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03 镜像使用：Docker 环境下如何配置你的镜像？

今天我将围绕 Docker 核心概念镜像展开，首先重点讲解一下镜像的基本操作，然后介绍一下镜像的实现原理。首先说明，咱们本课时的镜像均指 Docker 镜像。

你是否还记得镜像是什么？我们先回顾一下。

镜像是一个只读的 Docker 容器模板，包含启动容器所需要的所有文件系统结构和内容。简单来讲，镜像是一个特殊的文件系统，它提供了容器运行时所需的程序、软件库、资源、配置等静态数据。即镜像不包含任何动态数据，镜像内容在构建后不会被改变。

然后我们来看下如何操作镜像。

镜像操作

Lark20200904-175130.png

图 1 镜像操作

从图中可知，镜像的操作可分为：

  • 拉取镜像，使用docker pull命令拉取远程仓库的镜像到本地 ；
  • 重命名镜像，使用docker tag命令“重命名”镜像 ；
  • 查看镜像，使用docker image ls或docker images命令查看本地已经存在的镜像 ；
  • 删除镜像，使用docker rmi命令删除无用镜像 ；
  • 构建镜像，构建镜像有两种方式。第一种方式是使用docker build命令基于 Dockerfile 构建镜像，也是我比较推荐的镜像构建方式；第二种方式是使用docker commit命令基于已经运行的容器提交为镜像。

下面，我们逐一详细介绍。

拉取镜像

Docker 镜像的拉取使用docker pull命令， 命令格式一般为 docker pull [Registry]/[Repository]/[Image]:[Tag]。

  • Registry 为注册服务器，Docker 默认会从 docker.io 拉取镜像，如果你有自己的镜像仓库，可以把 Registry 替换为自己的注册服务器。
  • Repository 为镜像仓库，通常把一组相关联的镜像归为一个镜像仓库，library为 Docker 默认的镜像仓库。
  • Image 为镜像名称。
  • Tag 为镜像的标签，如果你不指定拉取镜像的标签，默认为latest。

例如，我们需要获取一个 busybox 镜像，可以执行以下命令：

busybox 是一个集成了数百个 Linux 命令（例如 curl、grep、mount、telnet 等）的精简工具箱，只有几兆大小，被誉为 Linux 系统的瑞士军刀。我经常会使用 busybox 做调试来查找生产环境中遇到的问题。

$ docker pull busybox
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/busybox
61c5ed1cbdf8: Pull complete
Digest: sha256:4f47c01fa91355af2865ac10fef5bf6ec9c7f42ad2321377c21e844427972977
Status: Downloaded newer image for busybox:latest
docker.io/library/busybox:latest

实际上执行docker pull busybox命令，都是先从本地搜索，如果本地搜索不到busybox镜像则从 Docker Hub 下载镜像。

拉取完镜像，如果你想查看镜像，应该怎么操作呢？

查看镜像

Docker 镜像查看使用docker images或者docker image ls命令。

下面我们使用docker images命令列出本地所有的镜像。

$ docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nginx               latest              4bb46517cac3        9 days ago          133MB
nginx               1.15                53f3fd8007f7        15 months ago       109MB
busybox             latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB

如果我们想要查询指定的镜像，可以使用docker image ls命令来查询。

$ docker image ls busybox
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
busybox             latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB

当然你也可以使用docker images命令列出所有镜像，然后使用grep命令进行过滤。使用方法如下：

$ docker images |grep busybox
busybox             latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB

“重命名”镜像

如果你想要自定义镜像名称或者推送镜像到其他镜像仓库，你可以使用docker tag命令将镜像重命名。docker tag的命令格式为 docker tag [SOURCE_IMAGE][:TAG] [TARGET_IMAGE][:TAG]。

下面我们通过实例演示一下：

$ docker tag busybox:latest mybusybox:latest

执行完docker tag命令后，可以使用查询镜像命令查看一下镜像列表：

docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
busybox             latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB
mybusybox           latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB

可以看到，镜像列表中多了一个mybusybox的镜像。但细心的同学可能已经发现，busybox和mybusybox这两个镜像的 IMAGE ID 是完全一样的。为什么呢？实际上它们指向了同一个镜像文件，只是别名不同而已。 如果我不需要mybusybox镜像了，想删除它，应该怎么操作呢？

删除镜像

你可以使用docker rmi或者docker image rm命令删除镜像。

举例：你可以使用以下命令删除mybusybox镜像。

$ docker rmi mybusybox
Untagged: mybusybox:latest

此时，再次使用docker images命令查看一下我们机器上的镜像列表。

$ docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
busybox             latest              018c9d7b792b        3 weeks ago         1.22MB

通过上面的输出，我们可以看到，mybusybox镜像已经被删除。 如果你想构建属于自己的镜像，应该怎么做呢？

构建镜像

构建镜像主要有两种方式：

  1. 使用docker commit命令从运行中的容器提交为镜像；
  2. 使用docker build命令从 Dockerfile 构建镜像。

首先介绍下如何从运行中的容器提交为镜像。我依旧使用 busybox 镜像举例，使用以下命令创建一个名为 busybox 的容器并进入 busybox 容器。

$ docker run --rm --name=busybox -it busybox sh
/ #

执行完上面的命令后，当前窗口会启动一个 busybox 容器并且进入容器中。在容器中，执行以下命令创建一个文件并写入内容：

/ # touch hello.txt && echo "I love Docker. " > hello.txt
/ #

此时在容器的根目录下，已经创建了一个 hello.txt 文件，并写入了 “I love Docker. “。下面，我们新打开另一个命令行窗口，运行以下命令提交镜像：

$ docker commit busybox busybox:hello
sha256:cbc6406aaef080d1dd3087d4ea1e6c6c9915ee0ee0f5dd9e0a90b03e2215e81c

然后使用上面讲到的docker image ls命令查看镜像：

$ docker image ls busybox
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
busybox             hello               cbc6406aaef0        2 minutes ago       1.22MB
busybox             latest              018c9d7b792b        4 weeks ago         1.22MB

此时我们可以看到主机上新生成了 busybox:hello 这个镜像。

第二种方式是最重要也是最常用的镜像构建方式：Dockerfile。Dockerfile 是一个包含了用户所有构建命令的文本。通过docker build命令可以从 Dockerfile 生成镜像。

使用 Dockerfile 构建镜像具有以下特性：

  • Dockerfile 的每一行命令都会生成一个独立的镜像层，并且拥有唯一的 ID；
  • Dockerfile 的命令是完全透明的，通过查看 Dockerfile 的内容，就可以知道镜像是如何一步步构建的；
  • Dockerfile 是纯文本的，方便跟随代码一起存放在代码仓库并做版本管理。

看到使用 Dockerfile 的方式构建镜像有这么多好的特性，你是不是已经迫不及待想知道如何使用了。别着急，我们先学习下 Dockerfile 常用的指令。

Dockerfile 指令 指令简介
FROM Dockerfile 除了注释第一行必须是 FROM ，FROM 后面跟镜像名称，代表我们要基于哪个基础镜像构建我们的容器。
RUN RUN 后面跟一个具体的命令，类似于 Linux 命令行执行命令。
ADD 拷贝本机文件或者远程文件到镜像内
COPY 拷贝本机文件到镜像内
USER 指定容器启动的用户
ENTRYPOINT 容器的启动命令
CMD CMD 为 ENTRYPOINT 指令提供默认参数，也可以单独使用 CMD 指定容器启动参数
ENV 指定容器运行时的环境变量，格式为 key=value
ARG 定义外部变量，构建镜像时可以使用 build-arg = 的格式传递参数用于构建
EXPOSE 指定容器监听的端口，格式为 [port]/tcp 或者 [port]/udp
WORKDIR 为 Dockerfile 中跟在其后的所有 RUN、CMD、ENTRYPOINT、COPY 和 ADD 命令设置工作目录。

看了这么多指令，感觉有点懵？别担心，我通过一个实例让你来熟悉它们。这是一个 Dockerfile：

FROM centos:7
COPY nginx.repo /etc/yum.repos.d/nginx.repo
RUN yum install -y nginx
EXPOSE 80
ENV HOST=mynginx
CMD ["nginx","-g","daemon off;"]

好，我来逐行分析一下上述的 Dockerfile。

  • 第一行表示我要基于 centos:7 这个镜像来构建自定义镜像。这里需要注意，每个 Dockerfile 的第一行除了注释都必须以 FROM 开头。
  • 第二行表示拷贝本地文件 nginx.repo 文件到容器内的 /etc/yum.repos.d 目录下。这里拷贝 nginx.repo 文件是为了添加 nginx 的安装源。
  • 第三行表示在容器内运行yum install -y nginx命令，安装 nginx 服务到容器内，执行完第三行命令，容器内的 nginx 已经安装完成。
  • 第四行声明容器内业务（nginx）使用 80 端口对外提供服务。
  • 第五行定义容器启动时的环境变量 HOST=mynginx，容器启动后可以获取到环境变量 HOST 的值为 mynginx。
  • 第六行定义容器的启动命令，命令格式为 json 数组。这里设置了容器的启动命令为 nginx ，并且添加了 nginx 的启动参数 -g ‘daemon off;’ ，使得 nginx 以前台的方式启动。

上面这个 Dockerfile 的例子基本涵盖了常用的镜像构建指令，代码我已经放在 GitHub上，如果你感兴趣可以到 GitHub 下载源码并尝试构建这个镜像。

学习了镜像的各种操作，下面我们深入了解一下镜像的实现原理。

镜像的实现原理

其实 Docker 镜像是由一系列镜像层（layer）组成的，每一层代表了镜像构建过程中的一次提交。下面以一个镜像构建的 Dockerfile 来说明镜像是如何分层的。

FROM busybox
COPY test /tmp/test
RUN mkdir /tmp/testdir

上面的 Dockerfile 由三步组成：

第一行基于 busybox 创建一个镜像层；

第二行拷贝本机 test 文件到镜像内；

第三行在 /test 文件夹下创建一个目录 testdir。

为了验证镜像的存储结构，我们使用docker build命令在上面 Dockerfile 所在目录构建一个镜像：

$ docker build -t mybusybox .

这里我的 Docker 使用的是 overlay2 文件驱动，进入到/var/lib/docker/overlay2目录下使用tree .命令查看产生的镜像文件：

$ tree .
# 以下为 tree . 命令输出内容
|-- 3e89b959f921227acab94f5ab4524252ae0a829ff8a3687178e3aca56d605679
|   |-- diff  # 这一层为基础层，对应上述 Dockerfile 第一行，包含 busybox 镜像所有文件内容，例如 /etc,/bin,/var 等目录
... 此次省略部分原始镜像文件内容
|   `-- link 
|-- 6591d4e47eb2488e6297a0a07a2439f550cdb22845b6d2ddb1be2466ae7a9391
|   |-- diff   # 这一层对应上述 Dockerfile 第二行，拷贝 test 文件到 /tmp 文件夹下，因此 diff 文件夹下有了 /tmp/test 文件
|   |   `-- tmp
|   |       `-- test
|   |-- link
|   |-- lower
|   `-- work
|-- backingFsBlockDev
|-- bec6a018080f7b808565728dee8447b9e86b3093b16ad5e6a1ac3976528a8bb1
|   |-- diff  # 这一层对应上述 Dockerfile 第三行，在 /tmp 文件夹下创建 testdir 文件夹，因此 diff 文件夹下有了 /tmp/testdir 文件夹
|   |   `-- tmp
|   |       `-- testdir
|   |-- link
|   |-- lower
|   `-- work
...

通过上面的目录结构可以看到，Dockerfile 的每一行命令，都生成了一个镜像层，每一层的 diff 夹下只存放了增量数据，如图 2 所示。

Lark20200904-175137.png

图 2 镜像文件系统

分层的结构使得 Docker 镜像非常轻量，每一层根据镜像的内容都有一个唯一的 ID 值，当不同的镜像之间有相同的镜像层时，便可以实现不同的镜像之间共享镜像层的效果。

总结一下， Docker 镜像是静态的分层管理的文件组合，镜像底层的实现依赖于联合文件系统（UnionFS）。充分掌握镜像的原理，可以帮助我们在生产实践中构建出最优的镜像，同时也可以帮助我们更好地理解容器和镜像的关系。

总结

到此，相信你已经对 Docker 镜像这一核心概念有了较深的了解，并熟悉了 Docker 镜像的常用操作（拉取、查看、“重命名”、删除和构建自定义镜像）及底层实现原理。

本课时内容精华，我帮你总结如下：

镜像操作命令：

  1. 拉取镜像，使用 docker pull 命令拉取远程仓库的镜像到本地 ；
  2. 重命名镜像，使用 docker tag 命令“重命名”镜像 ；
  3. 查看镜像，使用 docker image ls 或 docker images 命令查看本地已经存在的镜像；
  4. 删除镜像，使用 docker rmi 命令删除无用镜像 ；
  5. 构建镜像，构建镜像有两种方式。第一种方式是使用 docker build 命令基于 Dockerfile 构建镜像，也是我比较推荐的镜像构建方式；第二种方式是使用 docker commit 命令基于已经运行的容器提交为镜像。

镜像的实现原理： 镜像是由一系列的镜像层（layer ）组成，每一层代表了镜像构建过程中的一次提交，当我们需要修改镜像内的某个文件时，只需要在当前镜像层的基础上新建一个镜像层，并且只存放修改过的文件内容。分层结构使得镜像间共享镜像层变得非常简单和方便。

最后试想下，如果有一天我们机器存储空间不足，那你知道使用什么命令可以清理本地无用的镜像和容器文件吗？思考后，可以把你的想法写在留言区。

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