docker镜像管理基础

镜像的概念

镜像可以理解为应用程序的集装箱，而docker用来装卸集装箱。

docker镜像含有启动容器所需要的文件系统及其内容，因此，其用于创建并启动容器。

docker镜像采用分层构建机制，最底层为bootfs，其上为rootfs

bootfs：用于系统引导的文件系统，包括bootloader和kernel，容器启动完成后会被卸载以节约内存资源
rootfs：位于bootfs之上，表现为docker容器的根文件系统
- 传统模式中，系统启动之时，内核挂载rootfs会首先将其挂载为“只读”模式，完整性自检完成后将其重新挂载为读写模式
- docker中，rootfs由内核挂载为“只读”模式，而后通过“联合挂载”技术额外挂载一个“可写”层

注意：当删除容器时，这个容器自有的“可写”层会一起被删除

在这里插入图片描述

docker镜像层

在这里插入图片描述

位于下层的镜像称为父镜像（parrent image），最底层的称为基础镜像（base image）；
最上层为“可读写”层，其下的均为“只读”层。

docker存储驱动

docker提供了多种存储驱动来实现不同的方式存储镜像，下面是常用的几种存储驱动：

AUFS
OverlayFS
Devicemapper
Btrfs
VFS

AUFS

AUFS（AnotherUnionFS）是一种Union FS，是文件级的存储驱动。AUFS是一个能透明覆盖一个或多个现有文件系统的层状文件系统，把多层合并成文件系统的单层表示。简单来说就是支持将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下的文件系统。这种文件系统可以一层一层地叠加修改文件。无论底下有多少层都是只读的，只有最上层的文件系统是可写的。当需要修改一个文件时，AUFS创建该文件的一个副本，使用CoW将文件从只读层复制到可写层进行修改，结果也保存在可写层。在Docker中，底下的只读层就是image，可写层就是Container。

AUFS文件系统据说有3W行代码，而ext4文件系统却只有4000-5000行左右代码，这些代码是要被整合进内核的，后来AUFS申请要被合并进内核代码的时候，linuz觉得它这代码太过臃肿，于是拒绝了。因此AUFS这个文件系统一直以来就不是linux内核中自有的文件系统，想用AUFS这个文件系统的话，必须自己向内核打补丁并去编译使用它，但redhat系列的操作系统一向以稳定著称，不会干这种出格的事，所以在redhat系列操作系统中使用AUFS并无可能。而ubuntu上的docker默认使用的就是AUFS。

OverlayFS

Overlay是Linux内核3.18后支持的，也是一种Union FS，和AUFS的多层不同的是Overlay只有两层：一个upper文件系统和一个lower文件系统，分别代表Docker的镜像层和容器层。当需要修改一个文件时，使用CoW将文件从只读的lower复制到可写的upper进行修改，结果也保存在upper层。在Docker中，底下的只读层就是image，可写层就是Container。目前最新的OverlayFS为Overlay2。

AUFS和Overlay都是联合文件系统，但AUFS有多层，而Overlay只有两层，所以在做写时复制操作时，如果文件比较大且存在比较低的层，则AUSF会慢一些。而且Overlay并入了linux kernel mainline，AUFS没有。目前AUFS已基本被淘汰。

DeviceMapper

Device mapper是Linux内核2.6.9后支持的，提供的一种从逻辑设备到物理设备的映射框架机制，在该机制下，用户可以很方便的根据自己的需要制定实现存储资源的管理策略。AUFS和OverlayFS都是文件级存储，而Device mapper是块级存储，所有的操作都是直接对块进行操作，而不是文件。Device mapper驱动会先在块设备上创建一个资源池，然后在资源池上创建一个带有文件系统的基本设备，所有镜像都是这个基本设备的快照，而容器则是镜像的快照。所以在容器里看到文件系统是资源池上基本设备的文件系统的快照，并没有为容器分配空间。当要写入一个新文件时，在容器的镜像内为其分配新的块并写入数据，这个叫用时分配。当要修改已有文件时，再使用CoW为容器快照分配块空间，将要修改的数据复制到在容器快照中新的块里再进行修改。

OverlayFS是文件级存储，Device mapper是块级存储，当文件特别大而修改的内容很小，Overlay不管修改的内容大小都会复制整个文件，对大文件进行修改显然要比小文件要消耗更多的时间，而块级无论是大文件还是小文件都只复制需要修改的块，并不是整个文件，在这种场景下，显然device mapper要快一些。因为块级的是直接访问逻辑盘，适合IO密集的场景。而对于程序内部复杂，大并发但少IO的场景，Overlay的性能相对要强一些。

docker registry

启动容器时，docker daemon会试图从本地获取相关的镜像，本地镜像不存在时，其将从Registry中下载该镜像并保存到本地。

Registry用于保存docker镜像，包括镜像的层次结构和元数据。用户可以自建Registry，亦可使用官方的Docker Hub。

docker registry的分类：

Sponsor Registry：第三方的Registry，供客户和Docker社区使用
Mirror Registry：第三方的Registry，只让客户使用
Vendor Registry：由发布docker镜像的供应商提供的registry
Private Registry：通过设有防火墙和额外的安全层的私有实体提供的registry

docker registry的组成：

Repository
- 由某特定的docker镜像的所有迭代版本组成的镜像仓库
- 一个Registry中可以存在多个Repository
  - Repository可分为“顶层仓库”和“用户仓库”
  - 用户仓库名称格式为“用户名/仓库名”
- 每个仓库可包含多个Tag(标签)，每个标签对应一个镜像
Index
- 维护用户帐户、镜像的检验以及公共命名空间的信息
- 相当于为Registry提供了一个完成用户认证等功能的检索接口

Docker Registry中的镜像通常由开发人员制作，而后推送至“公共”或“私有”Registry上保存，供其他人员使用，例如“部署”到生产环境。
在这里插入图片描述

docker镜像的制作

多数情况下，我们做镜像是基于别人已存在的某个基础镜像来实现的，我们把它称为base image。比如一个纯净版的最小化的centos、ubuntu或debian。

那么这个最小化的centos镜像从何而来呢？其实这个基础镜像一般是由Docker Hub的相关维护人员，也就是Docker官方手动制作的。这个基础镜像的制作对于Docker官方的专业人员来说是非常容易的，但对于终端用户来说就不是那么容易制作的了。

Docker Hub

Docker Hub是一个基于云的注册服务，它允许你链接到代码库，构建和测试你的镜像，存储手动推送的镜像，以及Docker Cloud的链接，这样你就可以把镜像部署到你的主机上。

它为容器镜像发现、分发和变更管理、用户和团队协作以及整个开发管道中的工作流自动化提供了集中的资源。
在这里插入图片描述

[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID   CREATED   SIZE
[root@localhost ~]# 
[root@localhost ~]# 
[root@localhost ~]# docker pull centos
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/centos
a1d0c7532777: Pull complete 
Digest: sha256:a27fd8080b517143cbbbab9dfb7c8571c40d67d534bbdee55bd6c473f432b177
Status: Downloaded newer image for centos:latest
docker.io/library/centos:latest

[root@localhost ~]# docker run --name centos01 -it centos
[root@0b9a530c25c2 /]# useradd -r -M -s /sbin/nologin nginx
[root@0b9a530c25c2 /]# id nginx
uid=998(nginx) gid=996(nginx) groups=996(nginx)

[root@0b9a530c25c2 /]# yum -y install pcre-devel openssl openssl-devel gd-devel gcc gcc-c++ make
[root@0b9a530c25c2 /]# yum -y groups mark install 'Development Tools'

[root@0b9a530c25c2 /]# mkdir -p /var/log/nginx
[root@0b9a530c25c2 /]# chown -R nginx.nginx /var/log/nginx


[root@localhost ~]# docker cp /usr/local/nginx-1.20.1.tar.gz centos01:/usr/src
[root@0b9a530c25c2 ~]# ls /usr/src/
debug  kernels  nginx-1.20.1.tar.gz

[root@0b9a530c25c2 src]# tar xf nginx-1.20.1.tar.gz 
[root@0b9a530c25c2 src]# cd nginx-1.20.1
[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# ./configure \
>  --prefix=/usr/local/nginx \
>  --user=nginx \
>  --group=nginx \
>  --with-debug \
>  --with-http_ssl_module \
>  --with-http_realip_module \
>  --with-http_image_filter_module \
>  --with-http_gunzip_module \
>  --with-http_gzip_static_module \
>  --with-http_stub_status_module \
>  --http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
>  --error-log-path=/var/log/nginx/error.log

[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# make -j $(grep 'processor' /proc/cpuinfo | wc -l) && make install


[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# echo 'export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH' > /etc/profile.d/nginx.sh
[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# source /etc/profile.d/nginx.sh
[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# nginx
[root@0b9a530c25c2 nginx-1.20.1]# ss -anlt
State  Recv-Q Send-Q  Local Address:Port   Peer Address:Port Process                                                      
LISTEN 0      128           0.0.0.0:80          0.0.0.0:*

Docker Hub提供以下主要特性:

镜像仓库
- 从社区和官方库中查找和提取镜像，并管理、推送和从您可以访问的私有镜像仓库中提取镜像。
自动化的构建
- 当您更改源代码仓库时，自动创建新的镜像。
Webhooks
- webhook是自动化构建的一个特性，它允许您在成功推送到镜像仓库后触发操作。
组织
- 创建工作组来管理对镜像仓库的访问。
GitHub和Bitbucket集成
- 将集线器和Docker映像添加到当前工作流中。

docker镜像的获取

要从一个远程注册表(比如你自己的Docker注册表)获取Docker镜像并将其添加到本地系统中，使用Docker pull命令

docker pull <registry>[:<port>]/[<namespace>/]<name>:<tag>

在TCP上提供docker分发服务的主机(默认为5000)。

识别由注册中心控制的特定图像

注册中心还支持raw;对于这些注册中心来说，raw是可选的
当包含它时，提供的附加层次结构对于区分具有相同功能的镜像是非常有用

附加层次结构级别

Namespace	Examples(/)
organization	redhat/kubernetes, google/kubernetes
login(username)	Alice/application, bob/application
role	devel/database, test/database, prod/database

镜像的生成

镜像的生成途径：

Dockerfile
基于容器制作
Docker Hub automated builds

基于容器制作镜像

根据容器的更改创建一个新镜像

用法:

docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]

Options	Default	Description
—author, -a		Author (e.g., “John Hannibal Smith hannibal@a-team.com”)
-c, --change list		Apply Dockerfile instruction to the created image
-m, --message string		Commit message
-p, --pause	true	Pause container during commit

拉取centos官方镜像

[root@localhost ~]# docker pull centos
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/centos
Digest: sha256:a27fd8080b517143cbbbab9dfb7c8571c40d67d534bbdee55bd6c473f432b177
Status: Downloaded newer image for centos:latest
docker.io/library/centos:latest

[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
centos       latest    5d0da3dc9764   2 months ago   231MB

使用centos镜像运行容器

[root@localhost ~]# docker run -d --name centos01 -it centos /bin/bash
e7e164c48aaad085e7cd9e1dee327c0ac322cb62bd8ed847d0e35436165b6d6e
[root@localhost ~]# docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND       CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
e7e164c48aaa   centos    "/bin/bash"   6 seconds ago   Up 5 seconds             centos01

使用docker exec 命令进入到centos2容器中

[root@localhost ~]# docker run -d --name centos01 -it centos /bin/bash
e7e164c48aaad085e7cd9e1dee327c0ac322cb62bd8ed847d0e35436165b6d6e
[root@localhost ~]# docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND       CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
e7e164c48aaa   centos    "/bin/bash"   6 seconds ago   Up 5 seconds             centos01
[root@localhost ~]# docker exec -it e7e164c48aaa /bin/bash
[root@e7e164c48aaa /]# ls 
bin  etc   lib    lost+found  mnt  proc  run   srv  tmp  var
dev  home  lib64  media       opt  root  sbin  sys  usr
[root@e7e164c48aaa /]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
4: eth0@if5: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default 
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

容器正常工作后再将nginx源码包从本机上，上传到容器指定目录中

[root@localhost ~]# docker cp /usr/src/nginx-1.20.1.tar.gz e7e164c48aaa:/usr/src

使用docker exec命令进入到容器中编译nginx

下载编译工具
[root@e7e164c48aaa ~]# yum -y install pcre-devel openssl openssl-devel gd-devel gcc gcc-c++ make

创建nginx用户
[root@e7e164c48aaa ~]# useradd -r -M -s /sbin/nologin nginx
[root@e7e164c48aaa ~]# id nginx
uid=998(nginx) gid=996(nginx) groups=996(nginx)

创建nginx日志目录
[root@e7e164c48aaa ~]# mkdir -p /var/log/nginx
[root@e7e164c48aaa ~]# chown -R nginx.nginx /var/log/nginx/

编译安装nginx
[root@e7e164c48aaa ~]# cd /usr/src/
[root@e7e164c48aaa src]# ls
debug  kernels  nginx-1.20.1.tar.gz
[root@e7e164c48aaa src]# tar xf nginx-1.20.1.tar.gz 
[root@e7e164c48aaa src]# cd nginx-1.20.1
[root@b19e7e164c48aaa nginx-1.20.1]# ./configure \
>  --prefix=/usr/local/nginx \
>  --user=nginx \
>  --group=nginx \
>  --with-debug \
>  --with-http_ssl_module \
>  --with-http_realip_module \
>  --with-http_image_filter_module \
>  --with-http_gunzip_module \
>  --with-http_gzip_static_module \
>  --with-http_stub_status_module \
>  --http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
>  --error-log-path=/var/log/nginx/error.log

[root@e7e164c48aaa nginx-1.20.1]# make && make install

配置环境变量
[root@e7e164c48aaa ~]# echo 'export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH' > /etc/profile.d/nginx.sh
[root@e7e164c48aaa ~]# source /etc/profile.d/nginx.sh
[root@e7e164c48aaa ~]# nginx
[root@e7e164c48aaa ~]# ss -anlt
State  Recv-Q Send-Q Local Address:Port  Peer Address:Port Process 
LISTEN 0      128          0.0.0.0:80         0.0.0.0:*

本机访问

[root@localhost ~]# curl 172.17.0.2:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

编辑一个自启动脚本

[root@e7e164c48aaa ~]# cd /
[root@e7e164c48aaa /]# vi start.sh
#!/bin/bash
/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
/bin/bash
[root@e7e164c48aaa /]# chmod +x start.sh 
[root@e7e164c48aaa /]# exit

设置完成后，将此容器制作成一个镜像

[root@localhost ~]# docker commit -p e7e164c48aaa
sha256:f4fe4bec94e8feb6c589f2b47ca3d95672bf0f4d5aeede8ea17793ed251ac027
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
<none>       <none>    f4fe4bec94e8   8 seconds ago   549MB
centos       latest    5d0da3dc9764   2 months ago    231MB
[root@localhost ~]# docker tag f4fe4bec94e8 syb1978974056:v0.2
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY      TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
syb1978974056   v0.2      f4fe4bec94e8   42 seconds ago   549MB
centos          latest    5d0da3dc9764   2 months ago     231MB

使用新生成的镜像运行一个容器

[root@localhost ~]# docker run -itd --name centos02 -p 8080:80 f4fe4bec94e8 /start.sh
ce2c73d304c7de2ef6974475260608147e1f0a0870f4f9b7cba904a9faae68b0
[root@localhost ~]# docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND       CREATED          STATUS          PORTS                                   NAMES
ce2c73d304c7   f4fe4bec94e8   "/start.sh"   46 seconds ago   Up 44 seconds   0.0.0.0:8080->80/tcp, :::8080->80/tcp   centos02
e7e164c48aaa   centos         "/bin/bash"   15 minutes ago   Up 15 minutes                                           centos01

进入容器查看

[root@localhost ~]# docker exec -it e7e164c48aaa /bin/bash
[root@e7e164c48aaa /]# ss -anlt
State  Recv-Q Send-Q  Local Address:Port   Peer Address:Port Process                                                      
LISTEN 0      128           0.0.0.0:80          0.0.0.0:*

浏览器测试
在这里插入图片描述

上传镜像至docker hub仓库

访问并登录docker hub官方
创建仓库
在这里插入图片描述
此处的仓库名要与镜像名一一对应

创建完仓库后，到本机上登入docker hub 并push镜像到docker hub仓库中

[root@localhost ~]# docker login
Login with your Docker ID to push and pull images from Docker Hub. If you don't have a Docker ID, head over to https://hub.docker.com to create one.
Username: syblyw0806
Password: 
WARNING! Your password will be stored unencrypted in /root/.docker/config.json.
Configure a credential helper to remove this warning. See
https://docs.docker.com/engine/reference/commandline/login/#credentials-store
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY        TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
syblyw0806/test   v0.3      f4fe4bec94e8   39 minutes ago   549MB
centos            latest    5d0da3dc9764   2 months ago     231MB

[root@localhost ~]# docker push syblyw0806/test:v0.3
The push refers to repository [docker.io/syblyw0806/test]
eb596e259ddf: Pushed 
74ddd0ec08fa: Mounted from library/centos 
v0.3: digest: sha256:b9c4bbc468350c60ccabb654e16e7ae664acb88fc72ead41356b1ef63c8f4a46 size: 742

在这里插入图片描述

镜像的导入与导出

假如有2台主机，我们在主机1上做了一个镜像，主机2想用这个镜像怎么办呢？

我们可以在主机1上push镜像到镜像仓库中，然后在主机2上pull把镜像拉下来使用，这种方式就显得比较麻烦，假如我只是测试用的，在一台主机上做好镜像后在另一台主机上跑一下就行了，没必要推到仓库上然后又把它拉到本地来。

此时我们可以在已有镜像的基础上把镜像打包成一个压缩文件，然后拷贝到另一台主机上将其导入，这就是镜像的导入和导出功能。

docker中我们使用docker save进行导出，使用docker load进行导入。

在已生成镜像的主机上执行docker save导出镜像

docker save -o myimages.gz syblyw0806/test

在另一台没有镜像的主机上执行docker load导入镜像

docker load -i myimages.gz