理解镜像层

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说明

正如您在 什么是镜像？ 中所学到的，容器镜像由层组成。并且这些层一旦创建，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：

  1. 第一层添加了基本命令和一个包管理器，例如 apt。
  2. 第二层安装了 Python 运行时和用于依赖管理的 pip。
  3. 第三层复制了应用程序特定的 requirements.txt 文件。
  4. 第四层安装了该应用程序的特定依赖项。
  5. 第五层复制了应用程序的实际源代码。

这个例子可能看起来像这样：

展示镜像层概念的流程图截图

这样做的好处是它允许层在镜像之间被重用。例如，假设您想创建另一个 Python 应用程序。由于分层机制，您可以利用相同的 Python 基础镜像。这将使构建更快，并减少分发镜像所需的存储量和带宽量。镜像分层可能类似于下图：

展示镜像分层好处的流程图截图

层让您可以通过重用他人的基础镜像来扩展镜像，从而只需添加您的应用程序所需的数据。

层的堆叠

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

  1. 每一层下载后，会被解压到主机文件系统上其各自的目录中。
  2. 当您从一个镜像运行容器时，会创建一个联合文件系统，其中各层相互堆叠，形成一个全新的统一视图。
  3. 当容器启动时，其根目录会使用 chroot 设置为这个统一目录的位置。

创建联合文件系统时，除了镜像层之外，还会为正在运行的容器专门创建一个目录。这允许容器进行文件系统更改，同时使原始镜像层保持不变。这使您能够从同一个底层镜像运行多个容器。

动手试试

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，您很少会以这种方式创建镜像，因为通常您会 使用 Dockerfile。但这有助于您更容易地理解其工作原理。

创建基础镜像

在第一步中，您将创建自己的基础镜像，以便在后续步骤中使用。

  1. 下载并安装 Docker Desktop。

  2. 在终端中，运行以下命令来启动一个新容器：

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

    镜像下载完成且容器启动后，您应该会看到一个全新的 shell 提示符。这是在您的容器内部运行的。它看起来类似于以下内容（容器 ID 会不同）：

    root@d8c5ca119fcd:/#

  3. 在容器内部，运行以下命令来安装 Node.js：

    $ apt update && apt install -y nodejs

    当此命令运行时，它会在容器内下载并安装 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内。

  4. 通过运行以下命令来验证 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!” 出现。

  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，并可以基于该层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 命令查看您镜像的层：

    $ docker image history node-base

    您将看到类似于以下的输出：

    IMAGE          CREATED          CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
d5c1fca2cdc4   10 seconds 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

    请注意顶行的 “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，您可以使用这个新镜像启动一个新容器：

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

    这样，您应该在终端中得到 “Hello again” 的输出，表明 Node 已安装并正常工作。

  8. 既然您已完成基础镜像的创建，就可以删除该容器了：

    $ 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。可以使用任何镜像作为基础镜像。但是，有些镜像是专门作为构建块创建的，为应用程序提供基础或起点。

在本例中，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。但它是您可用于其他构建的基础。

构建应用镜像

现在您有了一个基础镜像，可以扩展该镜像来构建更多镜像。

  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，运行以下命令来创建一个 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看到消息打印在屏幕上：

    $ node app.js

  3. 在另一个终端中，运行以下命令将此容器的更改保存为新镜像：

    $ 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，还向镜像添加了额外的配置，以设置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，运行以下命令查看更新后的层：

    $ docker image history sample-app

    然后您会看到类似于以下的输出。请注意，顶层注释是 “Add app”，下一层是 “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

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

    $ docker run sample-app

    您应该在终端中看到您的问候语出现，它来自您的 Node 程序。

  6. 既然您已完成了容器的操作，就可以使用以下命令将它们删除：

    $ 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：

后续步骤

正如前面所暗示的，大多数镜像构建并不使用 docker container commit。相反，您将使用 Dockerfile，它会为您自动执行这些步骤。

编写 Dockerfile