第四章镜像原理

一、联合文件系统

二、镜像加载原理

三、分层理解

一、联合文件系统

Docker 联合文件系统（Union File System, UFS）是一种分层文件系统，它允许Docker镜像拥有多层次结构，使得Docker可以充分利用相同层作为共享层，减少存储空间资源的占用。并且可以高效地使用磁盘空间。Docker 使用 aufs、overlay2、btrfs 或 zfs 等联合文件系统驱动来支持镜像层的复用和高效存储，默认使用overlay2作为存储驱动。Docker 默认使用 overlay2 联合文件系统主要是基于以下原因：

1. overlay2 是在 Linux 内核中实现的，它允许 Docker 容器在不同的底层存储之间创建一个隔离的文件系统层。

2. overlay2 是为了解决性能和资源利用率问题而设计的，它通过重用底层的数据来优化存储。

3. overlay2 支持写时复制（copy-on-write），这意味着只有当文件系统发生变化时才会复制数据。

4. overlay2 是 Docker 在较新版本中推荐使用的存储驱动，它提供了较好的兼容性和性能。

如果你需要改变 Docker 的默认存储驱动，可以在启动 Docker 守护进程时使用 --storage-driver 选项。例如，如果你想要使用 overlay 驱动，你可以在 Docker 的服务文件中添加这样的启动参数：

# 在 Docker 服务的配置文件中添加
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock --storage-driver=overlay

要查看当前Docker使用的联合文件系统类型，可以使用以下命令：

docker info | grep "Storage Driver"

如果你需要调整Docker使用的联合文件系统的配置，可以编辑Docker的守护进程配置文件 /etc/docker/daemon.json，如果该文件不存在，你可以创建它并重启Docker守护进程。例如，如果你想要配置 overlay2 驱动并设置一个最大大小为10GB的 read-only layer：

{"storage-driver": "overlay2","storage-opts": ["overlay2.override_kernel_check=true","overlay2.size=10GB"]}

重启Docker守护进程：

sudo systemctl restart docker

这样就可以对Docker的联合文件系统进行配置了，此外，不是所有的文件系统都可以在所有系统上作为存储驱动使用，你需要确保你选择的驱动与你的操作系统兼容。

二、镜像加载原理

Docker镜像加载的基本原理是分层和写时复制（Copy on Write）。

1. 分层: Docker镜像是由多个层次构成的，每一层都只记录了上一层的改变。如下图，一个基础镜像可能是Debian，当你在Debian的基础上安装了一个emcos，这个改变会被记录在一个新的层次上。

2. 写时复制: 当Docker启动一个容器的时候，它并不会立即复制所有的层次，而是会在需要修改时才进行复制。这意味着如果有多个容器运行同一个镜像，它们实际上会共享相同的层次（如下图的Debian和emacs），只有当一个容器尝试修改一个层次时，这个层次才会被复制并且修改。

三、分层理解

Docker分层是指Docker镜像是由多个只读层组成，这些层是通过联合文件系统（Union File System）叠加在一起的。每一层都代表了Dockerfile中的一个指令。所有的Docker镜像都起始于一个基础镜像层，当进行修改或增加新的内容时，就会在当前的镜像层之上，创建新的镜像层。如下图所示：