Docker基礎修煉2--Docker鏡像原理及常用命令

通過前文的講解對Docker有了基本認識之后，我們開始進入實戰操作，本文先演示Docker三要素之鏡像原理和相關命令，

本文的演示環境仍然沿用上一篇文章在本地Centos7中安裝的環境，如果你本地沒有搭建Docker環境，也可以直接使用前文提到的Docker練習場(play-with-docker)在線進行練習，

在正式開始之前，我們先回顧下幾個常用的命令，尤其是Docker幫助命令是掌握眾多命令的萬能鑰匙，一定要多用，

一、Docker幫助命令

1.1 查看Docker版本命令

查看Doceker版本資訊可以使用docker version命令或-v引數(--version)，其中-v引數是--version的縮寫，

docker -v

[root@docker ~]# docker -v
Docker version 19.03.6, build 369ce74a3c

docker --version

[root@docker ~]# docker --version
Docker version 19.03.6, build 369ce74a3c

docker version

[root@docker ~]# docker version
Client: Docker Engine - Community
 Version:           19.03.6
 API version:       1.40
 Go version:        go1.12.16
 Git commit:        369ce74a3c
 Built:             Thu Feb 13 01:29:29 2020
 OS/Arch:           linux/amd64
 Experimental:      false
Server: Docker Engine - Community
 Engine:
  Version:          19.03.6
  API version:      1.40 (minimum version 1.12)
  Go version:       go1.12.16
  Git commit:       369ce74a3c
  Built:            Thu Feb 13 01:28:07 2020
  OS/Arch:          linux/amd64
  Experimental:     false
 containerd:
  Version:          1.2.10
  GitCommit:        b34a5c8af56e510852c35414db4c1f4fa6172339
 runc:
  Version:          1.0.0-rc8+dev
  GitCommit:        3e425f80a8c931f88e6d94a8c831b9d5aa481657
 docker-init:
  Version:          0.18.0
  GitCommit:        fec3683

1.2 查看Docker詳細資訊命令

我們還可以使用docker info命令查看docker相關的更廣泛的作業系統范圍內的資訊

docker info

[root@docker ~]# docker info
Client:
 Debug Mode: false
Server:
 Containers: 1
  Running: 0
  Paused: 0
  Stopped: 1
 Images: 1
 Server Version: 19.03.6
 Storage Driver: devicemapper
  Pool Name: docker-253:1-1912367-pool
...省略部分內容
 Docker Root Dir: /var/lib/docker
...省略部分內容
[root@docker ~]#

顯示內容太多了，我省略了一部分，其中可以查看容器總數、有多少容器在運行、有多少容器已經停止、鏡像總數以及記憶體、容量等資訊，

1.3 萬能幫助命令

命令何其多，不一定能全記住，也沒必要全記住，就像可以在Linux下可以通過man命令查看各個命令的用法一樣，Docker也提供了幫助命令，

docker --help

[root@docker ~]# docker --help
Usage:  docker [OPTIONS] COMMAND
...省略

里邊包含了每個命令的各種詳細用法，根據需要查詢即可，

二、Docker鏡像原理

前文已提到Docker三要素：鏡像、容器、倉庫，鏡像是最基礎的，就像我們在做面向物件編程開發時寫的物體類，只有有了類才能生成實體物件，接下來我們分析下鏡像的原理和特點，

2.1 Docker鏡像原理及UnionFS

2.1.1 Docker鏡像是什么

我們搞技術不像搞資料公式，要明確給事物一個非常嚴苛的名稱，對于一門技術的命名或定義，個人認為只要理解就好，至于名稱你可以任意給他取，

我給Docker的定義是一個輕量級可運行的獨立軟體包，只不過這個軟體包除了包含我們自己開發的業務代碼軟體之外，還包含了運行該軟體所需的所有環境，也就是他包含了代碼、運行時環境、庫、組態檔等等軟體運行所需的所有內容，

2.1.2 Docker鏡像原理

Docker鏡像本質就是一個檔案，底層依賴于聯合檔案系統（UnionFS），

• 什么是UnionFS？

UnionFS是一種分層、輕量級、高性能的檔案系統，支持對檔案系統的修改作為一次提交來層層疊加，這很類似于我們生活中的千層餅或雞蛋，由蛋黃、蛋清、蛋殼一層一層的最終構成了一個雞蛋，

• UnionFS的特性

聯合檔案系統最大特點就是分層和聯合加載，

在加載時可以一次同時加載多層檔案系統，通過聯合加載把各層檔案系統疊加起來，從外部看只能看到一個檔案系統，最終的檔案系統保護所有底層的檔案和目錄，

• Docker鏡像分層結構及加載原理

由于docker鏡像底層采用聯合檔案系統，自然而然docker鏡像也是分層的，docker采用的聯合檔案系統為aufs (advanced multi layered unification filesystem)，是一種可堆疊的聯合檔案系統，

按照docker官網的說法，docker檔案系統分為兩層：bootfs和rootfs，

bootfs層

bootfs包含了bootloader和linux內核，用戶是不能對這層作任何修改的，在內核啟動之后，bootfs實際上會unmount掉，

rootfs則包含了一般系統上的常見目錄結構，類似于/dev, /proc, /bin等等以及一些基本的檔案和命令，

rootfs層

對于linux上不同版本的問題，docker可以同時運行多個rootfs，

Docker的檔案系統是分層的，它的rootfs在mount之后會轉為只讀模式， Docker在它上面添加一個新的檔案系統，來達成它的只讀，由于共享一個內核，這也是為什么docker比虛擬機消耗資源更少的根本原因，

images層

從下圖中，我們能看到多個只讀的檔案系統，Docker中把他們稱為層，image是只讀的，container部分則是可寫的，如果用戶想要修改底層只讀層上的檔案，這個檔案就會被先拷貝到上層，修改后駐留在上層，并屏蔽原有的下層檔案，

container層

最后一部分是容器(container)， 容器是可讀寫的，

在系統啟動時，Docker會首先一層一層的加載image，直到最先面的base image，這些image都是只讀的，最后，在最上層添加可讀寫的一個容器， 這里存放著諸如unique id，網路配置之類的資訊，

既然是可讀寫的，就會有狀態，容器共有兩種狀態：running 和 exited，用戶也可以用docker commit 命令將一個容器壓制為image，供后續使用，

• docker鏡像為什么要分層

docker鏡像采用基于聯合檔案系統的分層結構主要是為了共享公用檔案，除了節約存盤空間，還能實作對檔案的高效管理，

鏡像可以通過分層來進行繼承，基于父鏡像可以制作各種具體的應用鏡像，如果你有面向物件編程語言的開發經驗，這就很好理解，它類似于繼承與多型，子類可以繼承父類功能并能派上新功能，

關于鏡像的分層，在使用后續的docker pull命令時可以很好的進行驗證，比如使用docker pull命令下載一個mysql鏡像，將會看到是一層一層的下載，另外如果不同鏡像包含相同的公用部分（層），假設之前已經下載過包含了公用層的鏡像的話，再下載包含公用層的其他鏡像，會提示這些公用層已經存在于本地了，這個鏡像的下載程序就不在去下載公用層，整個程序就會明顯快很多，

2.2 Docker鏡像的特點

由于docekr鏡像采用了聯合檔案系統，因此也繼承了聯合檔案系統過的特點，

總結起來就是：分層、只讀、可繼承，如前所述，鏡像是一層一層疊加起來，并且是只讀的，子鏡像可以繼承父鏡像并派生出新的鏡像，

鏡像是只讀的，但是當我們基于鏡像創建容器是希望能進行讀寫操作，那是怎么做到的呢？

當一個docker容器啟動時，一個新的可寫層被加載到鏡像頂部，這一層稱為“容器層”，容器層下邊是“鏡像層”，我們讀寫操作都是在容器層進行，我們的程式也是運行在這一層的，

2.3 Docker架構圖

我們之前已經執行了一些命令，這些命令的執行流程是怎么樣的呢？先要搞清楚Docker的架構以及命令執行程序，我們才能更好的使用docker，

Docker架構圖

從官方的架構圖中可以看到主要包含幾個部分：客戶端Client、Docker daemon、倉庫Registry，

我們輸入命令的工具稱之為客戶端Client，當我們在客戶端輸入命令時，命令會發送到docker所在主機的daemon行程，由該行程執行命令，當執行的是創建容器的命令時，如果對應的鏡像不存在于本地，那么daemon會向遠程docker倉庫請求下載鏡像，等鏡像下載到本地后在創建容器，

下圖包含了docker的鏡像、容器、倉庫相關的命令，接下來主要演示與鏡像相關的命令，其他的命令將在后續的文章中繼續演示，

docker命令圖

ps:這部分內容比較抽象，可以先大概了解，經過后邊的學習之后再回傳來看就會有更深刻的理解，

三、Docker鏡像常用命令

3.1 查看本地鏡像

命令格式：

docker images [選項] [倉庫:版本]

引數：

可以使用docker images --help或man docker images查看具體的用法和各項引數的意義，并且支持tab補全命令，

案例：

[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
hello-world         latest              fce289e99eb9        14 months ago       1.84kB
[root@docker ~]# docker images -q
fce289e99eb9

輸出標題中各項的含義：

REPOSITORY：鏡像名稱，用于標識鏡像

TAG：版本號

IMAGE ID ：鏡像ID，與鏡像名稱一樣，可以唯一標識一個鏡像

CREATED ：鏡像創建日期

SIZE：鏡像大小

3.2 查看遠程倉庫中的鏡像

命令格式：

docker search [選項] 鏡像名稱

引數：

案例：

（1）查詢點贊數大于等于5000的mysql鏡像

[root@docker ~]# docker search -f=stars=5000 mysql
NAME                DESCRIPTION                                     STARS               OFFICIAL            AUTOMATED
mysql               MySQL is a widely used, open-source relation…   9164                [OK]                
[root@docker ~]# 

你可以先自行執行docker search命令，什么引數都不加，然后對比一下結果，本例中是在Docker Hub上查找stars星級數大于等于5千的mysql的鏡像，

（2）只查看官網的mysql鏡像

[root@docker ~]#  docker search -f=is-official=true mysql  
NAME                DESCRIPTION                                     STARS               OFFICIAL            AUTOMATED
mysql               MySQL is a widely used, open-source relation…   9164                [OK]                
mariadb             MariaDB is a community-developed fork of MyS…   3263                [OK]                
[root@docker ~]# 

3.3 下載鏡像

命令格式：

docker pull [選項] 鏡像名稱[:TAG]

案例：

下載剛查出的mysql官方鏡像

[root@docker ~]# docker pull mysql
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/mysql
6d28e14ab8c8: Pull complete 
dda15103a86a: Pull complete 
55971d75ab8c: Pull complete 
f1d4ea32020b: Pull complete 
61420072af91: Pull complete 
05c10e6ccca5: Pull complete 
7e0306b13322: Pull complete 
900b113c001e: Pull complete 
06cd07c30bf4: Pull complete 
df0d65aee5aa: Pull complete 
53eeb6e0335c: Pull complete 
6cf8f9563e97: Pull complete 
Digest: sha256:f91e704ffa9f19b9a267d9321550a0772a1b64902226d739d3527fd6edbe3dfe
Status: Downloaded newer image for mysql:latest
docker.io/library/mysql:latest
[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
mysql               latest              c8ad2be69a22        47 hours ago        465MB
[root@docker ~]#

另外這里也可以很清楚的看到，是一層一層的進行下載，這就是前面講到的鏡像分層結構，

默認會去Docker Hub倉庫進行下載，我們也可以直接登錄Docker Hub查看mysql鏡像

https://hub.docker.com/_/mysql?tab=tags 我們可以看到有很多不同的版本，使用時按需下載即可，

特別注意，如果沒指定tab版本號，默認是latest版本，也就是最新版，所以在生產環境中最好是明確指定一個版本，

默認情況下去docker hub下載鏡像比較慢，由于是在國外所以不太穩定，自己可以配置為國內的鏡像倉庫，如阿里云倉庫，

下載完成后，就可以在本地通過docker images命令查到該鏡像

3.4 洗掉本地鏡像

命令格式：

docker rmi [選項] 鏡像名或id

引數：

案例：

（1）洗掉第一篇文章中下載的hello-world鏡像

由于當時我們已經用該鏡像創建了一個容器，即使此容器沒有運行，在洗掉時也用-f引數強制洗掉，

[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
hello-world         latest              fce289e99eb9        14 months ago       1.84kB
[root@docker ~]# docker rmi hello-world 
Error response from daemon: conflict: unable to remove repository reference "hello-world" (must force) - container cf1753d712db is using its referenced image fce289e99eb9
[root@docker ~]# docker rmi -f hello-world 
Untagged: hello-world:latest
Untagged: hello-world@sha256:fc6a51919cfeb2e6763f62b6d9e8815acbf7cd2e476ea353743570610737b752
Deleted: sha256:fce289e99eb9bca977dae136fbe2a82b6b7d4c372474c9235adc1741675f587e
[root@docker ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
[root@docker ~]# 

另外如果同一個鏡像有不同版本，需要添加tag引數來洗掉指定鏡像，如果要洗掉多個鏡像，只需要在命令末尾以空格分隔多個容器即可，

（2）洗掉全部鏡像

[root@docker ~]# docker  rmi -f $(docker images -qa)

可以結合linux命令獲取所有鏡像id，然后再全部洗掉，

3.5 將容器打包為鏡像

命令：docker commit

可以通過該命令將當前運行的容器打包為鏡像，后文會講到構建鏡像有兩種方式：一種是通過容器commit；另外一種是通過撰寫DocekerFile編輯鏡像，

什么場景需要將容器打包成鏡像呢？

比如我們想擴展某個鏡像的功能，我們可以把鏡像運行為一個容器，然后在里邊實作各種定制化需求（比如安裝特定的軟體），然后在重新commit提交為一個鏡像，以后就基于新鏡像去創建容器，

ps：在后邊演示完容器相關命令后，在單獨演示commit和push命令，如果你有git或svn的使用經驗，這2個pull和push命令很好理解，都是和倉庫進行互動，

3.6 將容器上傳到遠程倉庫

命令：docker push

本地通過docker commit打包的鏡像，可以通過docker push上傳到遠程Docker Hub倉庫，這個命令與docker pull是相對的，pull則是從遠程倉庫下載到本地，

要上傳到遠程倉庫，還需要在Docker Hub上注冊相應的賬號，這在后續的文章中會單獨進行演示，

至此，我們大概弄明白了Docker的體系結構以及Docker鏡像原理，并演示了大部分Docker鏡像相關的命令，如果看完還有些迷茫，先不著急，有個大概的印象即可，等看完后續文章中容器的操作之后就會有更深刻的認識，

下一篇 文章我們將講解Docker容器相關知識，敬請期待，

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