kubernetes Spring Cloud 微服务架构— （3）Kubernetes spring cloud 微服务-Docker 镜像存储机制-阿里云开发者社区

kubernetes Spring Cloud 微服务架构— （3）Kubernetes spring cloud 微服务-Docker 镜像存储机制

2021-12-10 335

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简介： 第 3 章 Docker 镜像存储机制本章节是对上章节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。

3.1 Linux 系统运行基础

Linux 系统正常运行, 通常需要两个文件系统：

3.1.1 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

3.1.2 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

3.2 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。

3.3 分析镜像存储结构

3.3.1 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 jre8:1.3 
 "Architecture": "amd64", 
 "Os": "linux", 
 "Size": 136406576, 
 "VirtualSize": 136406576, 
 "GraphDriver": { 
     "Data": { 
         "LowerDir": 
"/var/lib/docker/overlay2/ba469a9497fe6894e9022c2cb8b4217cd5aa1d0b35653ccd927a247bff3d2a81/diff:/var/lib/docker/overlay2/785564c2852e5b5b8f53d84ab4350c7aec6cb5a0 f44e457779877f06a95354ad/diff:/var/lib/docker/overlay2/101c2e9852e1b3e4a593f1b4ca8770fdd2b2c4656b3447dc96799527f03767c6/diff:/var/lib/docker/overlay2/fb940d476e39c
51cace728b5d709fff21c5c6421227c7ec7b2c421875767bc26/diff:/var/lib/docker/overlay2/271a364d00b2aabce86f2cb7d6c1abead3e1c8903cdd25e07a901964e3534978/diff",
         "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/6700cb0c98e3e7af8bdd97d4e40d673e3a0cf0fc6768323e8d4372afde12aff2/merged",
         "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/6700cb0c98e3e7af8bdd97d4e40d673e3a0cf0fc6768323e8d4372afde12aff2/diff",
         "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/6700cb0c98e3e7af8bdd97d4e40d673e3a0cf0fc6768323e8d4372afde12aff2/work"
     }, 
     "Name": "overlay2" 
 }, 
 "RootFS": { 
     "Type": "layers", 
     "Layers": [ 
        "sha256:5216338b40a7b96416b8b9858974bbe4acc3096ee60acbc4dfb1ee02aecceb10",
        "sha256:3219209e108e14824bd77c247110bbdb0e8ab392a016c634b8f031b610673fac",
        "sha256:d5aea7d9c0743772a38d8d81c4f1be709890827bc915465a7048a7d718fbf859",
        "sha256:3ff10a379107fb9e679ac8c001e5edbc4a01ec7b3bd86162e5932aa5ea2f8808",
        "sha256:c86fc31cf85edab6d1b9aa4750656496e0925186c112092ddd0a5909ba4a8b9b",
        "sha256:27d22f85ea93e4cbdf47b565433be94f6ce46f4e822abe6352c0f5b028bd2150"
     ]

3.3.2 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 /var/lib/docker/overlay2/ba469a9497fe6894e9022c2cb8b4217cd5aa1d0b35653ccd927a247bff3d2a81/diff/lower.txt

3.3.3 分析Upper层
#在Upper层创建文件

[root@master jdk]# touch /var/lib/docker/overlay2/6700cb0c98e3e7af8bdd97d4e40d673e3a0cf0fc6768323e8d4372afde12aff2/diff/upper.txt

3.4 运行中容器的存储结构

3.4.1 启动容器

#前台启动，直接进入到容器

[root@master jdk]# docker run -it jre8:1.3 bash

3.4.2 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

#获取容器 ID

[root@master ~]# docker ps 
CONTAINER ID        IMAGE          COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                  NAMES 
39d421864be6  jre8:1.3 "bash"                  11 seconds ago      Up 10 seconds              agitated_heyrovsky

3.4.3 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 ~]# docker inspect 39d421864be6 
        "GraphDriver": { 
            "Data": { 
                "LowerDir":   "/var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794dinit/diff:/var/lib/docker/overlay2/6700cb0c98e3e7af8bdd97d4e40d673e3a0cf0fc6768323e8d4372afde12aff2/diff:/var/lib/docker/overlay2/ba469a9497fe6 894e9022c2cb8b4217cd5aa1d0b35653ccd927a247bff3d2a81/diff:/var/lib/docker/overlay2/785564c2852e5b5b8f53d84ab4350c7aec6cb5a0f44e4577798 77f06a95354ad/diff:/var/lib/docker/overlay2/101c2e9852e1b3e4a593f1b4ca8770fdd2b2c4656b3447dc96799527f03767c6/diff:/var/lib/docker/overlay2/f b940d476e39c51cace728b5d709fff21c5c6421227c7ec7b2c421875767bc26/diff:/var/lib/docker/overlay2/271a364d00b2aabce86f2cb7d6c1abead3e1c89
03cdd25e07a901964e3534978/diff", 
                "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d/merged", 
                "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d/diff", 
                "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d/work" 
            }, 
            "Name": "overlay2" 
        }, 
        "Mounts": [], 
        "Config": { 
            "Env": [ 
                "PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/java/jdk/jre1.8.0_211/bin",                 "GLIBC_VERSION=2.31-r0", 
                "JAVA_HOME=/usr/java/jdk/jre1.8.0_211" 
            ], 
            "Cmd": [ 
                "bash" 
            ], 
            "Image": "jre8:1.3", 
            "Volumes": null, 
            "WorkingDir": "/opt", 
            "Entrypoint": null, 
            "OnBuild": null, 
            "Labels": {} 
        }, 
    } 
]

3.5 容器文件存储解析

3.5.1 容器运行时的UpperDir目录结构

[root@master ~]# touch /var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d/diff/c1.txt 
#在进入到操作查看 
bash-4.3# cat /c1.txt

3.5.1.1 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。

3.5.1.3 用户视角层Merged

# 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 ~]# ll    /var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d/merged   
total 4 
….省略…… 
-rw-r--r-- 1 root root    0 Mar 14 03:58 lower.txt -rw-r--r-- 1   root root    0 Mar 14 04:03 upper.txt drwxr-xr-x 1 root   root   18 Mar 14 03:10 usr

3.5.2 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

3.5.2.1 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~]#ls /var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d-init/diff/etc/hostname  hosts mtab  resolv.conf

3.5.2.2 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，

3.4.2.3 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

3.5.2.4 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.

[root@master ~]# ll   /var/lib/docker/overlay2/7397527ac0e1088be96ee714bb6caf78e88badd567477f7bfbec9717a975794d-init/diff/etc/ 
total 0 
-rwxr-xr-x 1 root root  0 Mar 14 04:09 hostname -rwxr-xr-x 1 root   root  0 Mar 14 04:09 hosts lrwxrwxrwx 1   root root 12 Mar 14 04:09 mtab -> /proc/mounts 
-rwxr-xr-x 1 root   root  0 Mar 14 04:09 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 lower层，所有的写入都是在 upper