當(dāng)我對(duì)Docker技術(shù)還是一知半解的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)理解Docker的命令非常困難。于是，我花了幾周的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)Docker的工作原理，更確切地說(shuō)，是關(guān)于Docker統(tǒng)一文件系統(tǒng)（the union file system）的知識(shí)，然后回過(guò)頭來(lái)再看Docker的命令，一切變得順理成章，簡(jiǎn)單極了。

題外話：就我個(gè)人而言，掌握一門技術(shù)并合理使用它的最好辦法就是深入理解這項(xiàng)技術(shù)背后的工作原理。通常情況下，一項(xiàng)新技術(shù)的誕生常常會(huì)伴隨著媒體的大肆宣傳和炒作，這使得用戶很難看清技術(shù)的本質(zhì)。更確切地說(shuō)，新技術(shù)總是會(huì)發(fā)明一些新的術(shù)語(yǔ)或者隱喻詞來(lái)幫助宣傳，這在初期是非常有幫助的，但是這給技術(shù)的原理蒙上了一層砂紙，不利于用戶在后期掌握技術(shù)的真諦。

 

Git就是一個(gè)很好的例子。我之前不能夠很好的使用Git，于是我花了一段時(shí)間去學(xué)習(xí)Git的原理，直到這時(shí)，我才真正明白了Git的用法。我堅(jiān)信只有真正理解Git內(nèi)部原理的人才能夠掌握這個(gè)工具。

 

Image Definition

鏡像（Image）就是一堆只讀層（read-only layer）的統(tǒng)一視角，也許這個(gè)定義有些難以理解，下面的這張圖能夠幫助讀者理解鏡像的定義。

 

 

從左邊我們看到了多個(gè)只讀層，它們重疊在一起。除了最下面一層，其它層都會(huì)有一個(gè)指針指向下一層。這些層是Docker內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，并且能夠在主機(jī)（譯者注：運(yùn)行Docker的機(jī)器）的文件系統(tǒng)上訪問(wèn)到。統(tǒng)一文件系統(tǒng)（union file system）技術(shù)能夠?qū)⒉煌膶诱铣梢粋€(gè)文件系統(tǒng)，為這些層提供了一個(gè)統(tǒng)一的視角，這樣就隱藏了多層的存在，在用戶的角度看來(lái)，只存在一個(gè)文件系統(tǒng)。我們可以在圖片的右邊看到這個(gè)視角的形式。

 

你可以在你的主機(jī)文件系統(tǒng)上找到有關(guān)這些層的文件。需要注意的是，在一個(gè)運(yùn)行中的容器內(nèi)部，這些層是不可見的。在我的主機(jī)上，我發(fā)現(xiàn)它們存在于/var/lib/docker/aufs目錄下。

 

1./var/lib/docker/

2.├── aufs

3.├── containers

4.├── graph

5.├── init

6.├── linkgraph.db

7.├── repositories-aufs

8.├── tmp

9.├── trust

10.└── volumes

11.7 directories, 2 files

12.Container Definition

 

容器（container）的定義和鏡像（image）幾乎一模一樣，也是一堆層的統(tǒng)一視角，唯一區(qū)別在于容器的最上面那一層是可讀可寫的。

 

 

細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，容器的定義并沒(méi)有提及容器是否在運(yùn)行，沒(méi)錯(cuò)，這是故意的。正是這個(gè)發(fā)現(xiàn)幫助我理解了很多困惑。

 

要點(diǎn)：容器 = 鏡像 + 讀寫層。并且容器的定義并沒(méi)有提及是否要運(yùn)行容器。

接下來(lái)，我們將會(huì)討論運(yùn)行態(tài)容器。

 

Running Container Definition

一個(gè)運(yùn)行態(tài)容器（running container）被定義為一個(gè)可讀寫的統(tǒng)一文件系統(tǒng)加上隔離的進(jìn)程空間和包含其中的進(jìn)程。下面這張圖片展示了一個(gè)運(yùn)行中的容器。

 

 

正是文件系統(tǒng)隔離技術(shù)使得Docker成為了一個(gè)前途無(wú)量的技術(shù)。一個(gè)容器中的進(jìn)程可能會(huì)對(duì)文件進(jìn)行修改、刪除、創(chuàng)建，這些改變都將作用于可讀寫層（read-write layer）。下面這張圖展示了這個(gè)行為。

 

 

我們可以通過(guò)運(yùn)行以下命令來(lái)驗(yàn)證我們上面所說(shuō)的：

 

docker run ubuntu touch happiness.txt

即便是這個(gè)ubuntu容器不再運(yùn)行，我們依舊能夠在主機(jī)的文件系統(tǒng)上找到這個(gè)新文件。

 

find / -name happiness.txt

/var/lib/docker/aufs/diff/860a7b...889/happiness.txt

Image Layer Definition

為了將零星的數(shù)據(jù)整合起來(lái)，我們提出了鏡像層（image layer）這個(gè)概念。下面的這張圖描述了一個(gè)鏡像層，通過(guò)圖片我們能夠發(fā)現(xiàn)一個(gè)層并不僅僅包含文件系統(tǒng)的改變，它還能包含了其他重要信息。

 

 

元數(shù)據(jù)（metadata）就是關(guān)于這個(gè)層的額外信息，它不僅能夠讓Docker獲取運(yùn)行和構(gòu)建時(shí)的信息，還包括父層的層次信息。需要注意，只讀層和讀寫層都包含元數(shù)據(jù)。

 

 

除此之外，每一層都包括了一個(gè)指向父層的指針。如果一個(gè)層沒(méi)有這個(gè)指針，說(shuō)明它處于最底層。

 

 

Metadata Location：

 

我發(fā)現(xiàn)在我自己的主機(jī)上，鏡像層（image layer）的元數(shù)據(jù)被保存在名為”json”的文件中，比如說(shuō)：

 

/var/lib/docker/graph/e809f156dc985.../json

e809f156dc985...就是這層的id

一個(gè)容器的元數(shù)據(jù)好像是被分成了很多文件，但或多或少能夠在/var/lib/docker/containers/<id>目錄下找到，<id>就是一個(gè)可讀層的id。這個(gè)目錄下的文件大多是運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，比如說(shuō)網(wǎng)絡(luò)，日志等等。

 

全局理解（Tying It All Together）

現(xiàn)在，讓我們結(jié)合上面提到的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)來(lái)理解Docker的命令。

 

docker create <image-id>

 

 

docker create 命令為指定的鏡像（image）添加了一個(gè)可讀寫層，構(gòu)成了一個(gè)新的容器。注意，這個(gè)容器并沒(méi)有運(yùn)行。

 

 

docker start <container-id>

 

Docker start命令為容器文件系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程隔離空間。注意，每一個(gè)容器只能夠有一個(gè)進(jìn)程隔離空間。

 

docker run <image-id>

 

看到這個(gè)命令，讀者通常會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)：docker start 和 docker run命令有什么區(qū)別。

 

 

從圖片可以看出，docker run 命令先是利用鏡像創(chuàng)建了一個(gè)容器，然后運(yùn)行這個(gè)容器。這個(gè)命令非常的方便，并且隱藏了兩個(gè)命令的細(xì)節(jié)，但從另一方面來(lái)看，這容易讓用戶產(chǎn)生誤解。

 

題外話：繼續(xù)我們之前有關(guān)于Git的話題，我認(rèn)為docker run命令類似于git pull命令。git pull命令就是git fetch 和 git merge兩個(gè)命令的組合，同樣的，docker run就是docker create和docker start兩個(gè)命令的組合。

 

docker ps

 

docker ps 命令會(huì)列出所有運(yùn)行中的容器。這隱藏了非運(yùn)行態(tài)容器的存在，如果想要找出這些容器，我們需要使用下面這個(gè)命令。

 

docker ps –a
 

 

 

docker ps –a命令會(huì)列出所有的容器，不管是運(yùn)行的，還是停止的。

 

docker images
 

 

 

docker images命令會(huì)列出了所有頂層（top-level）鏡像。實(shí)際上，在這里我們沒(méi)有辦法區(qū)分一個(gè)鏡像和一個(gè)只讀層，所以我們提出了top-level鏡像。只有創(chuàng)建容器時(shí)使用的鏡像或者是直接pull下來(lái)的鏡像能被稱為頂層（top-level）鏡像，并且每一個(gè)頂層鏡像下面都隱藏了多個(gè)鏡像層。

 

docker images –a

 

 

docker images –a命令列出了所有的鏡像，也可以說(shuō)是列出了所有的可讀層。如果你想要查看某一個(gè)image-id下的所有層，可以使用docker history來(lái)查看。

 

docker stop <container-id>

 

docker stop命令會(huì)向運(yùn)行中的容器發(fā)送一個(gè)SIGTERM的信號(hào)，然后停止所有的進(jìn)程。

 

docker kill <container-id>

 

docker kill 命令向所有運(yùn)行在容器中的進(jìn)程發(fā)送了一個(gè)不友好的SIGKILL信號(hào)。

 

docker pause <container-id>

 

docker stop和docker kill命令會(huì)發(fā)送UNIX的信號(hào)給運(yùn)行中的進(jìn)程，docker pause命令則不一樣，它利用了cgroups的特性將運(yùn)行中的進(jìn)程空間暫停。具體的內(nèi)部原理你可以在這里找到：https://www.kernel.org/doc/Doc ... m.txt，但是這種方式的不足之處在于發(fā)送一個(gè)SIGTSTP信號(hào)對(duì)于進(jìn)程來(lái)說(shuō)不夠簡(jiǎn)單易懂，以至于不能夠讓所有進(jìn)程暫停。

 

docker rm <container-id>

 

docker rm命令會(huì)移除構(gòu)成容器的可讀寫層。注意，這個(gè)命令只能對(duì)非運(yùn)行態(tài)容器執(zhí)行。

 

docker rmi <image-id>

 

docker rmi 命令會(huì)移除構(gòu)成鏡像的一個(gè)只讀層。你只能夠使用docker rmi來(lái)移除最頂層（top level layer）（也可以說(shuō)是鏡像），你也可以使用-f參數(shù)來(lái)強(qiáng)制刪除中間的只讀層。

 

docker commit <container-id>

 

docker commit命令將容器的可讀寫層轉(zhuǎn)換為一個(gè)只讀層，這樣就把一個(gè)容器轉(zhuǎn)換成了不可變的鏡像。

 

 

docker build

 

docker build命令非常有趣，它會(huì)反復(fù)的執(zhí)行多個(gè)命令。

 

我們從上圖可以看到，build命令根據(jù)Dockerfile文件中的FROM指令獲取到鏡像，然后重復(fù)地1）run（create和start）、2）修改、3）commit。在循環(huán)中的每一步都會(huì)生成一個(gè)新的層，因此許多新的層會(huì)被創(chuàng)建。

 

docker exec <running-container-id>

 

docker exec 命令會(huì)在運(yùn)行中的容器執(zhí)行一個(gè)新進(jìn)程。

 

docker inspect <container-id> or <image-id>

 

 

docker inspect命令會(huì)提取出容器或者鏡像最頂層的元數(shù)據(jù)。

 

docker save <image-id>

 

docker save命令會(huì)創(chuàng)建一個(gè)鏡像的壓縮文件，這個(gè)文件能夠在另外一個(gè)主機(jī)的Docker上使用。和export命令不同，這個(gè)命令為每一個(gè)層都保存了它們的元數(shù)據(jù)。這個(gè)命令只能對(duì)鏡像生效。

 

docker export <container-id>

 

docker export命令創(chuàng)建一個(gè)tar文件，并且移除了元數(shù)據(jù)和不必要的層，將多個(gè)層整合成了一個(gè)層，只保存了當(dāng)前統(tǒng)一視角看到的內(nèi)容（譯者注：expoxt后的容器再import到Docker中，通過(guò)docker images –tree命令只能看到一個(gè)鏡像；而save后的鏡像則不同，它能夠看到這個(gè)鏡像的歷史鏡像）。

 

docker history <image-id>

 

docker history命令遞歸地輸出指定鏡像的歷史鏡像。