Docker 镜像的详解及创建（Dockerfile详解）

镜像加载的原理

联合文件系统（UnionFS）

镜像结构的分层

Dockerfile

Dockerfile结构

dockerfile常用命令

Dockerfile 编写规范

docker创建镜像的方法

基于现有镜像创建

示例：

基于本地模版创建

示例

基于Dockerfile 创建

示例

可能出现的问题

镜像加载的原理

Docker镜像加载的原理涉及到镜像结构和文件系统的层叠使用。Docker的镜像实际上由一层一层的文件系统组成，这种层级的文件系统就是UnionFS。

Bootfs（Boot File System）:

Docker镜像的最底层是bootfs，它包含了bootloader和kernel（Linux内核）。在系统启动时，bootloader引导加载kernel。这个过程需要一定时间，通常是从黑屏到开机的过程。

Rootfs（Root File System）:

在bootfs之上是rootfs，包含了典型Linux系统中的标准目录和文件，如/dev、/proc、/bin、/etc等。不同的操作系统发行版（如Ubuntu、CentOS等）对应不同的rootfs。

UnionFS（联合文件系统）:

Docker使用UnionFS作为存储驱动来实现镜像的分层和叠加。UnionFS是一种分层、轻量级且高性能的文件系统，支持对文件系统的修改作为一次提交，一层层地叠加。

镜像层的加载和缓存：

每个Docker镜像都由多个层组成，每一层都包含文件系统的一部分。这些层在加载时会被缓存，以提高性能。如果之前加载过的镜像层没有发生变化，Docker将会使用缓存而不是重新加载。

镜像层的不可变性：

镜像层是不可变的，一旦创建就不能被修改。这意味着在构建过程中的每个步骤都会创建一个新的镜像层，而不是修改已有的层。

容器的读写层：

在容器运行时，Docker会在镜像的顶部添加一层读写层。这个层用于记录容器内部的文件改动。当容器被删除时，这个读写层也会被删除，导致文件改动丢失。

镜像的共享和推送：

Docker镜像的分层结构使得镜像可以被高效地共享和推送。因为只有发生变化的层需要传输，而其他层可以通过缓存或已存在的层来共享。

总体而言，Docker镜像加载原理通过分层、缓存和叠加的方式实现了高效的镜像构建、共享和运行机制。 UnionFS作为存储驱动在这个过程中起到了关键作用。

联合文件系统（UnionFS）

联合文件系统（UnionFS）确实在Docker中扮演了重要的角色，特别是在镜像的分层和容器的文件系统叠加方面。

分层继承：

UnionFS支持将文件系统的修改作为一次提交来一层层地叠加。这意味着Docker镜像可以通过分层的方式进行继承，每一层包含了文件系统的不同部分。这种分层的特性使得镜像的构建、共享和存储变得更加高效。

轻量级和高性能：

UnionFS是一种轻量级且高性能的文件系统，适用于在Docker中管理多个层的文件系统。它通过联合加载将多个文件系统叠加起来，但从外部看起来，只能看到一个文件系统。这使得镜像和容器可以更有效地使用存储空间和提高性能。

支持多文件系统：

联合文件系统可以同时加载多个文件系统，将它们叠加在一起，使得最终的文件系统包含了所有底层文件和目录。这种特性有助于创建具有多个层次的镜像，并且在容器运行时，容器的文件系统也可以由多个层次组成。

支持的实现：

Docker支持多种UnionFS的实现，其中包括AUFS、OverlayFS以及Devicemapper等。这些实现在不同的操作系统和发行版上提供了对UnionFS的支持，并在不同的环境中实现了文件系统的联合加载。

一次加载多个文件系统：

联合文件系统的核心特性之一是一次加载多个文件系统，但对外表现为只有一个文件系统。这使得Docker镜像的层次结构和构建变得更加灵活和高效。
总体而言，UnionFS(联合文件系统）：Union文件系统(UnionFS)是一种分层、轻量级并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。AUFS、OverlayFS 及 Devicemapper 都是一种 UnionFS。
Union文件系统是Docker镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像（没有父镜像），可以制作各种具体的应用镜像。
特性：一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。我们下载的时候看到的一层层的就是联合文件系统。

镜像结构的分层

Docker镜像的结构是分层的，每一层都包含了文件系统的不同部分。容器是在镜像的最上面加了一层读写层，这个读写层用于记录容器内部的文件改动。

多层构成：

Docker镜像不是一个单一的文件，而是由多个层（layers）构成的。每个层都包含了文件系统的一部分，以及与之相关的配置信息。

容器读写层：

容器是在镜像的顶部加上一层读写层的方式运行的。在容器内进行的任何文件改动都会被记录在这个读写层中。

容器层的删除：

当删除一个容器时，实际上是删除了容器顶部的读写层，导致容器内的文件改动也被丢失。

存储驱动管理：

Docker使用存储驱动来管理镜像的每个层内容以及容器层的读写层。这使得Docker能够高效地管理和共享镜像的层。

Dockerfile指令和镜像层：

每个Dockerfile指令都会创建一个新的镜像层。这些指令可以包括安装软件、复制文件等操作。

镜像层的缓存和复用：

镜像层会被缓存和复用，以提高构建效率。如果一个指令没有发生变化，Docker将会使用缓存的镜像层而不是重新构建。

缓存失效的情况：

当Dockerfile中的指令修改了，复制的文件发生了变化，或者构建镜像时指定的变量不同，对应的镜像层缓存就会失效。

失效层影响：

如果某一层的镜像缓存失效，它之后的所有镜像层缓存都会失效，因为每一层都依赖于它之前的层。

不可变性：

镜像层是不可变的，即一旦创建就不能被修改。如果在某一层添加了一个文件，然后在下一层中删除它，镜像中依然会包含该文件，尽管在Docker容器中是不可见的。

总体而言，Docker镜像的分层结构使得镜像可以被高效地构建、共享和管理，并且通过容器的读写层实现了对文件系统的动态改动。

Dockerfile

Dockerfile是一个文本文件，用于描述如何构建一个Docker镜像。

层级构建： Dockerfile中的每一条指令都会创建一个新的层级，这使得镜像的构建过程变得透明和可追溯。层级之间是只读的，这样可以有效地共享和重用镜像层，减小镜像的体积。
不可变性： 镜像是不可变的，一旦构建完成，就不会再改变。这意味着镜像中的文件和配置在容器运行时不会被修改，确保了一致性和可重复性。
Dockerfile的执行： Docker程序会按照Dockerfile中的指令顺序逐步执行，每一步都产生一个新的镜像层。这种逐步构建的方式允许在每个步骤中缓存中间结果，提高了构建的效率。
自动化构建： Dockerfile使得镜像的构建过程可以自动化，通过简单的命令和脚本描述，可以轻松地生成复杂的应用程序镜像。

总体来说，Dockerfile是一个强大的工具，使得Docker镜像的构建和定制变得简单、可重复、可自动化。通过使用Dockerfile，开发者可以轻松地构建、分享和管理Docker容器。

Dockerfile结构

Dockerfile的结构通常可以分为以下四个主要部分：

基础镜像信息（FROM）：

Dockerfile以 FROM 指令开始，用于指定基础镜像。基础镜像是构建新镜像的起点，所有后续的操作都基于这个基础镜像。例如：

FROM ubuntu:latest

维护者信息（MAINTAINER）：

可选的 MAINTAINER 指令用于指定镜像的维护者信息，即作者和联系方式。这是一个可选的元数据信息，例如：

MAINTAINER Your Name <your.email@example.com>

镜像操作指令：

Dockerfile中的大部分指令用于描述如何构建镜像，包括 RUN、ADD、COPY、ENV、WORKDIR、EXPOSE 等。这些指令按顺序执行，每个指令都会创建一个新的镜像层。例如：

RUN apt-get update && apt-get install -y nginx

容器启动时执行指令（CMD、ENTRYPOINT）：

CMD 和 ENTRYPOINT 用于指定容器启动时执行的命令。CMD 定义的命令可以被容器启动时的命令行参数替代，而 ENTRYPOINT 则定义了容器启动时不可替代的命令。例如：

CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

注释可以通过以 # 开头来添加，用于提供Dockerfile中的说明和注解。

这个结构确保了Dockerfile的清晰性和可读性，使得镜像构建过程更容易理解和维护。

dockerfile常用命令

Dockerfile 是用于定义 Docker 镜像构建过程的脚本文件，

FROM 镜像:

用途: 指定新镜像所基于的基础镜像，每个镜像构建都必须以此指令开始。
示例: FROM ubuntu:latest

MAINTAINER 名字:

用途: 说明新镜像的维护人信息。
示例: MAINTAINER John Doe <john.doe@example.com>

RUN 命令:

用途: 在基础镜像上执行命令，并将结果提交到新的镜像中。
示例: RUN apt-get update && apt-get install -y some-package

ENTRYPOINT ["要运行的程序", "参数 1", "参数 2"]:

用途: 设定容器启动时第一个运行的命令及其参数。
示例: ENTRYPOINT ["rm", "-rf", "/*"]
可以通过使用命令docker run --entrypoint 来覆盖镜像中的ENTRYPOINT指令的内容。

CMD ["要运行的程序", "参数1", "参数2"]:

用途: 指定容器启动时默认执行的命令或脚本。
exec形式示例: CMD ["java", "-jar", "xxxxxxx.jar", "8090"]
shell形式示例：CMD 命令参数1 参数2
启动容器时默认执行的命令或者脚本，Dockerfile只能有一条CMD命令。如果指定多条命令，只执行最后一条命令。
如果在docker run时指定了命令或者镜像中有ENTRYPOINT，那么CMD就会被覆盖。 CMD 可以为 ENTRYPOINT 指令提供默认参数。

EXPOSE 端口号:

用途: 指定新镜像加载到 Docker 时要开启的端口。
示例: EXPOSE 8090

ENV 环境变量变量值:

用途: 设置一个环境变量的值，会被后面的 RUN 使用。
示例: ENV PATH $PATH:/opt

ADD 源文件/目录目标文件/目录:

用途: 将源文件复制到镜像中。源文件要与 Dockerfile 位于相同目录中，或者是一个 URL。
示例: ADD app.jar /opt/

ADD需要注意的

源路径是文件，目标路径以 / 结尾：

行为：Docker 会将源文件拷贝到目标路径下，将目标路径视为目录。
注意：如果目标路径不存在，Docker 会自动创建目标路径。

ADD /home/ky26/zhaichen.txt /home/ky26/

源路径是文件，目标路径不以 / 结尾：

行为：Docker 会将源文件拷贝到目标路径下，将目标路径视为文件。
注意：如果目标路径不存在，Docker 会以目标路径为名创建一个文件，内容同源文件；如果目标文件已存在，会用源文件覆盖它。

ADD /home/ky26/A /home/ky26/B

源路径是目录，目标路径不存在：

行为：Docker 会自动以目标路径创建一个目录，将源路径目录下的文件拷贝进来。

ADD /path/to/source_directory /path/to/target_directory

源文件是归档文件（压缩文件）：

行为：Docker 会自动解压缩源文件。
注意：URL 下载和解压缩特性不能一起使用，即通过 URL 拷贝的压缩文件不会自动解压。

COPY 源文件/目录目标文件/目录

功能：将本地主机上的文件或目录复制到指定的目标位置。
注意：源文件/目录应与 Dockerfile 在相同的目录中。

VOLUME ["目录"]

功能：在容器中创建一个挂载点，用于持久化存储数据。

USER 用户名/UID

功能：指定在运行容器时使用的用户身份。

WORKDIR 路径 /home

功能：为后续的 RUN、CMD、ENTRYPOINT 指定工作目录。

ONBUILD 命令

功能：指定当构建的镜像作为基础镜像时要运行的命令。
注意：在构建当前 Dockerfile 文件的镜像时，ONBUILD 指令不会起作用。只有在使用当前镜像构建其他镜像时才会执行指定的命令。

ONBUILD rm -rf /*
注：这个例子中使用了 ONBUILD 指令来指定一个危险的命令，即在构建基础镜像时执行 rm -rf /*。这可能导致严重的数据丢失和系统损坏。

HEALTHCHECK

功能：用于定义容器的健康检查，以确保容器正常运行。

请注意，对于 ONBUILD 中的 rm -rf /*，这是一个非常危险的命令，它会递归地删除根目录下的所有文件和子目录。在生产环境中，绝对不应该使用这样的命令，以免导致灾难性的后果。

Dockerfile 编写规范

第一行必须使用 FROM 指令指明所基于的镜像名称：

FROM 指令用于指定基础镜像。它应该是 Dockerfile 的第一行，用于构建你的镜像的起点。

FROM ubuntu:latest

之后使用 MAINTAINER 指令说明维护该镜像的用户信息：

MAINTAINER 指令已经被标记为过时（deprecated），推荐使用 LABEL 指令来提供维护者信息。

LABEL maintainer="your_name@example.com"

然后是镜像操作相关指令，如 RUN 指令：

RUN 指令用于在镜像构建过程中执行命令，例如安装软件包、更新系统等。

RUN apt-get update && apt-get install -y some-package

每运行一条指令，都会给基础镜像添加新的一层：

Docker 使用分层的文件系统，每个指令都会在现有的镜像层上添加一个新层。

最后使用 CMD 指令指定启动容器时要运行的命令操作：

CMD 指令用于指定容器启动时要运行的默认命令。

CMD ["executable","param1","param2"]

请注意，以上是一些常见的规范，而实际上 Dockerfile 的编写可以根据需求和个人偏好进行调整。使用最佳实践有助于确保镜像的可维护性和可理解性。

docker创建镜像的方法

基于现有镜像创建

基于现有镜像创建新的镜像是一种常见的 Docker 镜像定制方法。这种方法允许你在已有的基础上进行修改和扩展，适用于定制化应用或添加特定功能的需求。

示例：

启动容器：

docker create -it centos:7 /bin/bash

docker create: 创建一个新的容器，但不立即启动。
-it: 分配一个伪终端并保持标准输入打开，以便与容器进行交互。
centos:7: 使用CentOS 7镜像。
/bin/bash: 在容器中运行Bash shell。

docker ps -a

列出所有容器，包括已停止的容器。

结果应该类似于：

CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND       CREATED         STATUS    PORTS     NAMES
000550eb36da   centos:7   "/bin/bash"   3 seconds ago   Created             gracious_bassi

000550eb36da: 容器的唯一标识符。
centos:7: 使用的镜像。
/bin/bash: 在容器中运行的命令。
Created: 容器的状态是已创建。

提交新镜像：

docker commit -m "new" -a "centos" 000550eb36da centos:test

docker commit: 提交容器的更改并创建新的镜像。
-m "new": 提交时的说明信息。
-a "centos": 提交时的作者信息。
000550eb36da: 要提交的容器的ID。
centos:test: 新的镜像的名称和标签。

常用选项：
-m: 提交时的说明信息。
-a: 提交时的作者信息。
-p: 生成过程中停止容器的运行。

查看镜像列表：

docker images

列出所有本地镜像。

结果中应该包含新创建的 centos:test 镜像。

基于本地模版创建

基于本地模板创建Docker镜像是一种常见的方式，允许使用已有的文件系统快速构建自定义的Docker镜像。

示例

下载操作系统模板文件： 使用 wget 命令从 OPENVZ 开源项目的指定地址下载 Debian 7.0 x86 最小化版本的模板文件。

wget http://download.openvz.org/template/precreated/debian-7.0-x86-minimal.tar.gz

这个命令将从给定的 URL 下载 debian-7.0-x86-minimal.tar.gz 文件。

导入为Docker镜像： 使用 docker import 命令将下载的模板文件导入为Docker镜像。

cat debian-7.0-x86-minimal.tar.gz | docker import - debian:test

cat debian-7.0-x86-minimal.tar.gz 通过 cat 命令将文件内容输出到标准输出。
docker import - debian:test 利用 docker import 命令将标准输出的内容导入为名为 debian，标签为 test 的Docker镜像。

验证导入的镜像： 可以运行以下命令验证成功导入的镜像。

docker images

确保 debian 镜像以及对应的 test 标签出现在列表中。

这样，就成功地通过下载操作系统模板文件并导入为Docker镜像。请注意，这个例子是使用 OPENVZ 模板，实际上，你可以使用不同操作系统的模板文件进行相似的导入操作。

基于Dockerfile 创建

基于 Dockerfile 创建 Docker 镜像是 Docker 中常见的操作之一。Dockerfile 是一个包含一条条指令的文件，每条指令对应 Linux 下的一条命令。通过编写 Dockerfile，可以定义如何构建一个 Docker 镜像，包括基础镜像、软件安装、配置等。

示例

创建和运行 Apache 服务的 Docker 镜像的示例 Dockerfile，以及相关的执行脚本和测试步骤。

创建工作目录并编辑 Dockerfile：

mkdir /opt/apache
cd /opt/apache
vim Dockerfile

#基于的基础镜像
FROM centos:7
#维护镜像的用户信息
MAINTAINER this is apache image <hmj>
#镜像操作指令安装apache软件
RUN yum -y update
RUN yum -y install httpd
#开启 80 端口
EXPOSE 80
#复制网站首页文件
ADD index.html /var/www/html/index.html

在 Dockerfile 中的主要指令解析如下：

使用 FROM centos:7 指定基础镜像为 CentOS 7。
使用 MAINTAINER 标签指定维护者信息。
使用两个 RUN 指令更新系统并安装 Apache。
使用 EXPOSE 80 指令暴露容器的80端口。
使用 ADD 指令将本地的 index.html 复制到容器中。

//方法一：
#将执行脚本复制到镜像中
ADD run.sh /run.sh
RUN chmod 755 /run.sh
#启动容器时执行脚本
CMD ["/run.sh"]
//方法二：
ENTRYPOINT [ "/usr/sbin/apachectl" ]
CMD ["-D", "FOREGROUND"]

提供两种启动容器的方式：一种是通过 CMD 指定执行脚本 /run.sh，另一种是通过 ENTRYPOINT 和 CMD 指定直接启动 Apache。

创建执行脚本 run.sh：

vim run.sh#!/bin/bash
rm -rf /run/httpd/*                            #清理httpd的缓存
/usr/sbin/apachectl -D FOREGROUND            #指定为前台运行
#因为Docker容器仅在它的1号进程（PID为1）运行时，会保持运行。如果1号进程退出了，Docker容器也就退出了。

run.sh 脚本用于在容器启动时执行一些操作，如清理缓存并启动 Apache。

创建网站页面 index.html：

echo "this is test web" > index.html

用于作为 Apache 服务的默认网页。

构建 Docker 镜像：

docker build -t httpd:centos .

使用 docker build 命令基于 Dockerfile 构建名为 httpd:centos 的镜像。

运行容器：

docker run -d -p 1216:80 httpd:centos

使用 docker run 命令在后台运行基于 httpd:centos 镜像的容器，并将容器的80端口映射到主机的1216端口。

测试： 访问 http://192.168.41.31:1216/，你应该能够看到 Apache 默认页面或者测试网页 "this is test web"。

总体上，这个例子演示了如何使用 Dockerfile 构建包含 Apache 服务的镜像，并通过执行脚本和端口映射在容器中运行该服务。

可能出现的问题

Dockerfile 和脚本中，有一些地方可能会导致潜在的问题或报错。以下是一些可能的注意事项：

权限问题：

在执行 chmod 755 /run.sh 时，确保容器内存在 /run.sh 文件，并且具有可执行权限。否则可能导致脚本无法执行。

文件路径和复制问题：

确保 index.html 文件在执行 ADD index.html /var/www/html/index.html 时存在，否则可能导致文件复制失败。

Apache 配置问题：

使用 ENTRYPOINT ["/usr/sbin/apachectl"] 和 CMD ["-D", "FOREGROUND"] 启动 Apache。确保 Apache 在启动时不会由于配置问题或依赖项缺失而崩溃。

端口冲突：

确保主机上的端口 1216 没有被其他进程占用，否则可能导致容器启动失败。

Docker 镜像构建问题：

在构建 Docker 镜像时，确保网络连接正常，能够成功拉取基础镜像，并且 Dockerfile 和相关文件的语法正确。

SELinux 问题：

如果你的主机启用了 SELinux，可能需要考虑 SELinux 导致的权限问题。可以通过在构建时使用 --security-opt label:disable 来禁用 SELinux 标签。

Docker Daemon 问题：

确保 Docker Daemon 正常运行，并且用户有足够的权限执行 Docker 相关操作。

如果有网络报错提示

[Warning] IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.

关于 IPv4 转发被禁用，这可能会影响 Docker 容器的网络功能。解决方法中包含了启用 IPv4 转发的步骤，下面对每一步进行详细解释：

编辑 /etc/sysctl.conf 文件：

vim /etc/sysctl.conf

在文件中添加或修改以下行，启用 IPv4 转发：

net.ipv4.ip_forward=1

保存并关闭文件。

应用 sysctl 配置：

sysctl -p

这会重新加载 sysctl 配置，确保更改立即生效。

重启网络服务：

systemctl restart network

这将重新启动网络服务，以便应用对 sysctl 的更改。

重启 Docker 服务：

systemctl restart docker

这会重新启动 Docker 服务，确保 Docker 正确应用了新的网络配置。

以上步骤的目的是确保 IPv4 转发被启用，从而解决 Docker 容器网络无法正常工作的问题。请注意，修改系统配置可能需要管理员权限。确保在执行这些操作时了解其影响，并谨慎操作。