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理解镜像层

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说明

正如你在 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，这实际上意味着什么呢？这些层又是如何被用来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更改——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包管理器，例如 apt。
  2. 第二层安装了 Python 运行时和 pip 用于依赖管理。
  3. 第三层复制了应用程序特定的 requirements.txt 文件。
  4. 第四层安装该应用程序的特定依赖项。
  5. 第五层复制应用程序的实际源代码。

此示例可能看起来像：

screenshot of the flowchart showing the concept of the image layers

这是有益的，因为它允许在镜像之间重用层。例如，假设您想创建另一个 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量。镜像分层可能类似于以下内容：

screenshot of the flowchart showing the benefits of the image layering

Layers 让您通过重用他人的基础镜像来扩展镜像，从而只添加您的应用程序所需的数据。

堆叠层

分层技术通过可寻址存储和联合文件系统得以实现。虽然这会涉及到技术细节，但其工作原理如下：

  1. 每个层下载后，都会被解压到主机文件系统上的其自己的目录中。
  2. 当你从镜像运行容器时，会创建一个联合文件系统，其中各层相互叠加，形成一个新的统一视图。
  3. 当容器启动时，其根目录被设置为这个统一目录的位置，使用 chroot。

当创建联合文件系统时，除了镜像层之外，还会专门为正在运行的容器创建一个目录。这使得容器可以进行文件系统更改，同时保持原始镜像层不受影响。这使您能够从同一个基础镜像运行多个容器。

试用

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。但这有助于理解其工作原理。

创建基础镜像

在这一步中，您将创建自己的基础镜像，该镜像将在后续步骤中使用。

  1. 下载并安装 Docker Desktop。

  2. 在终端中，运行以下命令以启动一个新容器：

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

    一旦镜像下载完成并且容器已经启动，您应该会看到一个新的shell提示符。这是在您的容器内部运行的。它看起来会类似于以下内容（容器ID会有所不同）：

    root@d8c5ca119fcd:/#

  3. 在容器中，运行以下命令以安装 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是否已安装 Node：

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

    然后你应该会在控制台看到“Hello world!”出现。

  5. 既然你已经安装了 Node，就可以将所做的更改保存为新的镜像层，从中可以启动新的容器或构建新的镜像。为此，你将使用 docker container commit 命令。在新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

    注意顶部的“添加节点”注释。这一层包含您刚刚安装的 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，你应该会在终端中看到“Hello again”输出，这表明 Node 已安装并正常运行。

  8. 现在您已经完成了基础镜像的创建，可以删除该容器：

    $ 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。然而，有些镜像是特意作为构建块创建的，为应用程序提供基础或起点。

在这个示例中，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。但它是您可以用于其他构建的基础。

构建应用镜像

现在您已经拥有了一个基础镜像，您可以基于该镜像来构建更多的镜像。

  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. 在此容器中，运行以下命令以创建 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查看屏幕上打印的消息：

    $ 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，还为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. 在容器外的终端中，运行以下命令以查看更新的层：

    $ docker image history sample-app

    您将看到如下所示的输出。请注意，顶层的注释包含“添加应用”，下一层包含“添加节点”：

    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，可以使用以下命令：

    $ docker run sample-app

    您应该在终端中看到来自您的 Node 程序的问候语。

  6. 既然你已经完成了容器的使用，可以使用以下命令来删除它们：

    $ 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

如前所述，大多数镜像构建不会使用 docker container commit。相反，你会使用 Dockerfile，它会自动为你完成这些步骤。

编写 Dockerfile