Docker鏡像的基本知識
1.1 什么是Docker鏡像
從整體的角度來講，一個完整的Docker鏡像可以支撐一個Docker容器的運行，在 Docker容器運行過程中主要提供文件系統(tǒng)視角。例如一個ubuntu:14.04的鏡像，提供了一個基本的ubuntu:14.04的發(fā)行版，當然此 鏡像是不包含操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核的。
說到此，可能就需要注意一下，linux內(nèi)核和ubuntu:14.04Docker鏡像的區(qū)別了。傳統(tǒng)虛擬機安裝ubuntu:14.04會包含兩部分，第一，某一個Linux內(nèi)核的發(fā)行版本，比如Linux 3.8版本的內(nèi)核；第二，第一個特定的Ubuntu發(fā)行版，這部分內(nèi)容不包含Linux內(nèi)核，但是包含Linux之外的軟件管理方式，軟件驅(qū)動，如 apt-get軟件管理包等。
理解以上內(nèi)容之后，就可以理解，為什么在一個Linux內(nèi)核版本為3.8的ubuntu:14.04基礎(chǔ)上，可以把Linux內(nèi)核版本升級到3.18，而ubuntu的版本依然是14.04。最主要的就是：Linux內(nèi)核版本與ubuntu操作系統(tǒng)發(fā)行版之間的區(qū)別。
Linux內(nèi)核＋ubuntu操作系統(tǒng)發(fā)行版，組成一臺工作的機器讓用戶體驗。那么靈活替換ubuntu操作系統(tǒng)發(fā)行版，那是不是也可以實現(xiàn)呢。那么Docker很方便的利用了這一點，技術(shù)手段就是Docker鏡像。
Docker的架構(gòu)中，Docker鏡像就是類似于“ubuntu操作系統(tǒng)發(fā)行版”，可 以在任何滿足要求的Linux內(nèi)核之上運行。簡單一點有“Debian操作系統(tǒng)發(fā)行版”Docker鏡像、“Ubuntu操作系統(tǒng)發(fā)行版”Docker鏡 像；如果在Debian鏡像中安裝MySQL 5.6，那我們可以將其命名為Mysql:5.6鏡像；如果在Debian鏡像中安裝有Golang 1.3,那我們可以將其命名為golang:1.3鏡像；以此類推，大家可以根據(jù)自己安裝的軟件，得到任何自己想要的鏡像。
那么鏡像最后的作用是什么呢？很好理解，回到Linux內(nèi)核上來運行，通過鏡像來運行時我們常常將提供的環(huán)境稱為容器。
以上內(nèi)容是從宏觀的角度看看Docker鏡像是什么，我們再從微觀的角度進一步深入 Docker鏡像。剛才提到了“Debian鏡像中安裝MySQL 5.6，就成了mysql:5.6鏡像”，其實在此時Docker鏡像的層級概念就體現(xiàn)出來了。底層一個Debian操作系統(tǒng)鏡像，上面疊加一個 mysql層，就完成了一個mysql鏡像的構(gòu)建。層級概念就不難理解，此時我們一般debian操作系統(tǒng)鏡像稱為mysql鏡像層的父鏡像。
層級管理的方式大大便捷了Docker鏡像的分發(fā)與存儲。說到分發(fā)，大家自然會聯(lián)想到 Docker鏡像的靈活性，傳輸?shù)谋憬菪?，以及高超的移植性。Docker Hub，作為全球的鏡像倉庫，作為Docker生態(tài)中的數(shù)據(jù)倉庫，將全世界的Docker數(shù)據(jù)匯聚在一起，是Docker生態(tài)的命脈。
Docker有兩方面的技術(shù)非常重要，第一是Linux 容器方面的技術(shù)，第二是Docker鏡像的技術(shù)。從技術(shù)本身來講，兩者的可復制性很強，不存在絕對的技術(shù)難點，然而Docker Hub由于存在大量的數(shù)據(jù)的原因，導致Docker Hub的可復制性幾乎不存在，這需要一個生態(tài)的營造。
1.2 Docker鏡像的內(nèi)容
大致介紹了Docker鏡像是什么，我們來看看Docker鏡像中有哪些內(nèi)容？
介紹之前，我先分享一下，我個人在接觸Docker的兩年時間中，對Docker鏡像內(nèi)容認識的變化。
第一階段：初步接觸Docker。相信很多愛好者都會和我一樣，有這樣一個認識：Docker 鏡像代表一個容器的文件系統(tǒng)內(nèi)容；
第二階段：初步接觸聯(lián)合文件系統(tǒng)。聯(lián)合文件系統(tǒng)的概念，讓我意識到鏡像層級管理的技術(shù)，每一層鏡像都是容器文件系統(tǒng)內(nèi)容的一部分。
第三階段：研究鏡像與容器的關(guān)系：容器是一個動態(tài)的環(huán)境，每一層鏡像中的文件屬于靜態(tài)內(nèi) 容，然而 Dockerfile 中的 ENV、VOLUME、CMD 等內(nèi)容最終都需要落實到容器的運行環(huán)境中，而這些內(nèi)容均不可能直接坐落到每一層鏡像所包含的文件系統(tǒng)內(nèi)容中，那此時每一個Docker鏡像還會包含 json文件記錄與容器之間的關(guān)系。
因此，Docker鏡像的內(nèi)容主要包含兩個部分：第一，鏡像層文件內(nèi)容；第二，鏡像json文件。
1.3 Docker鏡像存儲位置
既然是說鏡像存儲的位置，那么應該包含：鏡像層文件和鏡像json文件。如一個ubuntu:14.04鏡像，包含4個鏡像層，在aufs存儲驅(qū)動的情況下，在磁盤上的情況可以如以下圖所示：
1.3.1 查看鏡像層組成：
我們可以通過命令 docker history ubuntu:14.04 查看 ubuntu:14.04，結(jié)果如下：
1.3.2 鏡像層文件內(nèi)容存儲
Docker 鏡像層的內(nèi)容一般在 Docker 根目錄的 aufs 路徑下，為 /var/lib/docker/aufs/diff/，具體情況如下：
圖中顯示了鏡像 ubuntu:14.04 的 4 個鏡像層內(nèi)容，以及每個鏡像層內(nèi)的一級目錄情況。需要額外注意的是：鏡像層 d2a0ecffe6fa 中沒有任何內(nèi)容，也就是所謂的空鏡像。
1.3.3 鏡像 json 文件存儲
對于每一個鏡像層，Docker 都會保存一份相應的 json 文件，json 文件的存儲路徑為 /var/lib/docker/graph，ubuntu:14.04 所有鏡像層的 json 文件存儲路徑展示如下：
除了 json 文件，大家還看到每一個鏡像層還包含一個 layersize 文件，該文件主要記錄鏡像層內(nèi)部文件內(nèi)容的總大小。既然談到了鏡像 json 文件，為了給下文鋪墊，以下貼出 ubuntu:14.04 中空鏡像層 d2a0ecffe6fa 的 json 文件：
Docker鏡像存儲，就和大家一起先看到這。同時介紹Docker鏡像的基本知識也告一段落。以下我們進入此次分享的第二部分。
第二部分 Dockerfile、Docker鏡像和Docker容器的關(guān)系
Dockerfile 是軟件的原材料，Docker 鏡像是軟件的交付品，而 Docker 容器則可以認為是軟件的運行態(tài)。從應用軟件的角度來看，Dockerfile、Docker 鏡像與 Docker 容器分別代表軟件的三個不同階段，Dockerfile 面向開發(fā)，Docker 鏡像成為交付標準，Docker 容器則涉及部署與運維，三者缺一不可，合力充當 Docker 體系的基石。
簡單來講，Dockerfile構(gòu)建出Docker鏡像，通過Docker鏡像運行Docker容器。
我們可以從Docker容器的角度，來反推三者的關(guān)系。首先可以來看下圖：
我們假設(shè)這個容器的鏡像通過以下Dockerfile構(gòu)建而得：
FROM ubuntu:14.04
ADD run.sh /
VOLUME /data
CMD ["./run.sh"]
2.1 Dockerfile與Docker鏡像
首先，我們結(jié)合上圖來看看Dockerfile與Docker鏡像之間的關(guān)系。
FROM ubuntu:14.04：設(shè)置基礎(chǔ)鏡像，此時會使用基礎(chǔ)鏡像 ubuntu:14.04 的所有鏡像層，為簡單起見，圖中將其作為一個整體展示。
ADD run.sh /：將 Dockerfile 所在目錄的文件 run.sh 加至鏡像的根目錄，此時新一層的鏡像只有一項內(nèi)容，即根目錄下的 run.sh。
VOLUME /data：設(shè)定鏡像的 VOLUME，此 VOLUME 在容器內(nèi)部的路徑為 /data。需要注意的是，此時并未在新一層的鏡像中添加任何文件，即構(gòu)建出的磁層鏡像中文件為空，但更新了鏡像的 json 文件，以便通過此鏡像啟動容器時獲取這方面的信息。
CMD ["./run.sh"]：設(shè)置鏡像的默認執(zhí)行入口，此命令同樣不會在新建鏡像中添加任何文件，僅僅在上一層鏡像 json 文件的基礎(chǔ)上更新新建鏡像的 json 文件。
因此，通過以上分析，以上的Dockerfile可以構(gòu)建出一個新的鏡像，包含4個鏡像層，每一條命令會和一個鏡像層對應，鏡像之間會存在父子關(guān)系。圖中很清楚的表明了這些關(guān)系。
2.2 Docker鏡像與Docker容器的關(guān)系
Docker鏡像是Docker容器運行的基礎(chǔ)，沒有Docker鏡像，就不可能有Docker容器，這也是Docker的設(shè)計原則之一。
可以理解的是：Docker鏡像畢竟是鏡像，屬于靜態(tài)的內(nèi)容；而Docker容器就不一樣了，容器屬于動態(tài)的內(nèi)容。動態(tài)的內(nèi)容，大家很容易聯(lián)想到進程，內(nèi)存，CPU等之類的東西。的確，Docker容器作為動態(tài)的內(nèi)容，都會包含這些。
為了便于理解，大家可以把Docker容器，理解為一個或多個運行進程，而這些運行進程將占有相應的內(nèi)存，相應的CPU計算資源，相應的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相應的文件系統(tǒng)資源。而Docker容器所占用的文件系統(tǒng)資源，則通過Docker鏡像的鏡像層文件來提供。
那么作為靜態(tài)的鏡像，如何才有能力轉(zhuǎn)化為一個動態(tài)的Docker容器呢？此時，我們可以想象：第一，轉(zhuǎn)化的依據(jù)是什么；第二，由誰來執(zhí)行這個轉(zhuǎn)化操作。
其實，轉(zhuǎn)化的依據(jù)是每個鏡像的json文件，Docker可以通過解析Docker鏡像的json的文件，獲知應該在這個鏡像之上運行什么樣的進程，應該為進程配置怎么樣的環(huán)境變量，此時也就實現(xiàn)了靜態(tài)向動態(tài)的轉(zhuǎn)變。
誰來執(zhí)行這個轉(zhuǎn)化工作？答案是Docker守護進程。也許大家早就理解這樣一句 話：Docker容器實質(zhì)上就是一個或者多個進程，而容器的父進程就是Docker守護進程。這樣的，轉(zhuǎn)化工作的執(zhí)行就不難理解了：Docker守護進程 手握Docker鏡像的json文件，為容器配置相應的環(huán)境，并真正運行Docker鏡像所指定的進程，完成Docker容器的真正創(chuàng)建。
Docker容器運行起來之后，Docker鏡像json文件就失去作用了。此時Docker鏡像的絕大部分作用就是：為Docker容器提供一個文件系統(tǒng)的視角，供容器內(nèi)部的進程訪問文件資源。
再次回到上圖，我們再來看看容器和鏡像之間的一些特殊關(guān)系。首先，之前已經(jīng)提及Docker鏡像是分層管理的，管理Docker容器的時候，Docker鏡像仍然是分層管理的。由于此時動態(tài)的容器中已經(jīng)存在進程，進程就會對文件系統(tǒng)視角內(nèi)的文件進行讀寫操作，因此，就會涉及一個問題：容器是否會篡改Docker鏡像的內(nèi)容？
答案自然是不會的。統(tǒng)一來講，正如上圖，所有的Docker鏡像層對于容器來說，都是只讀的，容器對于文件的寫操作絕對不會作用在鏡像中。
既然如此，實現(xiàn)的原理就很重要，究其根本：Docker守護進程會在Docker鏡像的 最上層之上，再添加一個可讀寫層，容器所有的寫操作都會作用到這一層中。而如果Docker容器需要寫底層Docker鏡像中的文件，那么此時就會涉及一 個叫Copy－on－Write的機制，即aufs等聯(lián)合文件系統(tǒng)保證：首先將此文件從Docker鏡像層中拷貝至最上層的可讀寫層，然后容器進程再對讀 寫層中的副本進行寫操縱。對于容器進程來講，它只能看到最上層的文件。
那最后我們再來說說：Docker容器的文件系統(tǒng)視角中，到底是不是存在一些內(nèi)容，不是存儲于Docker鏡像中的？
這次的答案依舊是肯定的。
再次重申一點，Docker鏡像中存儲的都是一些靜態(tài)文件。這些文件原則上應該和容器具體信息以及主機信息完全解藕。那么Docker容器中不存在Docker鏡像中的內(nèi)容主要有以下幾點：
1. /proc以及/sys等虛擬文件系統(tǒng)的內(nèi)容
2. 容器的hosts文件，hostname文件以及resolv.conf文件，這些事具體環(huán)境的信息，原則上的確不應該被打入鏡像。
3. 容器的Volume路徑，這部分的視角來源于從宿主機上掛載到容器內(nèi)部的路徑
4. 部分的設(shè)備文件
Docker中容器的備份、恢復和遷移
1. 備份容器
首先，為了備份Docker中的容器，我們會想看看我們想要備份的容器列表。要達成該目的，我們需要在我們運行著Docker引擎，并已創(chuàng)建了容器的Linux機器中運行 docker ps 命令。
# docker ps
在此之后，我們要選擇我們想要備份的容器，然后去創(chuàng)建該容器的快照。我們可以使用 docker commit 命令來創(chuàng)建快照。
# docker commit -p 30b8f18f20b4 container-backup
該命令會生成一個作為Docker鏡像的容器快照，我們可以通過運行 docker images 命令來查看Docker鏡像，如下。
# docker images
正如我們所看見的，上面做的快照已經(jīng)作為Docker鏡像保存了?，F(xiàn)在，為了備份該快照，我們有兩個選擇，一個是我們可以登錄進Docker注冊中心，并推送該鏡像；另一個是我們可以將Docker鏡像打包成tar包備份，以供今后使用。
如果我們想要在Docker注冊中心上傳或備份鏡像，我們只需要運行 docker login 命令來登錄進Docker注冊中心，然后推送所需的鏡像即可。
# docker login
# docker tag a25ddfec4d2a arunpyasi/container-backup:test
# docker push arunpyasi/container-backup
如果我們不想備份到docker注冊中心，而是想要將此鏡像保存在本地機器中，以供日后使用，那么我們可以將其作為tar包備份。要完成該操作，我們需要運行以下 docker save 命令。
# docker save -o ~/container-backup.tar container-backup
要驗證tar包是否已經(jīng)生成，我們只需要在保存tar包的目錄中運行 ls 命令即可。
2. 恢復容器
接下來，在我們成功備份了我們的Docker容器后，我們現(xiàn)在來恢復這些制作了Docker鏡像快照的容器。如果我們已經(jīng)在注冊中心推送了這些Docker鏡像，那么我們僅僅需要把那個Docker鏡像拖回并直接運行即可。
# docker pull arunpyasi/container-backup:test
但是，如果我們將這些Docker鏡像作為tar包文件備份到了本地，那么我們只要使用 docker load 命令，后面加上tar包的備份路徑，就可以加載該Docker鏡像了。
# docker load -i ~/container-backup.tar
現(xiàn)在，為了確保這些Docker鏡像已經(jīng)加載成功，我們來運行 docker images 命令。
# docker images
在鏡像被加載后，我們將用加載的鏡像去運行Docker容器。
# docker run -d -p 80:80 container-backup
3. 遷移Docker容器
遷移容器同時涉及到了上面兩個操作，備份和恢復。我們可以將任何一個Docker容器從一臺機器遷移到另一臺機器。在遷移過程中，首先我們將把容器備份為Docker鏡像快照。然后，該Docker鏡像或者是被推送到了Docker注冊中心，或者被作為tar包文件保存到了本地。如果我們將鏡像推送到了Docker注冊中心，我們簡單地從任何我們想要的機器上使用 docker run 命令來恢復并運行該容器。但是，如果我們將鏡像打包成tar包備份到了本地，我們只需要拷貝或移動該鏡像到我們想要的機器上，加載該鏡像并運行需要的容器即可。
尾聲
最后，我們已經(jīng)學習了如何快速地備份、恢復和遷移Docker容器，本教程適用于各個可以成功運行Docker的操作系統(tǒng)平臺。真的，Docker是一個相當簡單易用，然而功能卻十分強大的工具。它的命令相當易記，這些命令都非常短，帶有許多簡單而強大的標記和參數(shù)。上面的方法讓我們備份容器時很是安逸，使得我們可以在日后很輕松地恢復它們。這會幫助我們恢復我們的容器和鏡像，即便主機系統(tǒng)崩潰，甚至意外地被清除。如果你還有很多問題、建議、反饋，請在下面的評論框中寫出來吧，可以幫助我們改進或更新我們的內(nèi)容。謝謝大家！享受吧 :-)
