本文将介绍 Docker 映像和容器以及 docker 文件之间的差异与联系，本文还将解释如何以及何时使用它们。
什么是 Dockerfile？
它是一个简单的文本文件，包含命令或过程的集合。我们运行的这些命令和准则作用于配置为创建新的 Docker 镜像的基本镜像。Dockerfile 是 Docker 镜像的源代码。Dockerfile 是包含各种指令和配置的文本文件。Dockerfile 中的 FROM 命令标识要从中构建的基础镜像。运行 Docker run 命令时，Docker 将使用此文件生成镜像本身。Dockerfile 包含映像的创建说明。与仅保留二进制镜像相比，使用 Dockerfile 的好处是自动构建可确保您始终拥有最新版本。这在安全性方面是有利的，因为您不想安装任何不安全的应用程序。（这里只做简单介绍，详细简述会篇幅过长的）
什么是 Docker Image & Docker Container ？
Docker镜像是静态的、只读的模板，包含了运行应用所需的一切。Docker容器是基于这些镜像创建的运行实例，它们是动态的、可修改的。镜像用于分发应用，而容器用于运行应用。理解这两者的关系对于有效使用Docker至关重要。
关系类比：
- Docker Image：想象Docker镜像就像一个蛋糕的食谱。它包含了所有制作蛋糕所需的原料和步骤，但它本身不是蛋糕。
- Docker Container：如果把Docker镜像比作蛋糕的食谱，那么Docker容器就是根据这个食谱实际烘焙出来的蛋糕。
1. Docker Image
Docker镜像是一个轻量级、可执行的独立软件包，包含运行某个软件所需的所有内容。它包括代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
- 定义：Docker 镜像是一个只读的模板，包含了运行某个应用程序所需的所有文件、环境变量、配置等。镜像是静态的，不会改变。
- 构建：镜像通常是通过一个名为 Dockerfile 的文件构建的。Dockerfile 包含了一系列指令，描述了如何构建这个镜像，包括从哪个基础镜像开始、需要安装哪些软件包、需要复制哪些文件等。
- 存储和分发：镜像可以存储在 Docker 仓库中（如 Docker Hub），便于分发和共享。用户可以从公共或私有仓库中拉取镜像，用于创建容器。
- 可共享：不同镜像可以共享基础层，节省空间
- 可移植：可以在任何支持Docker的环境中运行
2. Docker Container
Docker容器是镜像的运行实例。它是从镜像创建的可运行进程。
- 定义：Docker 容器是镜像的一个运行实例。容器是动态的，可以启动、停止、移动和删除。每个容器都是独立的，有自己的文件系统、网络接口和进程空间。
- 启动和运行：容器是从镜像启动的。当你运行一个容器时，Docker 会从指定的镜像创建一个可写层，并在这个可写层上运行应用程序。
- 可变性：容器是可变的，运行时的数据和状态会存储在容器的可写层中。如果需要保存容器的数据，可以将其提交为一个新的镜像，或者使用数据卷（volumes）。
- 轻量级：启动快速，资源占用少
- 可移植：可以在任何支持Docker的环境中启动
3. Docker Image & Docker Container 的关系
docker run： 命令会将 docker image作为容器运行。
a) 镜像是容器的基础：容器是基于镜像创建的运行实例。
b) 一对多关系：一个镜像可以创建多个容器。
c) 镜像是静态的，容器是动态的：镜像是只读的模板，而容器在运行时可以被修改。
d) 容器可以创建新镜像：通过对容器的修改，我们可以创建新的镜像。
生命周期
- 镜像的生命周期：构建 -> 分发 -> 运行 -> 更新
- 容器的生命周期：创建 -> 运行 -> 暂停 -> 恢复 -> 停止 -> 删除
使用场景
- 镜像：用于分发和部署应用程序。开发人员创建镜像，然后将其推送到镜像仓库。
- 容器：用于运行应用程序。运维人员从镜像仓库拉取镜像，然后启动容器来运行应用。
主要命令
- 镜像相关：
docker build,docker push,docker pull,docker images - 容器相关：
docker run,docker start,docker stop,docker rm,docker ps
数据持久化
- 镜像本身不存储数据。
- 容器可以写入数据，但默认情况下，当容器被删除时，数据也会丢失。
- 为了持久化数据，我们使用Docker卷（Volumes）或绑定挂载（Bind Mounts）。
Docker Image实现原理
1. 联合文件系统(UnionFS)
联合文件系统是一种分层、轻量级且高性能的文件系统,它支持对文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加,同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。
想象一下,你有几张透明的塑料片,每张上面画了不同的图案。当你把这些塑料片叠在一起时,你会看到一个完整的图像,这就是联合文件系统的基本原理。
2. Docker镜像加载原理
Docker镜像加载原理: Docker镜像是由多个只读层叠加而成的。在拉取镜像时,Docker会从Docker Registry中下载这些层,并将它们缓存在本地。当运行容器时,Docker会将这些只读层组合成一个可写的容器层。这种分层设计使得镜像更加高效和灵活,因为不同的层可以被共享和复用。
Docker镜像是基于联合文件系统的概念构建的。每个Docker镜像由一系列层(layers)组成,这些层是只读的。当我们运行一个容器时,Docker会加载这些层,并在最顶部添加一个可写层（容器层）。
让我们用一个例子来解释这个过程:
bootfs (boot file system)
bootfs是启动文件系统的缩写。它包含了bootloader和kernel（内核）。这是系统启动时最先加载的部分。
主要特点：
- bootfs负责引导系统启动
- 在系统启动完成后，整个bootfs会被卸载，以释放内存
- 所有的Docker镜像都共享同一个bootfs
想象bootfs就像电脑的BIOS和操作系统引导程序。它的工作是启动系统，然后就"功成身退"了。
rootfs (root file system)
rootfs是根文件系统的缩写。它包含了典型Linux系统中的/dev, /proc, /bin, /etc等目录和文件。
主要特点：
- rootfs位于bootfs之上
- 不同的Linux发行版，如Ubuntu, CentOS等，有不同的rootfs
- 在Docker中，不同的镜像可能有不同的rootfs
将rootfs想象成你在安装完操作系统后看到的文件系统结构。它包含了操作系统运行所需的所有基本目录和文件。
3. 理解docker于虚拟机的优势
知道了这些概念就可以理解，为什么Docker容器比传统虚拟机启动更快、占用资源更少
- bootfs通常非常小，仅包含bootloader和kernel。
- 当容器启动时，bootfs被加载到内存中，然后kernel启动。
- Docker容器的rootfs默认是只读的。当创建一个容器时，会在rootfs上添加一个读写层。
- 镜像的分层结构：当Docker加载镜像时,它会从底层开始,逐层向上加载。每一层都只包含与上一层的差异部分。这种方法大大减少了存储空间的使用和镜像的传输时间。
- 基础镜像（如Ubuntu）包含bootfs和该发行版特定的rootfs。
- 在此基础上，每安装一个程序，就在上面添加一个新层。
- 这种分层结构使得Docker可以:
- 快速构建镜像（只需加载变化的部分）
- 节省存储空间（相同的层可以被多个镜像共享）
- 快速传输镜像（只需传输变化的层）
- 示例：
当你运行docker run命令时,Docker会执行以下步骤: a) 检查本地是否有该镜像。如果没有,就从Docker Hub或指定的registry下载。 b) 创建一个新的容器。 c) 为容器分配一个文件系统,并在镜像的最顶层添加一个可写层。 d) 分配网络/桥接接口。 e) 设置IP地址。 f) 执行你在docker run命令中指定的程序。 g) 捕获并返回应用程序的输出。
这种结构带来了几个重要优势：
- 共享资源：多个容器可以共享同一个bootfs，节省了内存。
- 快速启动：由于bootfs很小且共享，容器可以非常快速地启动。
- 层级管理：每一层的变化都可以被单独管理，便于版本控制和回滚。
通过这种方式，Docker实现了高效的镜像管理和快速的容器启动。
分层理解（镜像层 & 容器层）
1. 容器读写层（Container read-write layer）
后续就叫容器层了方便理解。当你基于一个镜像启动一个容器时，Docker会在镜像的最顶层添加一个可写的容器层。
2. 镜像层 (Image Layers)
镜像层是构建Docker镜像的基础。每个镜像由多个只读层组成，这些层堆叠在一起形成最终的镜像。
3. 镜像层和容器层的关系
- 镜像层提供了容器的基础文件系统。
- 容器层允许对运行中的容器进行修改，而不影响底层的镜像。
- 当需要修改一个文件时，Docker使用写时复制（Copy-on-Write）策略：
- 首先，Docker从镜像层复制文件到容器层。
- 然后，在容器层中进行修改。
- 后续的读取操作会从容器层获取修改后的文件。
4. Copy-on-Write 策略
这是Docker用来优化存储空间和提高性能的一种重要机制。
定义
Copy-on-Write是一种延迟复制的优化策略。当多个进程共享同一块数据时，如果某个进程需要进行修改，系统只有在真正写入时才会复制一份数据
5. 工作原理
- 读取文件：如果文件存在于容器层，直接读取；如果不存在，则从镜像层读取。
- 写入文件：如果文件不在容器层，Docker会将文件复制到容器层然后修改。如果文件已在容器层，直接在容器层修改。这就是"写时复制"的由来。
- 删除文件：Docker在容器层创建一个特殊的删除标记，遮蔽下层的同名文件。
6. 优势
- 空间效率：多个容器可以共享相同的底层镜像层，只存储差异部分。
- 快速启动：创建新容器时，无需复制整个文件系统。启动新容器只需添加一个新的容器层，非常快速。
- 性能优化：读操作性能良好，因为大多数文件不会被修改。
- 增量更新：更新镜像只需要添加或替换特定的层。
7. 注意事项
- 写操作可能会带来性能开销，特别是对大文件的首次写入。
- 需要合理规划镜像层，以平衡层数和文件更新频率。过多的层可能会影响性能，因此在构建镜像时应该适当控制层数。
- 容器层中的更改在容器被删除后就会消失。如果需要持久化数据，应该使用Docker卷（Volumes）。
杂项补充
Docker Commit
docker commit 命令会从一个运行中（或停止）的容器创建一个新的镜像。这个新镜像包含了原始镜像的内容，以及在容器中所做的所有更改。
docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]常用选项包括：
-a, --author: 指定作者-m, --message: 提交信息-p, --pause: 在提交时暂停容器（默认行为）
使用场景
- 开发过程中保存中间状态
- 调试和故障排除
- 创建自定义镜像
- 将运行时配置保存到新镜像中
最佳实践
- 优先使用 Dockerfile 来创建镜像
- 仅在必要时使用 docker commit
- 在提交前，停止容器并删除不必要的文件
- 为新创建的镜像添加清晰的标签和描述
虽然 docker commit 是一个有用的工具，但在生产环境中，通常推荐使用 Dockerfile 来创建可重现的镜像构建过程。docker commit 主要用于开发、测试和调试阶段。
Docker Image Tags
使用镜像标签是 Docker 最佳实践的重要部分。它们帮助我们有效地管理镜像版本，便于回滚和部署特定版本的应用。通过合理使用标签，我们可以更好地控制应用的生命周期和版本历史。
标签的类型
- 版本标签：如
v1.0,2.1.3 - 描述性标签：如
latest,stable,dev - 日期标签：如
20230701
相关命令
docker tag: 为镜像添加新标签docker rmi: 删除镜像（可以指定标签）docker inspect: 查看镜像详细信息
docker tag SOURCE_IMAGE[:TAG] TARGET_IMAGE[:TAG]
docker rmi [OPTIONS] IMAGE [IMAGE...]
docker inspect [OPTIONS] NAME|ID [NAME|ID...]
Docker ID
理解和正确使用 Docker ID 对于有效管理 Docker 环境、确保操作的精确性和提高工作流程的自动化程度非常重要。无论是在开发、测试还是生产环境中，熟练运用 Docker ID 都能帮助您更好地控制和管理 Docker 资源。
Docker ID 主要指两个概念：
a) 用户账户标识符：用于 Docker Hub 和其他 Docker 服务的唯一用户标识。
b) 容器或镜像的唯一标识符：用于在本地 Docker 环境中标识特定的容器或镜像。
Docker 用户账户 ID
- 这是您在 Docker Hub 注册时创建的唯一用户名。
- 用于登录 Docker Hub、拉取私有镜像、推送镜像等操作。
容器 ID
- 每个 Docker 容器都有一个唯一的 ID。
- 通常是一个长的十六进制字符串。
- 也有短 ID，是完整 ID 的前 12 个字符。
容器管理
docker start 1234abcd
docker stop 1234abcd
docker restart 1234abcd
docker rm 1234abcd
docker logs 1234abcd镜像 ID
- 每个 Docker 镜像也有一个唯一的 ID。
- 同样是一个长的十六进制字符串，也有短 ID 版本。
镜像管理
删除镜像：docker rmi 5678efgh
基于特定镜像创建容器：docker run -d 5678efgh参考
https://cto.ai/blog/docker-image-vs-container-vs-dockerfile/
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