Docker基礎修鍊2–Docker鏡像原理及常用命令
通過前文的講解對Docker有了基本認識之後，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版本信息可以使用docker version命令或-v參數(–version)，其中-v參數是–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詳細信息命令
我們還可以使用docker info命令查看docker相關的更廣泛的操作系統範圍內的信息
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、鏡像總數以及內存、容量等信息。
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
裡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，就像我們在做面向對象編程開發時寫的實體類，只有有了類才能生成實例對象。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鏡像是什麼
我們搞技術不像搞數據公式，要明確給事物一個非常嚴苛的名稱。對於一門技術的命名或定義，個人認為只要理解就好，至於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件包，只不過這個軟件包除了包含我們自己開發的業務代碼軟件之外，還包含了運行該軟件所需的所有環境，也就是他包含了代碼、運行時環境、庫、配置文件等等軟件運行所需的所有內容。
2.1.2 Docker鏡像原理
Docker鏡像本質就是一個文件，底層依賴於聯合文件系統（UnionFS）。
- 什麼是UnionFS？
UnionFS是一種分層、輕量級、高性能的文件系統，支持對文件系統的修改作為一次提交來層層疊加。這很類似於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
聯合文件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文件系統，通過聯合加載把各層文件系統疊加起來，從外部看只能看到一個文件系統，最終的文件系統保護所有底層的文件和目錄。
- Docker鏡像分層結構及加載原理
由於docker鏡像底層採用聯合文件系統，自然而然docker鏡像也是分層的。docker採用的聯合文件系統為aufs (advanced multi layered unification filesystem)，是一種可堆疊的聯合文件系統。
按照docker官網的說法，docker文件系統分為兩層：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，在內核啟動之後，bootfs實際上會unmount掉。
rootfs則包含了一般系統上的常見目錄結構，類似於/dev, /proc, /bin等等以及一些基本的文件和命令。
rootfs層
對於linux上不同版本的問題，docker可以同時運行多個rootfs。
Docker的文件系統是分層的，它的rootfs在mount之後會轉為只讀模式， Docker在它上面添加一個新的文件系統，來達成它的只讀。由於共享一個內核，這也是為什麼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文件系統，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文件，這個文件就會被先拷貝到上層，修改後駐留在上層，並屏蔽原有的下層文件。
container層
最後一部分是容器(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。最後，在最上層添加可讀寫的一個容器， 這裡存放着諸如unique id，網絡配置之類的信息。
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 命令將一個容器壓製為image，供後續使用。
- docker鏡像為什麼要分層
docker鏡像採用基於聯合文件系統的分層結構主要是為了共享公用文件，除了節約存儲空間，還能實現對文件的高效管理。
鏡像可以通過分層來進行繼承，基於父鏡像可以製作各種具體的應用鏡像。如果你有面向對象編程語言的開發經驗，這就很好理解，它類似於繼承與多態，子類可以繼承父類功能並能派上新功能。
關於鏡像的分層，在使用後續的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於本地了，這個鏡像的下載過程就不在去下載公用層，整個過程就會明顯快很多。
2.2 Docker鏡像的特點
由於docekr鏡像採用了聯合文件系統，因此也繼承了聯合文件系統過的特點。
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，並且是只讀的，子鏡像可以繼承父鏡像並派生出新的鏡像。
鏡像是只讀的，但是當我們基於鏡像創建容器是希望能進行讀寫操作，那是怎麼做到的呢？
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，我們的程序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麼樣的呢？先要搞清楚Docker的架構以及命令執行過程，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進程，由該進程執行命令。當執行的是創建容器的命令時，如果對應的鏡像不存在於本地，那麼daemon會向遠程docker倉庫請求下載鏡像，等鏡像下載到本地後在創建容器。
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，其他的命令將在後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，經過後邊的學習之後再返回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]
參數：
| 參數 | 作用 |
|---|---|
| -a | 即–all，查看所有本地鏡像（默認情況不顯示中間鏡像） |
| -q | 只顯示鏡像id |
| –digests | 顯示摘要 |
| –no-trunc | 不截斷輸出（默認顯示的鏡像id為12位） |
可以使用docker images –help或man docker images查看具體的用法和各項參數的意義，並且支持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，用於標識鏡像
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
參數：
| 參數 | 作用 |
|---|---|
| -f或–filter | 根據指定條件過濾 |
| –limit | 限制最多返回的條數 |
| –no-trunc | 不截斷輸出 |
案例：
（1）查詢點贊數大於等於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，什麼參數都不加，然後對比一下結果。本例中是在Docker Hub上查找stars星級數大於等於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 ~]#
另外這裡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
//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，由於是在國外所以不太穩定，自己可以配置為國內的鏡像倉庫，如阿里雲倉庫。
下載完成後，就可以在本地通過docker images命令查到該鏡像
3.4 刪除本地鏡像
命令格式：
docker rmi [選項] 鏡像名或id
參數：
| 參數 | 作用 |
|---|---|
| -f | 即為–force，強制刪除鏡像。當要刪除的鏡像有容器存在時，只能強制刪除 |
案例：
（1）刪除第一篇文章中下載的hello-world鏡像
由於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，在刪除時也用-f參數強制刪除。
[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參數來刪除指定鏡像。如果要刪除多個鏡像，只需要在命令末尾以空格分隔多個容器即可。
（2）刪除全部鏡像
[root@docker ~]# docker rmi -f $(docker images -qa)
可以結合linux命令獲取所有鏡像id，然後再全部刪除。
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。後文會講到構建鏡像有兩種方式：一種是通過容器commit；另外一種是通過編寫DocekerFile編輯鏡像。
什麼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，然後在裡邊實現各種定製化需求（比如安裝特定的軟件），然後在重新commit提交為一個鏡像，以後就基於新鏡像去創建容器。
ps：在後邊演示完容器相關命令後，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，都是和倉庫進行交互。
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上註冊相應的賬號，這在後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，並演示了大部分Docker鏡像相關的命令，如果看完還有些迷茫，先不着急，有個大概的印象即可，等看完後續文章中容器的操作之後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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