rootfs 最下面的三层,对应的正是 ubuntu:latest 镜像的三层。如上图,它们的挂载方式都是只读的(readonly+whiteout)。

3.2 Init layer

Init 层是 Docker 项目单独生成的一个内部层,专门用来存放 /etc/hosts、/etc/resolv.conf等信息。
需要这样一层的原因是,这些文件本来属于只读的 Ubuntu 镜像的一部分,但是用户往往需要在启动容器时写入一些指定的值比如 hostname,所以就需要在可读写层对它们进行修改。但是这些修改往往只对当前的容器有效,我们并不希望执行 docker commit时,把这些信息连同可读写层一起提交掉。

所以,Docker 做法是,在修改了这些文件之后,以一个单独的层挂载了出来。而用户执行 docker commit 只会提交其他俩层,所以是不包含这些内容的。

3.3 Readable/Writeable layer

读写层是这个容器的 rootfs 最上面的一层,它的挂载方式为:rw,即 read write。在没有写入文件之前,这个目录是空的。而一旦在容器里做了写操作,你修改产生的内容就会以增量的方式出现在这个层中。

3.4 Copy-on-Write

Copy-on-Write算是分层架构的核心设计,为了实现这样的删除操作,AuFS 会在可读写层创建一个 whiteout文件,把只读层里的文件“遮挡”起来。
比如,我们要删除只读层里一个名叫 “test” 的文件,那么这个删除操作实际上是在可读写层创建了一个名叫.wh.test的文件。这样,当这两个层被联合挂载之后,“test”文件就会被.wh.test文件“遮挡”起来。
这个功能,就是“ro+wh”的挂载方式,即只读 ”+whiteout“ 的含义。因此,最上面这个可读写层的作用,就是专门用来存放我们修改 rootfs 后产生的增量,无论是增、删、改,都发生在这里。

3.5 更多

关于联合挂载的内容其实很多,我也不擅长,但是我还是提出了一些通俗易懂的总结,如下:

  • Union Mount是一种将众多目录组合到一个目录中的方式,该目录看起来包含所有目录中的内容。
  • AUFS代表另一个联合文件系统或高级多层统一文件系统,AUFS为Linux文件系统实现联合安装。
  • AUFS存储驱动程序使用联合安装系统实现Docker映像层。
  • AUFS分支-每个Docker映像层都称为AUFS分支。

四. 总结

关于Docker本身并不是一件非常有突破的事情,但是Docker巧妙地利用了很多的设计,突破性地进行实践,这才是我们该学习的重点。
Docker我们经常用,但是我们得注重工具的本身设计,只有真实懂工具设计的出发点和局限性,才能帮助我们在DevOps架构路上越走越远。

最后,欢迎关注我的博客:https://blog.wyatt.plus

Reference

https://medium.com/containers-101/hello-whale-layers-in-docker-e37e726712b5
https://medium.com/@jessgreb01/digging-into-docker-layers-c22f948ed612
https://docs.docker.com/engine/reference/commandline/history/#examples

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