一图看尽 docker 容器文件系统

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小牛编辑

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2023-12-01

「Allen 谈 Docker 系列」
DaoCloud 正在启动 Docker 技术系列文章，每周都会为大家推送一期真材实料的精选 Docker 文章。主讲人为 DaoCloud 核心开发团队成员 Allen（孙宏亮），他是 InfoQ 「Docker 源码分析」专栏作者，已出版《Docker 源码分析》一书。Allen 接触 Docker 近两年，爱钻研系统实现原理，及 Linux 操作系统。

Dockerfile 是软件的原材料，Docker 镜像是软件的交付品，而 Docker 容器则可以认为是软件的运行态。从应用软件的角度来看，Dockerfile、Docker 镜像与 Docker 容器分别代表软件的三个不同阶段，Dockerfile 面向开发，Docker 镜像成为交付标准，Docker 容器则涉及部署与运维，三者缺一不可，合力充当 Docker 体系的基石。

Docker 镜像

Docker 镜像是 Dockerfile 的产物，是 Docker 容器的前提，大有承前启后之意。Docker 技术发展两年有余，相信大家很早就听说过 Docker 大多采用联合文件系统（Union Filesystem），为 Docker 容器提供文件系统服务。

关于 Docker 镜像，有以下特性：

由 Dockerfile 生成
呈现层级结构
每层镜像包含：镜像文件以及镜像 json 元数据信息

Docker 容器

Docker 容器是 Docker 镜像的运行态体现。概括而言，就是在 Docker 镜像之上，运行进程。进程启动的方式有两种，用户既可以选择运行自己另行指定的命令，也可以选择运行 Docker 镜像内部指定的命令。

Docker 容器的文件系统，可以说大部分由 Docker 镜像来提供。为什么说是大部分呢？其实是有原因的，镜像内容虽多，但依然不是全部。下面，我会带大家看看，Docker 镜像中有什么，而 Docker 容器的哪些内容不在 Docker 镜像中。

Docker 容器文件系统

让我们一图看尽 Docker 容器的文件系统：

Docker 容器文件系统

上图从一个较为全面的角度阐述了 Dockerfile、Docker 镜像与 Docker 容器三者的关系。

Dockerfile 体现

Docker 容器已经在运行，但是追本溯源，我们依然可以找到 Dockerfile 的影子。上图中，我们可以发现，Docker 容器依附 Docker 镜像，而 Docker 镜像的 Dockerfile 是这样的：

FROM ubuntu:14.04
ADD run.sh /
VOLUME /data
CMD ["./run.sh"]

我们可以看到，以上 Dockerfile 中的每一条命令，都在 Docker 镜像中以一个独立镜像层的形式存在。

Docker 镜像体现

毫无疑问，Docker 镜像是由 Dockerfile 构建而成，我们也可以看到图中下四层被标记为 Docker 镜像。作为 Docker 技术的核心，我们必须了解 Docker 如何构建镜像，以及 Docker 镜像构建之后的产物是什么。

初次接触 Docker，了解层级管理的 Docker 镜像之后，很容易就认为：每一层 Docker 镜像中都含有相应的文件系统文件。其实不然，以上 Dockerfile 中的四条命令，则是一个很好的佐证。

FROM ubuntu:14.04：设置基础镜像，此时会使用基础镜像 ubuntu:14.04 的所有镜像层，为简单起见，图中将其作为一个整体展示。
ADD run.sh /：将 Dockerfile 所在目录的文件 run.sh 加至镜像的根目录，此时新一层的镜像只有一项内容，即根目录下的 run.sh。
VOLUME /data：设定镜像的 VOLUME，此 VOLUME 在容器内部的路径为 /data。需要注意的是，此时并未在新一层的镜像中添加任何文件，但更新了镜像的 json 文件，以便通过此镜像启动容器时获取这方面的信息。
CMD ["./run.sh"]：设置镜像的默认执行入口，此命令同样不会在新建镜像中添加任何文件，仅仅在上一层镜像 json 文件的基础上更新新建镜像的 json 文件。

Docker 容器体现

涉及到 Docker 容器，便是动态的内容，一切似乎都有了生命。上文曾提及，Docker 容器的文件系统中不仅包含 Docker 镜像。此言不虚，图中的顶上两层，就是 Docker 为 Docker 容器新建的内容，而这两层恰恰不属于镜像范畴。

这两层分别为 Docker 容器的初始层（Init Layer）与可读写层（Read-Write Layer），初始层中大多是初始化容器环境时，与容器相关的环境信息，如容器主机名，主机 host 信息以及域名服务文件等。

再来看可读写层，这一层的作用非常大，Docker 的镜像层以及顶上的两层加起来，Docker 容器内的进程只对可读写层拥有写权限，其他层对进程而言都是只读的（Read-Only）。如 AUFS 等文件系统下，写下层镜像内容即会涉及 COW （Copy-on-Write）技术。另外，关于 VOLUME 以及容器的 hosts、hostname、resolv.conf 文件等都会挂载到这里。需要额外注意的是，虽然 Docker 容器有能力在可读写层看到 VOLUME 以及 hosts 文件等内容，但那都仅仅是挂载点，真实内容位于宿主机上。

总结

Docker 镜像属静态，Docker 容器属动态，两者之间有着千丝万缕的关系。从 Docker 容器文件系统的角度来认识两者，我相信会对大家有很大的帮助。

Docker 镜像以及 Docker 容器文件系统，绝对是非常细致的内容，基于这些概念，实在有太多有意思的话题可以展开，本系列后续会有以下多篇文章来分析：

深刻理解 Docker 镜像大小
其实 docker commit 很简单
不得不说的 docker save 与 docker export 区别
为什么有些容器文件动不得
打破 MNT Namespace 的容器 VOLUME

欲知 Docker 镜像更精彩的内容，请关注「Allen 谈 Docker 系列」，且听下回分解