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了解镜像层

Table of contents

说明

正如您在什么是镜像？中所学到的，容器镜像由多个层组成。而每一层一旦创建，就是不可变的。但这究竟意味着什么？这些层又是如何被用来创建容器可以使用的文件系统的呢？

镜像层

镜像中的每一层都包含一组文件系统变更——添加、删除或修改。让我们来看一个理论上的镜像示例：

  1. 第一层添加基本命令和包管理器，例如 apt。
  2. 第二层安装 Python 运行时和用于依赖管理的 pip。
  3. 第三层复制应用程序特定的 requirements.txt 文件。
  4. 第四层安装该应用程序特定的依赖项。
  5. 第五层复制应用程序的实际源代码。

这个示例可能如下所示：

显示镜像层概念的流程图截图

这种方式非常有益，因为它允许在不同镜像之间重复使用层。例如，假设您想创建另一个 Python 应用程序。由于分层机制，您可以复用相同的 Python 基础层。这将使构建速度更快，并减少分发镜像所需的存储空间和带宽。镜像分层可能如下所示：

显示镜像分层优势的流程图截图

层使您能够通过复用他人的基础层来扩展他们的镜像，从而只添加您的应用程序所需的数据。

堆叠层

分层是通过内容寻址存储和联合文件系统实现的。虽然这涉及一些技术细节，但其工作原理如下：

  1. 每一层下载后，会被提取到主机文件系统上的独立目录中。
  2. 当您从镜像运行容器时，会创建一个联合文件系统，其中各层被堆叠在一起，形成一个新的统一视图。
  3. 容器启动时，其根目录被设置为该统一目录的位置，使用 chroot 实现。

在创建联合文件系统时，除了镜像层之外，还会专门为正在运行的容器创建一个目录。这使得容器可以进行文件系统变更，同时保持原始镜像层不被修改。这也使得您可以从同一个底层镜像运行多个容器。

动手实践

在本实践指南中，您将使用 docker container commit 命令手动创建新的镜像层。请注意，您很少会这样创建镜像，因为通常您会使用 Dockerfile。但这种方式更容易理解其工作原理。

创建基础镜像

在本步骤中，您将创建自己的基础镜像，然后在后续步骤中使用它。

  1. 下载并安装 Docker Desktop。

  2. 在终端中运行以下命令以启动新容器：

    $ docker run --name=base-container -ti ubuntu

    镜像下载完成且容器启动后，您应该会看到一个新的 shell 提示符。这表示您正在容器内部运行。它看起来类似于以下内容（容器 ID 会有所不同）：

    root@d8c5ca119fcd:/#

  3. 在容器内部，运行以下命令以安装 Node.js：

    $ apt update && apt install -y nodejs

    当此命令运行时，它会在容器内部下载并安装 Node。在联合文件系统的上下文中，这些文件系统变更发生在该容器独有的目录中。

  4. 通过运行以下命令验证 Node 是否已安装：

    $ node -e 'console.log("Hello world!")'

    然后您应该在控制台中看到“Hello world!”的输出。

  5. 现在您已经安装了 Node，可以准备将所做的更改保存为一个新的镜像层，从中可以启动新容器或构建新镜像。为此，您将使用 docker container commit 命令。在新的终端中运行以下命令：

    $ docker container commit -m "Add node" base-container node-base

  6. 使用 docker image history 命令查看镜像的层：

    $ docker image history node-base

    您将看到类似于以下内容的输出：

    IMAGE          CREATED          CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
9e274734bb25   10 seconds ago   /bin/bash                                       157MB     Add node
cd1dba651b30   7 days ago       /bin/sh -c #(nop)  CMD ["/bin/bash"]            0B
<missing>      7 days ago       /bin/sh -c #(nop) ADD file:6089c6bede9eca8ec…   110MB
<missing>      7 days ago       /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.opencontainers.…   0B
<missing>      7 days ago       /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.opencontainers.…   0B
<missing>      7 days ago       /bin/sh -c #(nop)  ARG LAUNCHPAD_BUILD_ARCH     0B
<missing>      7 days ago       /bin/sh -c #(nop)  ARG RELEASE                  0B

    注意第一行的“Add node”注释。这一层包含了您刚刚安装的 Node.js。

  7. 为了证明您的镜像已安装 Node，您可以使用此新镜像启动一个新容器：

    $ docker run node-base node -e "console.log('Hello again')"

    这样，您应该在终端中看到“Hello again”的输出，表明 Node 已安装并可正常工作。

  8. 现在您已完成基础镜像的创建，可以删除该容器：

    $ docker rm -f base-container

基础镜像定义

基础镜像是构建其他镜像的基础。您可以使用任何镜像作为基础镜像。然而，有些镜像是专门创建为构建块的，为应用程序提供基础或起点。

在本示例中，您可能不会部署这个 node-base 镜像，因为它实际上还没有做任何事情。但它是您可以用于其他构建的基础。

构建应用镜像

现在您已经有了基础镜像，可以扩展该镜像以构建其他镜像。

  1. 使用新创建的 node-base 镜像启动一个新容器：

    $ docker run --name=app-container -ti node-base

  2. 在此容器内部，运行以下命令以创建一个 Node 程序：

    $ echo 'console.log("Hello from an app")' > app.js

    要运行此 Node 程序，您可以使用以下命令并在屏幕上看到打印的消息：

    $ node app.js

  3. 在另一个终端中，运行以下命令以将此容器的更改保存为一个新镜像：

    $ docker container commit -c "CMD node app.js" -m "Add app" app-container sample-app

    此命令不仅创建了一个名为 sample-app 的新镜像，还为镜像添加了额外配置，以设置在启动容器时的默认命令。在本例中，您将其设置为自动运行 node app.js。

  4. 在容器外部的终端中，运行以下命令以查看更新后的层：

    $ docker image history sample-app

然后，您将看到类似以下的输出。请注意，最顶层的注释显示“Add app”，而下一层显示“Add node”：

IMAGE          CREATED              CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
c1502e2ec875   About a minute ago   /bin/bash                                       33B       Add app
5310da79c50a   4 minutes ago        /bin/bash                                       126MB     Add node
2b7cc08dcdbb   5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop)  CMD ["/bin/bash"]            0B
<missing>      5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop) ADD file:07cdbabf782942af0…   69.2MB
<missing>      5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.opencontainers.…   0B
<missing>      5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop)  LABEL org.opencontainers.…   0B
<missing>      5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop)  ARG LAUNCHPAD_BUILD_ARCH     0B
<missing>      5 weeks ago          /bin/sh -c #(nop)  ARG RELEASE                  0B

  1. 最后，使用全新的镜像启动一个新容器。由于您已指定了默认命令，因此可以使用以下命令：

    $ docker run sample-app

    您应该会在终端中看到来自 Node 程序的问候语。

  2. 现在您已经完成了容器的使用，可以使用以下命令将其删除：

    $ docker rm -f app-container

其他资源

如果您想深入了解所学内容，请查看以下资源：

下一步

如前所述，大多数镜像构建不会使用 docker container commit。相反，您将使用 Dockerfile 来自动执行这些步骤。

编写 Dockerfile