Docker镜像分层

创建测试镜像

我们创建一个最简单的镜像：

1.构建测试镜像v1.0：docker build -t image_test:1.0 .

FROM alpine:3.15.0 #除了继承基础镜像，啥也不做

2.构建测试镜像v2.0：docker build -t image_test:2.0 .

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file1

3.构建测试镜像v3.0：docker build -t image_test:3.0 .

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file1
RUN dd if=/dev/zero of=file2 bs=10M count=1 #添加一个10M的文件file2

这样本地就构建了3个测试镜像：

查看镜像

我们有2种方法查看镜像：

1. 使用docker inspect：获取镜像的元数据
2. 使用docker history：查看镜像的构建历史 使用docker inspect

使用docker inspect

查看镜像的元数据。
其中Parent可以看到父镜像， Layers这一项下面可以看到镜像的所有层。

使用docker history

使用docker history可以看到镜像的构建历史。
我们每一行列出了镜像包含的层。

使用docker history我们看到有一行很特别，就是镜像ID为的行，这一行是什么呢？
看了 官方文档 的描述，我们知道这些构建步骤要么是构建在另一个系统，要么是镜像的部分是从DockerHub上拉取下来的，要么是使用的是另一种构建工具BuildKit构建的。
很显然，我们这里就是第二种情况，因为我们的Dockerfile中第一句指令就是FROM alpine:3.15.0.

镜像分层图

根据上面的docker history命令，我们可以轻松的画出三个镜像的分层图：

从上面的图可以看到，我们的镜像是分层的，我们的Dockerfile中新增一条指令，就会新增一层！
如果我们将多个命令合成一个，那么也只会生成一层。修改一下上面的image_test:3.0，把两条RUN合并成一条：

FROM alpine:3.15.0
RUN dd if=/dev/zero of=file1 bs=10M count=1 && \
    dd if=/dev/zero of=file2 bs=10M count=1

使用docker history 查看image_test:4.0，可以看到，只有2层了！

镜像分层的好处

知道了镜像是分层的，那么我们是不是好奇为啥要这么设计呢？
试想一下我们如果不分层会有什么问题？

以拉取镜像为例！
拉取镜像的镜像很大，比如Redis的镜像有100多M
第一次我们拉取6.2版本的Redis，下载了完成的100M到本地，下次我要下载6.2.6版本的，是不是又得下载100M。
尽管可能两个版本之间就改了几行配置文件。

这样是非常低效的。如果能只下载有差异的部分就好了！

这个痛点，也就是镜像分层要解决的问题。实际上，Docker也是这么实现的。
第一次下载redis:6.2时，因为之前没有下载过，所以下载了所有的层，总共113M。网络慢点的话还是需要花一些时间的！

第二次下载redis:7.0-rc，就变得快了很多！因为前面3层是redis:6.2是一样的，这些层已经下载过了！

这种思想和我们常用的版本管理工具git也是一样的！
如果版本2是基于版本1的基础上，那么版本2不需要copy一份全量的数据，只需一份和版本1差异化的增量数据即可！

这样的最终好处是，可以体现在以下方面：

• 拉取更快：因为分层了，只需拉取本地不存在的层即可！
• 存储更少：因为共同的层只需存储一份即可！
• 运行时存储更少：容器运行时可以共享相同的层！

对于第3点，多个基于相同镜像运行的容器，都可以直接使用相同的镜像层，每个容器只需一个自己的可写层即可：

镜像分层的实现

前面说过，Docker镜像分层和Git的版本很像！我们不妨以此类比！只是为了方便我们理解：

总而言之，镜像层是只读的，新的镜像层是基于前一个镜像层的修改，只保留了增量修改的部分！
使用了联合文件系统，对文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加！

容器本质上也是在镜像的基础上加了一层可写层！这个在另外的章节再详细讨论！

Copy-on-write策略

Copy-on-write是一种提高文件共享和复制效率的策略。
如果一个文件和目录在低一层的镜像层中存在，并且其它层想要读取这个文件，就直接使用这个文件。
如果其它层想要修改这个文件（不管是构建镜像时，还是在容器运行的过程中），这个文件都会被先拷贝到新的一层中，然后再修改它。

这样做的好处是可以大大减少每一层的大小！
更具体的实现请参考官方文档中：Copy-on-write策略