mengzechao

July 6, 2014

Docker Image管理学习笔记

简介

Container本来也不是什么新技术，为什么Docker就火了，而前辈们如lxc、OpenVZ等没这么火。其实一部分原因得益于Docker的Image管理。Docker借鉴了vm的方式，让用户像管理vm一样的管理他们的container镜像，并且也同样叫做Image。在实现上，Docker利用container的Rootfs是从host上挂载的、并且能挂载多个目录这个特点，将Docker Image分成多个小块（这是按照vm Image的思维来说的，实际上这多个小块，每个都是一个Image，最终使用的是一个Image组合），方便管理与共享。

我们已经了解了Container是什么，那么Image是怎么转换为Container的Rootfs的？Image本身是怎么在磁盘上存储的？带着这些疑问，我们一起来看看Docker的实现。

磁盘上的image

先来看看磁盘中存储的image是什么样子的，这里以aufs为例，devicemapper的存储形式和aufs还不太一样，后续有空再来分析。

现在我们有一个image：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo docker images
[sudo] password for ubuntu: 
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             VIRTUAL SIZE
ubuntu-12.04        latest              212e4aaf49e7        25 minutes ago      172.7 MB

对应的/var/lib/docker目录下就有这些东西：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo ls -lh /var/lib/docker
total 48K
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Apr 16 22:26 apparmor
drwxr-xr-x 5 root root 4.0K Jun 21 16:14 aufs
drwx------ 3 root root 4.0K Jun 22 13:01 containers
drwx------ 5 root root 4.0K Jun 22 12:59 devicemapper
drwx------ 3 root root 4.0K Apr 16 22:16 execdriver
drwx------ 6 root root 4.0K Jul 13 11:32 graph
drwx------ 2 root root 4.0K Jul 13 11:40 init
-rw-r--r-- 1 root root 5.0K Jun 22 13:01 linkgraph.db
-rw------- 1 root root  111 Jul 13 11:32 repositories-aufs
-rw------- 1 root root  180 Apr 16 22:56 repositories-devicemapper
drwx------ 2 root root 4.0K Apr 16 22:16 volumes<span style="letter-spacing: 0px; color: rgb(68, 68, 68); font-family: Baskerville;">	</span>

抛开其他的不管，现在只关心里面的aufs, graph目录和repositories-aufs文件（如果是devicemapper，则是devicemapper目录和repositories-devicemapper文件，graph为共用的目录）。

aufs目录的结构如下：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo tree /var/lib/docker/aufs -L 3
/var/lib/docker/aufs
|-- diff
|   `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d
|       |-- bin
|       |-- boot
|       |-- dev
|       |-- etc
|       |-- home
|       |-- lib
|       |-- lib64
|       |-- media
|       |-- mnt
|       |-- opt
|       |-- proc
|       |-- root
|       |-- run
|       |-- sbin
|       |-- selinux
|       |-- srv
|       |-- sys
|       |-- tmp
|       |-- usr
|       `-- var
|-- layers
|   `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d
`-- mnt
    `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d

layers目录和mnt目录里面目前还只有一个空目录，后面再来看。这里主要是diff目录下对应image的目录，image内部的所有文件都在这。

而graph目录的结构如下：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo tree /var/lib/docker/graph -L 3
/var/lib/docker/graph
|-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d
|   |-- json
|   `-- layersize
|-- 317c1f4475ad860bdcf0e529fd03f181b2c6b64e5b78358051efc94c8f728cd7
|   |-- json
|   `-- layersize
|-- bcd86fdd0ba0b84f10f4539f99e8730958fc1028d35495f8dd11ae1913370e42
|   |-- json
|   `-- layersize
`-- _tmp

这里只看212e这个image，另外两个image其实是devicemapper下的image，所有image的描述都放在graph目录下。json文件为image的描述文件，主要是创建这个image的container配置信息，layersize文件内为该image的大小。

最后看看repositories-aufs文件：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo cat /var/lib/docker/repositories-aufs |python -m json.tool
{
    "Repositories": {
        "ubuntu-12.04": {
            "latest": "212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d"
        }
    }
}

其实就是描述在aufs模式下有哪些image可用。

了解了image包括哪些东西，接下来再看看这些东西是怎么用的。

从Image到Container

当我们通过命令行docker run创建一个container并运行时，其中就经历了从image到container rootfs的转化，蓝图如下（省略了其他操作）：

上图横轴为执行流程，纵轴是对每个过程的解释。

因为docker run命令实际的执行主要分两步：create和start。在create过程中，主要是将image挂载到/var/lib/docker/aufs/mnt/:id-init目录 （:id为container id），并且取消掉对某些文件/文件夹的挂载，重新创建一份新的。这里的文件/文件夹主要为：

		"/dev/pts":         "dir",
		"/dev/shm":         "dir",
		"/proc":            "dir",
		"/sys":             "dir",
		"/.dockerinit":     "file",
		"/.dockerenv":      "file",
		"/etc/resolv.conf": "file",
		"/etc/hosts":       "file",
		"/etc/hostname":    "file",
		"/dev/console":     "file",
		"/etc/mtab":        "/proc/mounts",

然后在start流程中，主要是生成container真正的rootfs目录/var/lib/docker/aufs/mnt/:id， 然后又将几个/host上的目录挂载到rootfs，主要是 /etc/hosts， /etc/hostname, /etc/resolv.conf等。

（其实这里没看明白为啥这几个文件要这样处理，也没看明白为什么要用:id-init目录隔一层。主要是对aufs不熟悉，后面再学习一下。）

现在来看看，当我们创建了一个container后，aufs目录有什么变化：

ubuntu@ubuntu:~$ sudo tree -L 3 /var/lib/docker/aufs
[sudo] password for ubuntu: 
/var/lib/docker/aufs
|-- diff
|   |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167
|   |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167-init
|   |   |-- dev
|   |   `-- etc
|   `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d
|       |-- bin
|       |-- boot
|       |-- dev
|       |-- etc
|       |-- home
|       |-- lib
|       |-- lib64
|       |-- media
|       |-- mnt
|       |-- opt
|       |-- proc
|       |-- root
|       |-- run
|       |-- sbin
|       |-- selinux
|       |-- srv
|       |-- sys
|       |-- tmp
|       |-- usr
|       `-- var
|-- layers
|   |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167
|   |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167-init
|   `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d
`-- mnt
    |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167
    |   |-- bin
    |   |-- boot
    |   |-- dev
    |   |-- etc
    |   |-- home
    |   |-- lib
    |   |-- lib64
    |   |-- media
    |   |-- mnt
    |   |-- opt
    |   |-- proc
    |   |-- root
    |   |-- run
    |   |-- sbin
    |   |-- selinux
    |   |-- srv
    |   |-- sys
    |   |-- tmp
    |   |-- usr
    |   `-- var
    |-- 09b1be94a4444076375b7cb386609990622a1746802858ea85f1de607c1e5167-init
    `-- 212e4aaf49e7cde3c280d05f1a6bd74ecf66ad83917fa757137deb0dae82806d

这里创建了一个id为09b1的container，其中/aufs/mnt/09b1xxx 为rootfs, /aufs/layers目录下的文件，主要存储image的parents image id。

小结

Docker的image管理涉及到不少linux文件系统使用的细节，对linux文件系统掌握得不深的话，这部分就只能看个大概的流程。而且这只是其中的aufs部分，其他的devicemapper、btrfs、vfs部分的都不太一样。下来先补习一下linux文件系统知识，再回过头来看看docker的image管理，可能会稍微轻松些。