Docker基础修炼2--Docker镜像原理及常用命令

通过前文的讲解对Docker有了基本认识之后，我们开始进入实战操作，本文先演示Docker三要素之镜像原理和相关命令。

本文的演示环境仍然沿用上一篇文章在本地Centos7中安装的环境，如果你本地没有搭建Docker环境，也可以直接使用前文提到的Docker练习场(play-with-docker)在线进行练习。

在正式开始之前，我们先回顾下几个常用的命令，尤其是Docker帮助命令是掌握众多命令的万能钥匙，一定要多用。

一、Docker帮助命令

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参数(--version)，其中-v参数是--version的缩写。

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详细信息命令

我们还可以使用docker info命令查看docker相关的更广泛的操作系统范围内的信息

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
...省略部分内容
 Docker Root Dir: /var/lib/docker
...省略部分内容
[root@docker ~]#

显示内容太多了，我省略了一部分，其中可以查看容器总数、有多少容器在运行、有多少容器已经停止、镜像总数以及内存、容量等信息。

1.3 万能帮助命令

命令何其多，不一定能全记住，也没必要全记住。就像可以在Linux下可以通过man命令查看各个命令的用法一样，Docker也提供了帮助命令。

docker --help

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

里边包含了每个命令的各种详细用法，根据需要查询即可。

二、Docker镜像原理

前文已提到Docker三要素：镜像、容器、仓库。镜像是最基础的，就像我们在做面向对象编程开发时写的实体类，只有有了类才能生成实例对象。接下来我们分析下镜像的原理和特点。

2.1 Docker镜像原理及UnionFS

2.1.1 Docker镜像是什么

我们搞技术不像搞数据公式，要明确给事物一个非常严苛的名称。对于一门技术的命名或定义，个人认为只要理解就好，至于名称你可以任意给他取。

我给Docker的定义是一个轻量级可运行的独立软件包，只不过这个软件包除了包含我们自己开发的业务代码软件之外，还包含了运行该软件所需的所有环境，也就是他包含了代码、运行时环境、库、配置文件等等软件运行所需的所有内容。

2.1.2 Docker镜像原理

Docker镜像本质就是一个文件，底层依赖于联合文件系统（UnionFS）。

什么是UnionFS？

UnionFS是一种分层、轻量级、高性能的文件系统，支持对文件系统的修改作为一次提交来层层叠加。这很类似于我们生活中的千层饼或鸡蛋，由蛋黄、蛋清、蛋壳一层一层的最终构成了一个鸡蛋。

UnionFS的特性

联合文件系统最大特点就是分层和联合加载。

在加载时可以一次同时加载多层文件系统，通过联合加载把各层文件系统叠加起来，从外部看只能看到一个文件系统，最终的文件系统保护所有底层的文件和目录。

Docker镜像分层结构及加载原理

由于docker镜像底层采用联合文件系统，自然而然docker镜像也是分层的。docker采用的联合文件系统为aufs (advanced multi layered unification filesystem)，是一种可堆叠的联合文件系统。

按照docker官网的说法，docker文件系统分为两层：bootfs和rootfs。

bootfs层

在这里插入图片描述

bootfs包含了bootloader和linux内核，用户是不能对这层作任何修改的，在内核启动之后，bootfs实际上会unmount掉。

rootfs则包含了一般系统上的常见目录结构，类似于/dev, /proc, /bin等等以及一些基本的文件和命令。

rootfs层

对于linux上不同版本的问题，docker可以同时运行多个rootfs。

在这里插入图片描述

Docker的文件系统是分层的，它的rootfs在mount之后会转为只读模式， Docker在它上面添加一个新的文件系统，来达成它的只读。由于共享一个内核，这也是为什么docker比虚拟机消耗资源更少的根本原因。

images层

从下图中，我们能看到多个只读的文件系统，Docker中把他们称为层。image是只读的，container部分则是可写的。如果用户想要修改底层只读层上的文件，这个文件就会被先拷贝到上层，修改后驻留在上层，并屏蔽原有的下层文件。

在这里插入图片描述

container层

最后一部分是容器(container)，容器是可读写的。

在系统启动时，Docker会首先一层一层的加载image，直到最先面的base image，这些image都是只读的。最后，在最上层添加可读写的一个容器，这里存放着诸如unique id，网络配置之类的信息。

在这里插入图片描述

既然是可读写的，就会有状态。容器共有两种状态：running 和 exited。用户也可以用docker commit 命令将一个容器压制为image，供后续使用。

docker镜像为什么要分层

docker镜像采用基于联合文件系统的分层结构主要是为了共享公用文件，除了节约存储空间，还能实现对文件的高效管理。

镜像可以通过分层来进行继承，基于父镜像可以制作各种具体的应用镜像。如果你有面向对象编程语言的开发经验，这就很好理解，它类似于继承与多态，子类可以继承父类功能并能派上新功能。

关于镜像的分层，在使用后续的docker pull命令时可以很好的进行验证。比如使用docker pull命令下载一个mysql镜像，将会看到是一层一层的下载。另外如果不同镜像包含相同的公用部分（层），假设之前已经下载过包含了公用层的镜像的话，再下载包含公用层的其他镜像，会提示这些公用层已经存在于本地了，这个镜像的下载过程就不在去下载公用层，整个过程就会明显快很多。

2.2 Docker镜像的特点

由于docekr镜像采用了联合文件系统，因此也继承了联合文件系统过的特点。

总结起来就是：分层、只读、可继承，如前所述，镜像是一层一层叠加起来，并且是只读的，子镜像可以继承父镜像并派生出新的镜像。

镜像是只读的，但是当我们基于镜像创建容器是希望能进行读写操作，那是怎么做到的呢？

当一个docker容器启动时，一个新的可写层被加载到镜像顶部，这一层称为“容器层”，容器层下边是“镜像层”，我们读写操作都是在容器层进行，我们的程序也是运行在这一层的。

2.3 Docker架构图

我们之前已经执行了一些命令，这些命令的执行流程是怎么样的呢？先要搞清楚Docker的架构以及命令执行过程，我们才能更好的使用docker。

Docker架构图

在这里插入图片描述

从官方的架构图中可以看到主要包含几个部分：客户端Client、Docker daemon、仓库Registry。

我们输入命令的工具称之为客户端Client，当我们在客户端输入命令时，命令会发送到docker所在主机的daemon进程，由该进程执行命令。当执行的是创建容器的命令时，如果对应的镜像不存在于本地，那么daemon会向远程docker仓库请求下载镜像，等镜像下载到本地后在创建容器。

下图包含了docker的镜像、容器、仓库相关的命令，接下来主要演示与镜像相关的命令，其他的命令将在后续的文章中继续演示。

docker命令图

在这里插入图片描述

ps:这部分内容比较抽象，可以先大概了解，经过后边的学习之后再返回来看就会有更深刻的理解。

三、Docker镜像常用命令

3.1 查看本地镜像

命令格式：

docker images [选项] [仓库:版本]

参数：

参数	作用
-a	即--all，查看所有本地镜像（默认情况不显示中间镜像）
-q	只显示镜像id
--digests	显示摘要
--no-trunc	不截断输出（默认显示的镜像id为12位）

可以使用docker images --help或man docker images查看具体的用法和各项参数的意义，并且支持tab补全命令。

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

输出标题中各项的含义：

REPOSITORY：镜像名称，用于标识镜像

TAG：版本号

IMAGE ID ：镜像ID，与镜像名称一样，可以唯一标识一个镜像

CREATED ：镜像创建日期

SIZE：镜像大小

3.2 查看远程仓库中的镜像

命令格式：

docker search [选项] 镜像名称

参数：

参数	作用
-f或--filter	根据指定条件过滤
--limit	限制最多返回的条数
--no-trunc	不截断输出

案例：

（1）查询点赞数大于等于5000的mysql镜像

[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 ~]#

你可以先自行执行docker search命令，什么参数都不加，然后对比一下结果。本例中是在Docker Hub上查找stars星级数大于等于5千的mysql的镜像。

（2）只查看官网的mysql镜像

[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 下载镜像

命令格式：

docker pull [选项] 镜像名称[:TAG]

案例：

下载刚查出的mysql官方镜像

[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 ~]#

另外这里也可以很清楚的看到，是一层一层的进行下载，这就是前面讲到的镜像分层结构。

默认会去Docker Hub仓库进行下载，我们也可以直接登录Docker Hub查看mysql镜像

https://hub.docker.com/_/mysq... 我们可以看到有很多不同的版本，使用时按需下载即可。

特别注意，如果没指定tab版本号，默认是latest版本，也就是最新版。所以在生产环境中最好是明确指定一个版本。

默认情况下去docker hub下载镜像比较慢，由于是在国外所以不太稳定，自己可以配置为国内的镜像仓库，如阿里云仓库。

下载完成后，就可以在本地通过docker images命令查到该镜像

3.4 删除本地镜像

命令格式：

docker rmi [选项] 镜像名或id

参数：

参数	作用
-f	即为--force，强制删除镜像。当要删除的镜像有容器存在时，只能强制删除

案例：

（1）删除第一篇文章中下载的hello-world镜像

由于当时我们已经用该镜像创建了一个容器，即使此容器没有运行，在删除时也用-f参数强制删除。

[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 ~]#

另外如果同一个镜像有不同版本，需要添加tag参数来删除指定镜像。如果要删除多个镜像，只需要在命令末尾以空格分隔多个容器即可。

（2）删除全部镜像

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

可以结合linux命令获取所有镜像id，然后再全部删除。

3.5 将容器打包为镜像

命令：docker commit

可以通过该命令将当前运行的容器打包为镜像。后文会讲到构建镜像有两种方式：一种是通过容器commit；另外一种是通过编写DocekerFile编辑镜像。

什么场景需要将容器打包成镜像呢？

比如我们想扩展某个镜像的功能，我们可以把镜像运行为一个容器，然后在里边实现各种定制化需求（比如安装特定的软件），然后在重新commit提交为一个镜像，以后就基于新镜像去创建容器。

ps：在后边演示完容器相关命令后，在单独演示commit和push命令。如果你有git或svn的使用经验，这2个pull和push命令很好理解，都是和仓库进行交互。

3.6 将容器上传到远程仓库

命令：docker push

本地通过docker commit打包的镜像，可以通过docker push上传到远程Docker Hub仓库。这个命令与docker pull是相对的，pull则是从远程仓库下载到本地。

要上传到远程仓库，还需要在Docker Hub上注册相应的账号，这在后续的文章中会单独进行演示。

至此，我们大概弄明白了Docker的体系结构以及Docker镜像原理，并演示了大部分Docker镜像相关的命令，如果看完还有些迷茫，先不着急，有个大概的印象即可，等看完后续文章中容器的操作之后就会有更深刻的认识。

下一篇文章我们将讲解Docker容器相关知识，敬请期待。
如果觉得文章不错，关注一波不迷路！

Docker基础修炼2--Docker镜像原理及常用命令

一、Docker帮助命令

1.1 查看Docker版本命令

1.2 查看Docker详细信息命令

1.3 万能帮助命令

二、Docker镜像原理

2.1 Docker镜像原理及UnionFS

2.1.1 Docker镜像是什么

2.1.2 Docker镜像原理

2.2 Docker镜像的特点

2.3 Docker架构图

三、Docker镜像常用命令

3.1 查看本地镜像

3.2 查看远程仓库中的镜像

3.3 下载镜像

3.4 删除本地镜像

3.5 将容器打包为镜像

3.6 将容器上传到远程仓库

黑马腾云

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