Docker（二）镜像详解、镜像构建、镜像优化

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一、docker镜像详解

1.镜像分层结构

在这里插入图片描述

共享宿主机的kernel

base镜像提供的是最小的Linux发行版（base镜像：不同发行版的/文件系统）

同一docker主机支持运行多种Linux发行版

采用分层结构的最大好处是：共享资源

镜像通过分层，如果本地已经有了，不管这一层属于哪个镜像，因为每一层都有独立的标识（都是唯一的），只要docker判断有这一层，那它就不会进行重复的拉取。包括在上传仓库的时候也是一样的，仓库内存储时也是按照层来存储的，如果远程仓库有这一层了，就不需要重复上传了，节省了带宽。
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docker使用 Copy-on-Write 的机制（可写容器层），当我们想保存一个数据的时候，由于镜像是只读的，当我们创建容器时，是在镜像层的上面创建一个可写容器层，所有对容器的修改都会放置在可写容器层上，只要这个容器不被释放，这个数据一直存在，除非把这个容器删掉。如果想保存，把可写容器层进行打包，即把它创建成一个镜像层，一旦成为镜像层它就变成只读模式了（最多127层）。

镜像层数量可能会很多，所有镜像层会联合在一起组成一个统一的文件系统。如果不同层中有一个相同路径的文件，比如 /a，上层的 /a会覆盖下层的 /a，也就是说用户只能访问到上层中的文件 /a。在容器层中，用户看到的是一个叠加之后的文件系统。

添加文件：在容器中创建文件时，新文件被添加到容器层中;

读取文件：在容器中读取某个文件时，Docker会从上往下依次在各镜像层中查找此文件。一旦找到，立即将其复制到容器层，然后打开并读入内存;

修改文件：在容器中修改已存在的文件时，Docker 会从上往下依次在各镜像层中查找此文件。一旦找到，立即将其复制到容器层，然后修改之;

删除文件：在容器中删除文件时，Docker 也是从上往下依次在镜像层中查找此文件。找到后，会在容器层中记录下此删除操作;

只有当需要修改时才复制一份数据，这种特性被称作Copy-on-Write。可见，容器层保存的是镜像变化的部分，不会对镜像本身进行任何修改。这样就解释了我们前面提出的问题：容器层记录对镜像的修改，所有镜像层都是只读的，不会被容器修改，所以镜像可以被多个容器共享。

2.镜像的表示

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镜像的表示分为四部分：红色的部分是镜像中心域名，黄色的部分是镜像命名空间，我们可以根据命名空间进行权限控制等操作，绿色是镜像的名称，每个镜像有一个版本（即标签）。Docker官方的镜像不需要镜像中心的域名，有一些镜像可以省略命名空间。

base 镜像简单来说就是不依赖其他任何镜像，完全从0开始建起，其他镜像都是建立在他的之上，可以比喻为大楼的地基，docker镜像的鼻祖。
base 镜像有两层含义：
（1）不依赖其他镜像，从 scratch 构建；
（2）其他镜像可以之为基础进行扩展。
所以，能称作 base 镜像的通常都是各种 Linux 发行版的 Docker 镜像，
比如 Ubuntu, Debian, CentOS 等。

二、镜像构建

1.commit提交

docker commit 构建新镜像三部曲

运行容器

修改容器

新的镜容器保存为镜像

拉取一个具有一个小工具的镜像：
在这里插入图片描述
由于busybox是基础镜像不是应用镜像，基础镜像不像应用镜像可以打到后台，只能以交互式方式打开：
docker镜像、容器相关命令如下：

使用下面这个指令可以看到容器的构建历史：

[root@server1 ~]# docker run -it --name demo busybox      ##生成容器demo
/ # touch file1                         ##ctrl+d： 退出容器后容器自动关闭
                                        ##   -it：以交互式的方式创建容器
/ # touch file2                         ##ctrl+pq： 退出容器后继续在后台运行
                                        
##已经停止的容器，删除后，创建的文件会丢失，因为容器内的变更都保存在可写容器层，生命周期和容器一致
显示所有容器
[root@server1 ~]# docker ps -a

启动容器
[root@server1 ~]# docker start  demo

进入容器
[root@server1 ~]# docker attach  demo

提交容器变更到新的镜像
[root@server1 ~]# docker commit -m "add files" demo demo:v1    ##通过容器生成镜像（保存了更改至新的镜像层）

[root@server1 ~]# docker history demo:v1
IMAGE          CREATED         CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
2b25ea847e4e   9 seconds ago   sh                                              39B       add files##比旧的镜像多的部分
827365c7baf1   13 days ago     /bin/sh -c #(nop)  CMD ["sh"]0B
<missing>13 days ago     /bin/sh -c #(nop) ADD file:3f2f2548e5ddec788…   4.86MB

Ctrl+d就退出容器了，此时容器会被stop掉，但是并不会被删除. 我们再启动容器就可以再次进入容器,我们还可以使用 ctrl+p+q 三个键同时按下，就可以将其打入后台运行而不是stop掉,我们也可以手动stop掉容器,我们将刚刚创建的容器删除再进去，就会发现我们刚刚创建的文件已经没有了, 这是因为我们在容器层把这个容器释放掉以后就没有了，如果我们想将数据保存下来，就需要将我们自己的镜像打包：
对比源镜像和我们自己打包的镜像，只比源镜像多了一层，就是我们刚刚创建文件的命令：
commit提交的缺点：我们发现在删除时它也只删除了一层，就是我们刚刚创建文件的那一层，基础的busybox镜像它是不会删除的。我们发现这种构建方式不是非常方便，他的缺点有效率低、可重复性弱、容易出错，使用者无法对镜像进行审计，存在安全隐患，这种方式不利于安全审计。

无法审计：当我们使用docker history 时无法看见对容器进行了什么具体的操作，只能看见一个sh命令

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注意：只要当busybox和demo:v1共享的两层都被删除，镜像才被删除；

[root@server1 ~]# docker commit -m “add files” demo demo:v1
##通过容器生成镜像（保存了更改至新的镜像层），虽然删除了容器demo，但是重新运行镜像，创建的file仍然在
在这里插入图片描述
删除镜像
[root@server1 docker]# docker rmi demo:v1

2.Dockerfile

dockerfile的创建原理—>相当于一个一个进行提交

创建Dockerfile（注：名字只能是Dockerfile，因为默认读取的文件名称为Dockerfile）
[root@server1 ~]# mdkir docker         
[root@server1 ~]# cd docker/[root@server1 docker]#  cp ~/nginx-1.23.3.tar.gz .

基于什么基础镜像做什么操作：
[root@server1 docker]# vim Dockerfile
FROM centos:7              ##下载至本地的镜像            
ADD nginx-1.23.3.tar.gz /mnt
WORKDIR /mnt/nginx-1.23.3
RUN yum install -y gcc make pcre-devel openssl-devel
RUN sed -i 's/CFLAGS="$CFLAGS -g"/#CFLAGS="$CFLAGS -g"/g' auto/cc/gcc
RUN ./configure --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module
RUN make
RUN make install
EXPOSE 80
VOLUME ["/usr/local/nginx/html"]
CMD ["/usr/local/nginx/sbin/nginx","-g","daemon off;"]

建议将Dockerfile放在一个空目录下，因为在构建过程中可能要用到一些外部资源，将这些资源都放在这个空目录下，不要放在根下，因为在构建时，它会将目录下的所有文件都发给docker引擎去构建，放在根下的话，发的数据就太大了。

构建镜像
[root@server1 docker]# docker build -t webserver:v1 .
          注：构建时的 "." 意思是构建所需的所有文件都来自当前目录。
          此时就可以对镜像进行审计了，即镜像构建的步骤都能看见：
[root@server1 docker]# docker images webserver
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
webserver    v1        bfd6774cc216   8 seconds ago   494MB

[root@server1 docker]# docker history  webserver:v1

清理所有停止的容器
[root@server1 docker]# docker container prune

启动容器
[root@server1 docker]# docker run -d --name web1 webserver:v1

可以看见镜像构建的步骤,若此时我们只想进去查看或者操作一下镜像，退出就自动删除容器：
而且使用Dockerfile创建镜像还有缓存特性，比如我们构建时遗忘了一层，我们再重新编辑Dockerfile，可以看到在构建时，之前的三层都是 Using cache 使用缓存，只有新加的一层构建了
注：由于镜像是一层一层叠加的，如果我们改了第二层，那么后面的所有层都要重新构建。
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构建成功

查看容器详情
[root@server1 docker]# docker inspect web1
数据卷挂载

自动分配的ip
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访问容器
[root@server1 docker]# curl 172.17.0.2

(1)补充:查看官方nginx封装

我们可以使用docker inspect nginx 来查看官方nginx是怎么封装的：
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我们先把之前创建的demo镜像全部删掉
[root@server1 docker]# vim Dockerfile ##自己编写Dockerfile 安装nginx：

构建：

构建完成后的图片参照前面

(2)Dockerfile 命令详解

dockerfile常用指令

FROM：指定base镜像，如果本地不存在会从远程仓库下载。

MAINTAINER：设置镜像的作者，比如用户邮箱等。

COPY：把文件从build context复制到镜像支持两种形式：COPY src dest 和 COPY [“src”,“dest”] src必须指定build context中的文件或目录(文件一定要放在Dockerfile同一目录下)

ADD 用法与COPY类似，不同的是src可以是归档压缩文件，文件会被自动解压到dest，也可以自动下载URL并拷贝到镜像： ADD html.tar /var/www ADD http://ip/html.tar /var/www

ENV设置环境变量，变量可以被后续的指令使用： ENV HOSTNAME sevrer1.example.com

EXPOSE如果容器中运行应用服务，可以把服务端口暴露出去： EXPOSE 80（对外暴露的端口）

VOLUME申明数据卷，通常指定的是应用的数据挂在点： VOLUME[“/var/www/html”]

WORKDIR为RUN、CMD、ENTRYPOINT、ADD和COPY指令设置镜像中的当前工作目录，如果目录不存在会自动创建。

RUN在容器中运行命令并创建新的镜像层，常用于安装软件包： RUN yum install -y vim

CMD 与 ENTRYPOINT这两个指令都是用于设置容器启动后执行的命令，但CMD会被dockerrun后面的命令行覆盖，而ENTRYPOINT不会被忽略，一定会被执行。 dockerrun后面的参数可以传递给ENTRYPOINT指令当作参数。Dockerfile中只能指定一个ENTRYPOINT，如果指定了很多，只有最后一个有效。

三、镜像优化

1.缩减镜像层

[root@server1 docker]# vim Dockerfile
FROM centos:7 as build
ADD nginx-1.23.3.tar.gz /mnt
WORKDIR /mnt/nginx-1.23.3
RUN yum install -y gcc make pcre-devel openssl-devel && sed -i 's/CFLAGS="$CFLAGS -g"/#CFLAGS="$CFLAGS -g"/g' auto/cc/gcc &&./configure --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module && make && make install && cd ..&& rm -fr nginx-1.23.3&& yum clean all
EXPOSE 80
VOLUME ["/usr/local/nginx/html"]
CMD ["/usr/local/nginx/sbin/nginx","-g","daemon off;"][root@server1 docker]# docker build -t webserver:v2 .[root@server1 docker]# docker images  webserver
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED             SIZE
webserver    v2        caf0f80f2332   4 seconds ago       317MB
webserver    v1        bfd6774cc216   About an hour ago   494MB

可以看到webserver:v2 比 webserver:v1 小一点。

2.多阶段构建

分成两阶段，将构建阶段的nginx二进制程序拷贝到新的镜像中。

[root@server1 docker]# vim Dockerfile
FROM centos:7 as build
ADD nginx-1.23.3.tar.gz /mnt
WORKDIR /mnt/nginx-1.23.3
RUN yum install -y gcc make pcre-devel openssl-devel && sed -i 's/CFLAGS="$CFLAGS -g"/#CFLAGS="$CFLAGS -g"/g' auto/cc/gcc &&./configure --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module && make && make install && cd ..&& rm -fr nginx-1.23.3&& yum clean all

FROM centos:7
COPY --from=build /usr/local/nginx /usr/local/nginx
EXPOSE 80
VOLUME ["/usr/local/nginx/html"]
CMD ["/usr/local/nginx/sbin/nginx","-g","daemon off;"][root@server1 docker]# docker build -t webserver:v3 .[root@server1 docker]# docker images  webserver
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED             SIZE
webserver    v3        1ac964f2cefe   29 seconds ago      205MB
webserver    v2        caf0f80f2332   3 minutes ago       317MB
webserver    v1        bfd6774cc216   About an hour ago   494MB

可以看到多阶段构建效果非常明显，最终的镜像只比源镜像大了1M。（源镜像204M）

3.使用最精简的基础镜像

我们想要再减小镜像的大小就只能更换基础镜像了。上github搜索谷歌的包distroless：
在这里插入图片描述

导入基础镜像
[root@server1 ~]# docker load -i base-debian11.tar

[root@server1 ~]# mkdir new
[root@server1 ~]# cd new/[root@server1 new]# vim Dockerfile
FROM nginx:latest as base

#https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tz_database_time_zones
ARG TIME_ZONE

RUN mkdir -p /opt/var/cache/nginx && \
    cp -a --parents /usr/lib/nginx /opt && \
    cp -a --parents /usr/share/nginx /opt && \
    cp -a --parents /var/log/nginx /opt && \
    cp -aL --parents /var/run /opt && \
    cp -a --parents /etc/nginx /opt && \
    cp -a --parents /etc/passwd /opt && \
    cp -a --parents /etc/group /opt && \
    cp -a --parents /usr/sbin/nginx /opt && \
    cp -a --parents /usr/sbin/nginx-debug /opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/ld-*/opt && \
    cp -a --parents /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libpcre*/opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/libz.so.*/opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/libc*/opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/libdl*/opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread*/opt && \
    cp -a --parents /lib/x86_64-linux-gnu/libcrypt*/opt && \
    cp -a --parents /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libssl.so.*/opt && \
    cp -a --parents /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libcrypto.so.*/opt && \
    cp /usr/share/zoneinfo/${TIME_ZONE:-ROC}/opt/etc/localtime

FROM gcr.io/distroless/base-debian11

COPY --from=base /opt /

EXPOSE 80443

ENTRYPOINT ["nginx","-g","daemon off;"][root@server1 new]# docker build -t webserver:v4 .[root@server1 new]# docker images  webserver
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED             SIZE
webserver    v4        c0c4e1d49f3d   4 seconds ago       34MB
webserver    v3        1ac964f2cefe   12 minutes ago      205MB
webserver    v2        caf0f80f2332   15 minutes ago      317MB
webserver    v1        bfd6774cc216   About an hour ago   494MB

在这里插入图片描述

[root@server1 new]# docker run -d --name web1 webserver:v4
[root@server1 new]# curl 172.17.0.2
在这里插入图片描述

标签： docker 容器运维

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