理解镜像层

解释

正如您在什么是镜像?中所了解到的,容器镜像由多个层组成。这些层一旦创建,就是不可变的。但是,这到底意味着什么?这些层又是如何用于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。让我们看一个理论上的镜像:

  1. 第一层添加了基本命令和包管理器,例如 apt。
  2. 第二层安装了 Python 运行时和用于依赖管理的 pip。
  3. 第三层复制了一个应用程序特定的 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:

screenshot of the flowchart showing the concept of the image layers

这样做的好处是它允许在镜像之间重用层。例如,想象一下您想创建另一个 Python 应用程序。由于分层,您可以利用相同的 Python 基础。这将使构建更快,并减少分发镜像所需的存储和带宽。镜像分层可能类似于以下情况:

screenshot of the flowchart showing the benefits of the image layering

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

堆叠层

分层是通过内容可寻址存储和联合文件系统实现的。虽然这会涉及到一些技术细节,但其工作原理如下:

  1. 下载每一层后,它会被提取到主机文件系统上的各自目录中。
  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,从而形成一个新的统一视图。
  3. 当容器启动时,它的根目录使用 chroot 设置为这个统一目录的位置。

当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创建一个专门的目录。这允许容器进行文件系统更改,同时保持原始镜像层不受影响。这使您能够从同一个底层镜像运行多个容器。

试一试

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,您很少会用这种方式创建镜像,因为通常会使用 Dockerfile。但是,这样做能让您更容易理解其工作原理。

创建基础镜像

在第一步中,您将创建自己的基础镜像,然后在后续步骤中使用它。

  1. 下载并安装 Docker Desktop。

  2. 在终端中,运行以下命令来启动一个新容器:

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

    一旦镜像下载完毕并且容器已启动,您应该会看到一个新的 shell 提示符。它正在您的容器内部运行。它看起来会类似于以下内容(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,这些文件系统更改发生在该容器独有的目录中。

  4. 通过运行以下命令来验证 Node 是否已安装:

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

    然后您应该会在控制台中看到 "Hello world!" 的输出。

  5. 现在您已经安装了 Node,您可以将所做的更改保存为一个新的镜像层,您可以从该层启动新容器或构建新镜像。为此,您将使用 docker container commit 命令。在一个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 命令查看您镜像的各层:

    $ docker image history node-base
    

    您将看到类似以下的输出:

    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
    

    请注意顶行上的 "Add node" 注释。该层包含了您刚刚进行的 Node.js 安装。

  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,您应该会在终端中得到 "Hello again" 的输出,表明 Node 已安装并正常工作。

  8. 现在您已经创建完基础镜像,可以移除该容器了:

    $ 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。任何镜像都可以用作基础镜像。然而,有些镜像是特意被创建为构建块,为应用程序提供一个基础或起点。

在这个例子中,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。但它是一个可以用于其他构建的基础。

构建应用程序镜像

现在您有了一个基础镜像,您可以扩展该镜像来构建其他镜像。

  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. 在这个容器内部,运行以下命令来创建一个 Node 程序:

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

    要运行这个 Node 程序,您可以使用以下命令,并在屏幕上看到打印出的消息:

    $ 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一个新镜像:

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

    该命令不仅创建了一个名为 sample-app 的新镜像,还向该镜像添加了额外的配置,以设置启动容器时的默认命令。在这种情况下,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
    

    然后您会看到类似以下的输出。注意顶层的注释是“Add app”,下一层的注释是“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,使用这个全新的镜像启动一个新容器。由于您指定了默认命令,可以使用以下命令:

    $ docker run sample-app
    

    您应该会在终端中看到您的问候语出现,它来自您的 Node 程序。

  6. 现在您已经完成了容器的使用,可以使用以下命令将它们删除:

    $ docker rm -f app-container
    

其他资源

如果您想更深入地了解所学内容,请查看以下资源:

后续步骤

如前所述,大多数镜像构建不使用 docker container commit。相反,您将使用 Dockerfile,它可以为您自动完成这些步骤。

编写 Dockerfile
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