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Docker基础四（镜像存储机制）

2020-08-24 22:01:01 作者：互联网

本章节是对上章节Docker镜像原理理解的巩固,从Linux系统运行基础到OverlayFS存储机制去了解与分析;在底层,镜像是怎样实现存储的;并且会详细说明存储文件的作用。

一、Linux 系统运行基础
Linux 系统正常运行, 通常需要两个文件系统:

1、boot file system (bootfs)
　　1、包含 Boot Loader与Kernel文件,用户不能修改这些文件。并且在系统启动过程完成之后, 整个系统的内核都会被加载进内存。此时bootfs会被卸载, 从而释放出所占用的系统内存。

　　2、在容器中可以运行不同版本的Linux, 说明对于同样内核版本的不同的 Linux 发行版的 bootfs 都是一致的, 否则会无法启动。因此可以推断, Docker运行是需要内核支持的。

　　3、Linux系统中典型的bootfs目录: (核心) /boot/vmlinuz、(核心解压缩所需 RAM Disk) /boot/initramfs

2、root file system (rootfs)
　　1、不同的Linux发行版本, bootfs相同, rootfs不同(二进制文件)。

　　2、每个容器有自己的 rootfs, 它来自不同的 Linux 发行版的基础镜像,包括 Ubuntu， Debian 和 SUSE 等。

　　3、使用不同的rootfs 就决定了, 在构建镜像的过程中, 可以使用哪些系统的命令。 4) 典型的rootfs 目录: /dev、/proc、/bin、/etc、 /lib、/usr

2、OverlayFS 存储原理

OverlayFS 结构分为三个层: LowerDir、Upperdir、MergedDir

1、LowerDir (只读)

　　只读的 image layer，其实就是 rootfs, 在使用 Dockfile 构建镜像的时候, Image Layer

　　可以分很多层,所以对应的 lowerdir 会很多(源镜像)。

2、Upperdir (读写)

　　upperdir 则是在 lowerdir 之上的一层, 为读写层。容器在启动的时候会创建, 所有对容器的修改, 都是在这层。比如容器启动写入的日志文件，或者是应用程序写入的临时文件。

3、MergedDir (展示)
　　merged 目录是容器的挂载点,在用户视角能够看到的所有文件，都是从这层展示的。

　　LowerDir、Upperdir、MergedDir 关系图:

3、分析镜像存储结构

1、获取镜像存储路径

　　通过镜像信息获取到物理存储位置

[root@master jdk]# docker image inspect jre8:1.0        
.......
        "GraphDriver": {
            "Data": {
                "LowerDir": "/data/docker/overlay2/0dabd34b699bd07a6fedc787305c029837a509ba325dc19c913a83c1cdb42a3b/diff:/data/docker/overlay2/f0d9e8983ce0eb5189d1343a750ead40fff0b8bf2e7366a288746addca5e64f3/diff:/data/docker/overlay2/203eca2fa309cfded560ddbacaea64e1fe5644a74f8c682cdb94961b7f93f99a/diff:/data/docker/overlay2/cd72a119f6ac0b9796511e54070635c2f6250987163e851005079c310e020b80/diff:/data/docker/overlay2/7468ae5cef2f56d4db4a92d71b979bc2af007af9b5e4f6b3a635db1702a9d429/diff",
                "MergedDir": "/data/docker/overlay2/871f67b56f58f71f9774021c44b1ff35e7ef492dabb0dcf9a515353b085bf3f5/merged",
                "UpperDir": "/data/docker/overlay2/871f67b56f58f71f9774021c44b1ff35e7ef492dabb0dcf9a515353b085bf3f5/diff",
                "WorkDir": "/data/docker/overlay2/871f67b56f58f71f9774021c44b1ff35e7ef492dabb0dcf9a515353b085bf3f5/work"
            },
            "Name": "overlay2"
        },......

2、分析Lower层

　　LowerDir 层的存储是不允许创建文件, 此时的LowerDir实际上是其他的镜像的UpperDir层，也就是说在构建镜像的时候, 如果发现构建的内容相同, 那么不会重复的构建目录，而是使用其他镜像的Upper 层来作为本镜像的Lower

[root@master jdk]# touch  /data/docker/overlay2/0dabd34b699bd07a6fedc787305c029837a509ba325dc19c913a83c1cdb42a3b/diff/lower.txt

3、分析Upper层

[root@master jdk]# touch  /data/docker/overlay2/871f67b56f58f71f9774021c44b1ff35e7ef492dabb0dcf9a515353b085bf3f5/diff/upper.txt

4、分析Merged层

　　属于对外展示层，只能在运行中的容器查看，镜像是查看不了的

4、运行中容器的存储结构

1、前台启动，直接进入到容器

[root@master lihanghang]# docker run -it jre8:1.0 bash  # 重新ssh 开个窗口
bash-4.3#

2、查看容器挂在信息

　　容器启动以后，挂载merged、lowerdir、upperdir以及workdir目录

　　lowerdir是只读的image layer，其实就是rootfs

[root@master jdk]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                     COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                  NAMES
6816ade398c3        repo.abc.com/nginx:v1.0   "/docker-entrypoint.…"   4 hours ago         Up 4 hours          0.0.0.0:9091->80/tcp   condescending_shaw

　3、查看容器存储目录信息

#注意在所有的启动容器中会自动添加init目录, 此目录是存放系统的hostname与域名解析文件。

[root@master jdk]# docker inspect 6816ade398c3 
"Data": {
                "LowerDir": "/data/docker/overlay2/768c9e3cbf17b6dd61a47fa5ae935c5c7bc6adfc2a5c0ea79b38a9a3443ac929-init/diff:/data/docker/overlay2/696103a495dc761560c3ec0de8414619b559c483c5e6e66ec01fc2c5e6af12e1/diff:/data/docker/overlay2/b8e2bc89bb28f516fea555be11d33bf14334008be9c1e547e81088a54112510a/diff:/data/docker/overlay2/e2abf1e74fb5ee048de2066f1c2ee2e3750302cbbfbbd36bd9eff4d8872ec572/diff:/data/docker/overlay2/75c9819b8bf9e1de7b7471ee96632c3e20f82d1a88d5a58555a0b46f4ce952d8/diff:/data/docker/overlay2/0c809e2915134cf1ac493c5d5a814320923982d2384c1de0484d2c8bd5d9ad05/diff",
                "MergedDir": "/data/docker/overlay2/768c9e3cbf17b6dd61a47fa5ae935c5c7bc6adfc2a5c0ea79b38a9a3443ac929/merged",
                "UpperDir": "/data/docker/overlay2/768c9e3cbf17b6dd61a47fa5ae935c5c7bc6adfc2a5c0ea79b38a9a3443ac929/diff",
                "WorkDir": "/data/docker/overlay2/768c9e3cbf17b6dd61a47fa5ae935c5c7bc6adfc2a5c0ea79b38a9a3443ac929/work"
            },

5、容器文件存储解析

1、容器运行时的UpperDir目录结构

# 本地窗口
[root@master jdk]# touch /data/docker/overlay2/d6e4e36c309de456d6025d56144feaf4097c9d133b7cda4a20baa8526ebe671a/diff/upper.txt
[root@master jdk]# echo 11111 > /data/docker/overlay2/d6e4e36c309de456d6025d56144feaf4097c9d133b7cda4a20baa8526ebe671a/diff/upper.txt
# 容器里面
bash-4.3# ls /
bin        etc        lib        media      opt        root       sbin       sys        upper.txt  var
dev        home       lib64      mnt        proc       run        srv        tmp        usr
bash-4.3# cat /upper.txt
11111

2、Work 目录

work目录用于联合挂载指定的工作目录,在overlay 把文件挂载到 upperdir后, work内容会

被清空,且在使用过程中(为空)其内容用户不可见。

3、用户视角层Merged

#最后给用户展示的层,一般看到为一个完整的操作系统文件系统结构

[root@master jdk]# ll /data/docker/overlay2/d6e4e36c309de456d6025d56144feaf4097c9d133b7cda4a20baa8526ebe671a/merged
bin  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  upper.txt  usr  var

4、Lower 层

#Lower 包括两个层:a. 系统的init。b.容器的镜像层

Lower 记录父层的链接名称
[root@node-2 ~]# cat /var/lib/docker/overlay2/d4dc057329ecbf5a2f97293b6d49078e9cce6869a9f049ba5bc365f6fba424d2/lower
l/QCXVWDWYPFM5NRVMB2ZC2BE5WU:l/PUSOZBTJKJ2OBNKK2UQDNQLHCU
init 层 / 容器镜像层

1、查看init层地址指向

　　容器在启动的过程中, Lower 会自动挂载init的一些文件

[root@master jdk]# ls  /data/docker/overlay2/d6e4e36c309de456d6025d56144feaf4097c9d133b7cda4a20baa8526ebe671a-init/diff/etc
hostname  hosts  mtab  resolv.conf

　2、init层主要内容是什么?

　　init层是以一个uuid+-init结尾表示，放在只读层(Lower)和读写层(upperdir)之间,

　　作用只是存放/etc/hosts、/etc/resolv.conf 等文件。

3、为什么需要init层?

　　1、容器在启动以后, 默认情况下lower层是不能够修改内容的, 但是用户有需求需要修改主机名与域名地址, 那么就需要添加init层中的文件(hostname, resolv.conf), 用于解决此类问题.
　　2、修改的内容只对当前的容器生效, 而在docker commit提交为镜像时候,并不会将init层提交。

　　3、init 文件存放的目录为/var/lib/docker/overlay2/<init_id>/diff

4、查看init层文件

　　hostname与resolv.conf 全部为空文件, 在系统启动以后由系统写入。注：不能在打镜像的时候copy进去，copy进去用这个镜像启动时，启动起来以后文件也是空的。

[root@master jdk]# ll  /data/docker/overlay2/d6e4e36c309de456d6025d56144feaf4097c9d133b7cda4a20baa8526ebe671a-init/diff/etc
总用量 0
-rwxr-xr-x. 1 root root  0 8月  24 00:03 hostname
-rwxr-xr-x. 1 root root  0 8月  24 00:03 hosts
lrwxrwxrwx. 1 root root 12 8月  24 00:03 mtab -> /proc/mounts
-rwxr-xr-x. 1 root root  0 8月  24 00:03 resolv.conf

总结

1、镜像所挂载的目录层为 Lower 层，然后通过 Merged 展示所有的文件目录与文件。用户写入的所有文件都是在 UpperDir 目录,并且会在 UpperDir 建立于 Merged 层展示的文件目录结构, 所以用户就可以看到写入的文件。并且底层的镜像是不能被修改(如果挂载目录为 UpperDir,则可以修改源镜像)。
2、在下次重新启动已经停止的容器的时候, 如果容器的 ID 没有发生改变，那么所写入的文件是存在物理系统中的; 反之就会是一个新的容器，之前手工创建的文件是不存在的。

　　 3、基于容器创建的镜像，就相当于容器的快照, 可以删除原来的容器, 但是不能删除原来的镜像

　　 4、基于镜像创建的镜像，原来的镜像就是新镜像的 low 层 (build), tag 则是没有区别

　　 5、容器启动以后，镜像就存在于容器的low 层，所有的写入都是在upper

标签：docker,存储,root,diff,镜像,overlay2,data,Docker
来源： https://www.cnblogs.com/lhanghang/p/13556629.html