> 作者：三十
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> 來源：[恆生LIGHT雲社群](https://developer.hs.net/thread/1798)

# Docker是如何組織儲存的

dokcer在組織儲存內容時很巧妙的應用了分層複用的思想。所以我們可以以此為案例學習一下該思想。

## **1.映象分層**

一個Docker映象在構建的過程中分了很多層，每一層都是隻讀的。結合下面例子進行說明：

```
# syntax=docker/dockerfile:1
FROM ubuntu:18.04
LABEL org.opencontainers.image.authors="org@example.com"
COPY . /app
RUN make /app
RUN rm -r $HOME/.cache
CMD python /app/app.py
```

這個Dockerfile中會有4條指令改變了檔案系統並建立了新層。

* `FROM`指令從ubuntu:18.04的映象中建立了基礎層。
* `LABEL`指令僅僅修改了映象的後設資料，不會建立新層。
* `COPY`指令將執行本次構建的當前目錄中的內容新增到映象當中，會建立一個新層記錄改變。
* 第一個`RUN`指令，構建了程式並將結果輸出到映象中，會建立一個新層記錄改變。
* 第二個`RUN`指令，刪除了快取目錄，會建立一個新層記錄改變。
* `CMD`指令定義了容器中執行的指令，只是修改了映象的後設資料，並不會建立新層。

這裡每層都只記錄與其上一層的不同。當我們建立一個容器的時候，這是就會建立一層可寫層，也叫容器層。對於正在執行中的容器的內容的變化都會記錄在該層中。下圖描述了該關係：

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640137334680-fb2c195d-876b-42c3-9566-c1a025433923.png)![1640137334680-fb2c195d-876b-42c3-9566-c1a025433923.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/X753uAzBXcsKR6F075BrHOFmnXOOCSykdryzDA2M_thumb.png "4356")

## **2.容器分層**

容器和映象的不同主要是最頂層的可寫層的不同，所有對於容器的寫操作都會記錄在這層中，如果容器被刪除，那麼這個可寫層也會被刪除，但是映象會被保留。

**注意**：如果想要多個容器共享相同的資料，可以透過Docker Volumes實現。

每個容器都有其自己的可寫層，所有的變換都會被存放在其中，所以多個容器可共享同一個映象。下圖描述了該關係：

![1640137769465-a75c1a69-c1bd-4ec5-8fb4-1e7720e1fad4.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/HA4K7YNoS6ZRUCBKNeBXfUnuSIABW4Z8YCBTFgGt_thumb.png "4357")

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640137769465-a75c1a69-c1bd-4ec5-8fb4-1e7720e1fad4.png)

**注意** ：此處還有個細節，多個映象可能共用相同的層，比如兩個映象中有相同的層，那麼在構建或是拉取的時候發現本地以存在，則不會再次構建或拉取。所以計算映象大小的時候，不能僅透過 `docker images`命令顯示出的大小來彙總求和，該值有可能大於實際值。

## **3.容器在磁碟佔用的空間**

可以透過 `docker ps -s`命令，來看正在執行中的容器佔用的空間（部分值）。兩個列的不同代表的內容：

* size： 容器的可寫層佔用的磁碟大小
* virtual size： 包含了容器可寫層和只讀映象的大小。

容器佔用磁碟空間的其它途徑：

* 容器產生的日誌檔案。
* 使用Volume和bind mounts掛載的內容。
* 容器的配置檔案
* 記憶體中的內容（如果開啟了swapping）
* Checkpoints（如果使用了該功能）

## **4.Copy-on-Write（CoW）策略**

Docker中的儲存驅動都是採用該策略。

CoW策略能夠最大效率的共享和複製檔案。如果一個檔案在映象的更低層存在，那麼其上層（包括可寫層）需要讀取該內容則可以直接使用該檔案。當需要對其進行修改時，會複製該檔案到該層並進行修改。這最大限度的減少了IO和每個後續層的大小。

### **4.1共享使映象更小**

當我們使用 `docker pull`拉取映象或是使用一個本地沒有的映象建立容器的時候，該映象會被分層的儲存到本地Dockers儲存區域中。在linux中通常是 `/var/lib/docker`。

我們可以去 `/var/lib/docker/<storage-driver>`目錄下看我們已拉取各層映象。比如使用 `overlay2`儲存驅動。

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640140851952-2910dfe1-909b-4602-a079-56f76fff4033.png)![1640140851952-2910dfe1-909b-4602-a079-56f76fff4033.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/sEQTzg2fTjP0c0Pn66IATLLRNzuqBzDNiEfvCceo_thumb.png "4358")

這麼多層，我們可以透過 `docker image inspect`來檢視某個映象包含哪些層

```
docker image inspect --format "{{json .RootFS.Layers}}" redis

docker image inspect --format "{{json .RootFS.Layers}}" mysql:5.7
```

![1640142072093-fd9a9b7c-d4f5-4237-b17b-affcaf1a1661.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/bbDF8F6VebBJmwE3NakdQDysNnkoeDCiEZzyibMA_thumb.png "4361")

![1640142098070-ada894b4-dad6-4a4e-9ac3-8f33e62af4f5.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/ODSi3gMeCZbvIW7Qv5sWLFilunwgiDEiPzyeX3o8_thumb.png "4360")

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640142098070-ada894b4-dad6-4a4e-9ac3-8f33e62af4f5.png)

透過上面檢視我們可以看到redis和mysql5.7運用了同一層，這樣共享相同層就大大節省了儲存映象的空間，同時也提升了拉取映象的速度 。

我們可以透過 `docker image history`命令來檢視映象分層情況，以redis為例

```
docker history redis
```

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640141203613-f56c77c9-109c-4172-b921-c2070a5f7232.png)![1640141203613-f56c77c9-109c-4172-b921-c2070a5f7232.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/BGnMAMwJVgbB1n7SmJZIHvXVFQzT0rzzrg29YnSo_thumb.png "4362")

**注意 ：**

* 有些步驟的大小為0，是因為他們只改變了後設資料，並不會產生新層，也不會佔用額外的空間（除後設資料本身）。所以上述redis映象中包含了5層。
* `<missing>`步驟，這些步驟可能是以下情況中的一種

* 在另一個系統上構建的
  * 從Docker Hub中提取的
  * 使用BuildKit作為構建器構建的。

### **4.2複製讓容器更有效率**

當我們啟動一個容器的時候，會新增一個可寫層在映象之上，用於儲存所有的變化。當對已有檔案進行修改的時候採用CoW策略。首先會到各層尋找到該檔案，然後複製該檔案到可寫層，然後進行修改並儲存。

這麼做能夠讓我們最大限度地減少I/O操作。

但是，很明顯的是當一個容器中的應用需要進行頻繁的寫操作，那麼會造成可寫層越來越龐大，此時我們可以透過Volume來幫助我們分擔壓力。

容器的後設資料和日誌是單獨存放的，一般是存放在 `/var/lib/docker/containers`中，我們可以使用 `du -sh /var/lib/docker/containers/*`來檢視各個容器佔用多少。（容器ID其實就是資料夾名稱的前12位）。

![1640150005546-d70efffc-b3db-4afd-9042-370929dcebc4.png](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/22/nmtf8ZDlXmSGDvgymyKDx1EjtSSR8j2UPuSA8mmo_thumb.png "4363")

![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/8387730/1640150005546-d70efffc-b3db-4afd-9042-370929dcebc4.png)

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![](https://developer.hs.net/storage/attachments/2021/12/20/vzjJlveZdvxcz6rUjIBaPMbRK36iL8jCjtMU5h97.png)</missing></storage-driver>

跟著Docker學分層複用思想

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