Docker学习：Image的本地存储结构
原文地址：https://segmentfault.com/a/1190000017579626
写在前面
在使用Docker时候，针对镜像的操作一般就是docker pull，docker build，docker commit（刚开始接触Docker的时候，还不会Dockerfile，经常使用这个命令，但是经历了一次血的教训，我已经放弃这个命令很久）这些操作，大概都知道Images在Docker中是由无数个Layer组成，但是，Image在本地是如何存储的？上述操作又会对本地存储带来怎样的变化？抱着学习的态度，我从刚刚安装完docker开始，一步一步研究docker image的目录结构和含义。
本人也只是docker初学者，写文章的目的也是希望自己不仅仅停留在会使用docker的阶段，还能够边用边学边总结，一方面加深自己的理解，另一方面希望通过这种方式与一起学习Docker的童鞋们交流。如有错误，欢迎批评指正，谢谢。
背景：Image 大小无法压缩引出的问题
以前基本都在本地服务器上使用Dockerfile构建镜像，一般来说磁盘的空间都是足够的，而且基本不需要docker save，应用场景也不存在频发启动容器的情况，所以不管是空间还是效率的角度，都没有刻意去压缩构建出来的镜像大小。但是，最近因为需要在VPS上构建，可用的空间严重受限，因此，觉得重写Dockerfile来压缩镜像大小。本以为应该是一件很简单的事情，果然太年轻。直接从dockerfile说起：
FROM alpine
........
RUN apk -U upgrade && \
apk -v add --no-cache bash curl && \
apk -v add --no-cache --virtual .build-deps gcc make && \
apk -v add --no-cache mysql-client libc-dev mariadb-dev && \
rm -rf /var/cache/apk/*
COPY ./startService.sh /
........
RUN make clean && make && make install && \
apk del .build-deps
CMD ["/bin/bash", "/startService.sh"]实验发现上面的写法，apk del .build-deps这一句加不加，大小都是一样的，也就是说完全没有像预期的一样，卸载环境就可以压缩大小。一通googole，问题得到了解决，大家给出来的原因基本可以总结为：“Image是由多个Layer组成的，后面的Layer没办法修改前面的Layer”，修改一下dockerfile就能解决：
FROM alpine
........
RUN apk -U upgrade && \
apk -v add --no-cache bash curl && \
apk -v add --no-cache mysql-client libc-dev mariadb-dev && \
rm -rf /var/cache/apk/*
COPY ./startService.sh /
........
RUN apk -v add --no-cache --virtual .build-deps gcc make && \
make clean && make && make install && \
apk del .build-deps
CMD ["/bin/bash", "/startService.sh"]问题确实解决了，也大概能体会到在dockerfile中，最好把中间过程写在一起，减少Layer，但是，为什么会这样？很明显，从最开始的错误理解和现在的不理解，都是因为对Image的实现原理不清楚，所以，决定从Image本地目录结构的角度来分析和理解。如果只想看结论，直接跳到最后吧。
环境
- Centos 7.4
- Docker 18.09.0
因为不同的Docker版本，目录结构有一些差异，下面的操作都是针对V18.09.0，而不同的操作系统会影响默认的存储方式等，这里使用的是Centos 7.4。
接下来的内容，首先根据最初始的Docker环境，拉去一个alpine镜像分析本地目录结构，以及每一个目录或文件的含义；然后基于alpine镜像，从dockerfile中构建一个简单的test-image镜像，完成构建之后进一步分析和验证目录或文件的含义，并分析Image和Layer的关联关系在本地文件系统是如何实现关联的。
从最简单的docker pull alpine了解本地目录结构
一般默认安装启动Docker，所有相关的文件都会存储在/var/lib/docker下面，可以使用tree /var/lib/docker 查看目录结构，而与Image相关的目录主要包括两个：image和overlay2，需要注意overlay2，是存储驱动，不同的操作系统和docker版本可能不太一致，所以在查看目录的时候要结合自己的环境:
/var/lib/docker
├── builder
│ └── fscache.db
├── buildkit
│ ├── cache.db
│ ├── content
│ │ └── ingest
│ ├── executor
│ ├── metadata.db
│ └── snapshots.db
├── containerd
│ └── daemon
│ ├── ........
│ └── tmpmounts
├── containers
├── image
│ └── overlay2
│ ├── distribution
│ ├── imagedb
│ │ ├── content
│ │ │ └── sha256
│ │ └── metadata
│ │ └── sha256
│ ├── layerdb
│ └── repositories.json
├── network
│ └── files
│ └── local-kv.db
├── overlay2
│ ├── backingFsBlockDev
│ └── l
├── plugins
│ ├── storage
│ │ └── blobs
│ │ └── tmp
│ └── tmp
├── runtimes
├── swarm
├── tmp
├── trust
└── volumes
└── metadata.db因为上面是刚安装完的状态，并没有pull或者build任何镜像，所以目前image目录下只有一些默认的文件或者目录，而且文件和目录也没有存什么有用的信息。现在我们使用docker pull alpine获取一个最简单的镜像。
[root@docker-learn docker]# docker pull alpine
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/alpine
cd784148e348: Pull complete
Digest: sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1
Status: Downloaded newer image for alpine:latest上面拉去过程只会产生一个Layer，我们可以通过docker images --digests命令查看拉取的镜像，注意Image ID和digest的区别。
[root@docker-learn docker]# docker images --digests
REPOSITORY TAG DIGEST IMAGE ID CREATED SIZE
alpine latest sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1 3f53bb00af94 8 days ago 4.41MB此时，我们可以再看文件系统的变化，为了方便，只展示image目录：
image/
└── overlay2
├── distribution
│ ├── diffid-by-digest
│ │ └── sha256
│ │ └── cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
│ └── v2metadata-by-diffid
│ └── sha256
│ └── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
├── imagedb
│ ├── content
│ │ └── sha256
│ │ └── 3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991
│ └── metadata
│ └── sha256
├── layerdb
│ ├── sha256
│ │ └── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
│ │ ├── cache-id
│ │ ├── diff
│ │ ├── size
│ │ └── tar-split.json.gz
│ └── tmp
└── repositories.jsonrepositories.json
这个文件存储了本地的所有images列表，里面目前包含了两个，"alpine:latest"和"alpine@sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1"，其实这两个是同一个镜像，你可以在刚刚docker images --digests看到，前者是tag，后者是digest(docker inspect 3f53bb00af94也可以看到相同的效果)。
{
"Repositories": {
"alpine": {
"alpine:latest": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991",
"alpine@sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991"
}
}
}imagedb目录
imagedb/
├── content
│ └── sha256
│ └── 3f53bb00af9......
└── metadata
└── sha256该目录存储了镜像的相关信息，每个镜像的内容都包含在自己的目录下，目录名即为该镜像的Image ID。
首先是metadata目录，该目录保存每个镜像的parent镜像ID，因为这里的alpine:lasted镜像没有更上层的镜像，所以目录为空，后续我们使用docker build构建一个镜像，再进一步分析。
其次是content目录，该目录下存储了镜像的JSON格式描述信息：
{
"architecture": "amd64",
"config": {
"ArgsEscaped": true,
"AttachStderr": false,
"AttachStdin": false,
"AttachStdout": false,
"Cmd": [
"/bin/sh"
],
"Domainname": "",
"Entrypoint": null,
"Env": [
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
],
"Hostname": "",
"Image": "sha256:49573004c44f9413c7db63cbab336356e7a8843139fca5e68f92d84a56f0e6df",
"Labels": null,
"OnBuild": null,
"OpenStdin": false,
"StdinOnce": false,
"Tty": false,
"User": "",
"Volumes": null,
"WorkingDir": ""
},
"container": "c44d11fa67899a984d66f5542092b474f11ca95cc9b03b1470546f16ec8ce74f",
"container_config": {
"ArgsEscaped": true,
"AttachStderr": false,
"AttachStdin": false,
"AttachStdout": false,
"Cmd": [
"/bin/sh",
"-c",
"#(nop) ",
"CMD [\"/bin/sh\"]"
],
"Domainname": "",
"Entrypoint": null,
"Env": [
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
],
"Hostname": "c44d11fa6789",
"Image": "sha256:49573004c44f9413c7db63cbab336356e7a8843139fca5e68f92d84a56f0e6df",
"Labels": {},
"OnBuild": null,
"OpenStdin": false,
"StdinOnce": false,
"Tty": false,
"User": "",
"Volumes": null,
"WorkingDir": ""
},
"created": "2018-12-21T00:21:30.122610396Z",
"docker_version": "18.06.1-ce",
"history": [
{
"created": "2018-12-21T00:21:29.97055571Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) ADD file:2ff00caea4e83dfade726ca47e3c795a1e9acb8ac24e392785c474ecf9a621f2 in / "
},
{
"created": "2018-12-21T00:21:30.122610396Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) CMD [\"/bin/sh\"]",
"empty_layer": true
}
],
"os": "linux",
"rootfs": {
"diff_ids": [
"sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8"
],
"type": "layers"
}
}解释以下主要的几个部分：
- config: 未来根据这个image启动container时，config里面的配置就是运行container时的默认参数。
- container: 此处为一个容器ID，一般我们执行
docker build构建镜像时，可以看见是不断地生成新的container，然后提交为新的image，此处的容器ID即生成该镜像时临时容器的ID，后面通过docker build构建镜像会进一步验证。 - container_config：上述临时容器的配置，可以对比containner_config与config的内容，字段完全一致，验证了config的作用。
- history：构建该镜像的所有历史命令
- rootfs：该镜像包含的layer层的diff id。
layerdb目录
和imagedb目录一样，根据命名即可理解该目录主要用来存储Docker的Layer信息，在只有一个alpine:lasted镜像的情况下，目录结构如下：
layerdb/
├── sha256
│ └── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
│ ├── cache-id
│ ├── diff
│ ├── size
│ └── tar-split.json.gz
└── tmp在我们docker pull alpine:lasted的时候，可以发现只pull了一层，而在上面imagedb/content中的镜像信息中，rootfs中也只有一个diff，因此，与此处的一个Layer层吻合。但是，需要注意此处的 7bff100f35... 与rootfs中的diff_id 7bff100f35...虽然值一样，但是含义并不相同，此处标识Layer的Chain ID，之所以此处一致，是因为在只有一层Layer，没有parent时，diff id与chain id相等，后面我们构建test-image后再来分析即可看出区别。
在改Layer的目录下，包含四个文件：
-
diff：该Layer层的diff id
[root@docker-learn overlay2]# cat layerdb/sha256/7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8/diff sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8如上面所述，最底层的Layer具有相同的chain id 和 diff id
-
size：该Layer的大小，单位字节
[root@docker-learn overlay2]# cat layerdb/sha256/7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8/size 4413428在docker images中，我们可以看到alpine镜像的大小为4.41MB，将此处的大小进行换算 4413428/(1024*1024)，发现大小不一致，第一反应是Image相对于Layer还增加了其他信息，但是理论上似乎无法解释，于是使用
docker inspect alpine查看了镜像的具体信息，发现其中Size: 4413428，与该处数值一直，那么4.41M应该是4413428/(1000000)计算得来，后面我们会使用test-image镜像进一步验证。 - tar-split.json.gz：layer层数据tar压缩包的split文件
该文件生成需要依赖tar-split，通过这个文件可以还原layer的tar包。
-
cache_id：内容为一个uuid，指向Layer本地的真正存储位置。
[root@docker-learn layerdb]# cat sha256/7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8/cache-id 281c53a74496be2bfcf921ceee5ec2d95139c43fec165ab667a77899b3691d56那么Layer本地真正的存储位置又在何处呢？便是上面提到的
/var/lib/docker/overlay2目录下：[root@docker-learn overlay2]# ls 281c53a74496be2bfcf921ceee5ec2d95139c43fec165ab667a77899b3691d56 backingFsBlockDev l
需要注意，layerdb目录下除了diff、size、cache_id和tar-split.json.gz文件，还应该包括一个parent文件，文件存储了当前Layer层的父层chain_id，因为当前alpine镜像只有一层，所以也就没有parent。
distribution目录
该目录包含了Layer层diif id和digest之间的对应关系。
[root@docker-learn overlay2]# tree distribution/
distribution/
├── diffid-by-digest
│ └── sha256
│ └── cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
└── v2metadata-by-diffid
└── sha256
└── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
4 directories, 2 filesv2metadata-by-diffid目录下，我们可以通过Layer的diff id找到对应的digest，并且包含了生成该digest的源仓库。
[
{
"Digest": "sha256:cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3",
"HMAC": "",
"SourceRepository": "docker.io/library/alpine"
}
]diffid-by-digest目录则与v2metadata-by-diffid相反
[root@docker-learn overlay2]# cat distribution/diffid-by-digest/sha256/cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8到这里为止，基于最简单的alpine镜像，我们看到了Image的本地目录结构，以及每一个目录或文件大概的作用。但是，因为该镜像只有一层，很多关联关系并没有很好的体现，接下来用一个稍微复杂的镜像再过一遍上述过程。
基于docker build test-image进一步理解目录结构
一个简单的dockerfile构建test-image
FROM alpine
LABEL name="test-image"
RUN apk -v add --no-cache bash
RUN apk -v add --no-cache curl
COPY ./startService.sh /
CMD ["/bin/bash", "/startService.sh"]构建过程输出如下：
[root@docker-learn docker]# docker build -t test-image .
Sending build context to Docker daemon 3.072kB
Step 1/6 : FROM alpine
---> 3f53bb00af94
Step 2/6 : LABEL name="test-image"
---> Running in 3bd6320fc291
Removing intermediate container 3bd6320fc291
---> bb97dd1fb1a1
Step 3/6 : RUN apk -v add --no-cache bash
---> Running in f9987ff57ad7
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.8/main/x86_64/APKINDEX.tar.gz
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.8/community/x86_64/APKINDEX.tar.gz
(1/5) Installing ncurses-terminfo-base (6.1_p20180818-r1)
(2/5) Installing ncurses-terminfo (6.1_p20180818-r1)
(3/5) Installing ncurses-libs (6.1_p20180818-r1)
(4/5) Installing readline (7.0.003-r0)
(5/5) Installing bash (4.4.19-r1)
Executing bash-4.4.19-r1.post-install
Executing busybox-1.28.4-r2.trigger
OK: 18 packages, 136 dirs, 2877 files, 13 MiB
Removing intermediate container f9987ff57ad7
---> a5635f1b1d00
Step 4/6 : RUN apk -v add --no-cache curl
---> Running in c49fb2e4b311
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.8/main/x86_64/APKINDEX.tar.gz
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.8/community/x86_64/APKINDEX.tar.gz
(1/5) Installing ca-certificates (20171114-r3)
(2/5) Installing nghttp2-libs (1.32.0-r0)
(3/5) Installing libssh2 (1.8.0-r3)
(4/5) Installing libcurl (7.61.1-r1)
(5/5) Installing curl (7.61.1-r1)
Executing busybox-1.28.4-r2.trigger
Executing ca-certificates-20171114-r3.trigger
OK: 23 packages, 141 dirs, 3040 files, 15 MiB
Removing intermediate container c49fb2e4b311
---> 9156d1521a2f
Step 5/6 : COPY ./startService.sh /
---> 704626646baf
Step 6/6 : CMD ["/bin/bash", "/startService.sh"]
---> Running in 1c5e6e861264
Removing intermediate container 1c5e6e861264
---> 6cd0a66e83f1
Successfully built 6cd0a66e83f1
Successfully tagged test-image:latest镜像build过程可以理解为基于一个镜像启动一个容器，在容器内执行Dockerfile里的一条命令，生成一个新的镜像。根据上述的输入，test-image的构建过程可以表示为：
最终生成的test-image镜像ID为 6cd0a66e83f1，我们从该镜像开始，再一次分析本地目录。首先查看镜像的基本信息：
[root@docker-learn docker]# docker images --digests test-image
REPOSITORY TAG DIGEST IMAGE ID CREATED SIZE
test-image latest <none> 6cd0a66e83f1 About an hour ago 9.88MB如前面所述，digest是有docker repository生成，因为本地构建完之后并没有推送至远程仓库，所以为None。此时，image目录发生了如下变化:
image/
└── overlay2
├── distribution
│ ├── diffid-by-digest
│ │ └── sha256
│ │ └── cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
│ └── v2metadata-by-diffid
│ └── sha256
│ └── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
├── imagedb
│ ├── content
│ │ └── sha256
│ │ ├── 3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991
│ │ ├── 6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924
│ │ ├── 704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836
│ │ ├── 9156d1521a2fd50d972e1e1abc30d37df7c8e8f7825ca5955170f3b5441b3341
│ │ ├── a5635f1b1d0078cd926f21ef3ed77b357aa899ac0c8bf80cae51c37129167e3a
│ │ └── bb97dd1fb1a10b717655594950efb4605ff0d3f2f631feafc4558836c2b34c3c
│ └── metadata
│ └── sha256
│ ├── 6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924
│ │ ├── lastUpdated
│ │ └── parent
│ ├── 704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836
│ │ └── parent
│ ├── 9156d1521a2fd50d972e1e1abc30d37df7c8e8f7825ca5955170f3b5441b3341
│ │ └── parent
│ ├── a5635f1b1d0078cd926f21ef3ed77b357aa899ac0c8bf80cae51c37129167e3a
│ │ └── parent
│ └── bb97dd1fb1a10b717655594950efb4605ff0d3f2f631feafc4558836c2b34c3c
│ └── parent
├── layerdb
│ ├── mounts
│ ├── sha256
│ │ ├── 0e88764cdf90e8a5d6597b2d8e65b8f70e7b62982b0aee934195b54600320d47
│ │ │ ├── cache-id
│ │ │ ├── diff
│ │ │ ├── parent
│ │ │ ├── size
│ │ │ └── tar-split.json.gz
│ │ ├── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
│ │ │ ├── cache-id
│ │ │ ├── diff
│ │ │ ├── size
│ │ │ └── tar-split.json.gz
│ │ ├── 80fe1abae43103e3be54ac2813114d1dea6fc91454a3369104b8dd6e2b1363f5
│ │ │ ├── cache-id
│ │ │ ├── diff
│ │ │ ├── parent
│ │ │ ├── size
│ │ │ └── tar-split.json.gz
│ │ └── db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655
│ │ ├── cache-id
│ │ ├── diff
│ │ ├── parent
│ │ ├── size
│ │ └── tar-split.json.gz
│ └── tmp
└── repositories.json可以看到，相比于只有alpine镜像的时候，在imagedb的content和metadata下，增加了build过程中产生的镜像（镜像ID能够一一对应），在layerdb下增加了三个Layer，目前还看不出来关联关系，后续分析。
repositories.json
[root@docker-learn docker]# cat image/overlay2/repositories.json | python -m json.tool
{
"Repositories": {
"alpine": {
"alpine:latest": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991",
"alpine@sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991"
},
"test-image": {
"test-image:latest": "sha256:6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924"
}
}
}可以看见，增加了test-image这一项，包含其tag和id。
imagedb目录
[root@docker-learn overlay2]# tree imagedb/
imagedb/
├── content
│ └── sha256
│ ├── 3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991
│ ├── 6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924
│ ├── 704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836
│ ├── 9156d1521a2fd50d972e1e1abc30d37df7c8e8f7825ca5955170f3b5441b3341
│ ├── a5635f1b1d0078cd926f21ef3ed77b357aa899ac0c8bf80cae51c37129167e3a
│ └── bb97dd1fb1a10b717655594950efb4605ff0d3f2f631feafc4558836c2b34c3c
└── metadata
└── sha256
├── 6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924
│ ├── lastUpdated
│ └── parent
├── 704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836
│ └── parent
├── 9156d1521a2fd50d972e1e1abc30d37df7c8e8f7825ca5955170f3b5441b3341
│ └── parent
├── a5635f1b1d0078cd926f21ef3ed77b357aa899ac0c8bf80cae51c37129167e3a
│ └── parent
└── bb97dd1fb1a10b717655594950efb4605ff0d3f2f631feafc4558836c2b34c3c
└── parent
9 directories, 12 files在构建test-image之前，metadata目录为空，因为alpine没有parent，在build之后，新增了5个目录，分别对应docker build test-image所产生的5个镜像，每一层以上一层为parent，即parent文件中存储了上一层image id。
content目录中，相比于构建test-image之前，也多了上述5个镜像的内容，以test-image为例（目前的最底层镜像），查看其描述信息：
{
"architecture": "amd64",
"config": {
"ArgsEscaped": true,
"AttachStderr": false,
"AttachStdin": false,
"AttachStdout": false,
"Cmd": [
"/bin/bash",
"/startService.sh"
],
"Domainname": "",
"Entrypoint": null,
"Env": [
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
],
"Hostname": "",
"Image": "sha256:704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836",
"Labels": {
"name": "test-image"
},
"OnBuild": null,
"OpenStdin": false,
"StdinOnce": false,
"Tty": false,
"User": "",
"Volumes": null,
"WorkingDir": ""
},
"container": "1c5e6e861264654f79a190eba5157dd4dedce59ab3de098a3625fb4e5b6f1d98",
"container_config": {
"ArgsEscaped": true,
"AttachStderr": false,
"AttachStdin": false,
"AttachStdout": false,
"Cmd": [
"/bin/sh",
"-c",
"#(nop) ",
"CMD [\"/bin/bash\" \"/startService.sh\"]"
],
"Domainname": "",
"Entrypoint": null,
"Env": [
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
],
"Hostname": "1c5e6e861264",
"Image": "sha256:704626646baf8bdea82da237819cded076a0852eb97dba2fc731569dd85ae836",
"Labels": {
"name": "test-image"
},
"OnBuild": null,
"OpenStdin": false,
"StdinOnce": false,
"Tty": false,
"User": "",
"Volumes": null,
"WorkingDir": ""
},
"created": "2019-01-01T02:29:19.701494089Z",
"docker_version": "18.09.0",
"history": [
{
"created": "2018-12-21T00:21:29.97055571Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) ADD file:2ff00caea4e83dfade726ca47e3c795a1e9acb8ac24e392785c474ecf9a621f2 in / "
},
{
"created": "2018-12-21T00:21:30.122610396Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) CMD [\"/bin/sh\"]",
"empty_layer": true
},
{
"created": "2019-01-01T02:29:06.530296297Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) LABEL name=test-image",
"empty_layer": true
},
{
"created": "2019-01-01T02:29:14.182236016Z",
"created_by": "/bin/sh -c apk -v add --no-cache bash"
},
{
"created": "2019-01-01T02:29:19.327280058Z",
"created_by": "/bin/sh -c apk -v add --no-cache curl"
},
{
"created": "2019-01-01T02:29:19.549474383Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) COPY file:fff66db7f2d773b25215edcc9d5697d84813835e3b731e5a6afe9a9b9647ecec in / "
},
{
"created": "2019-01-01T02:29:19.701494089Z",
"created_by": "/bin/sh -c #(nop) CMD [\"/bin/bash\" \"/startService.sh\"]",
"empty_layer": true
}
],
"os": "linux",
"rootfs": {
"diff_ids": [
"sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8",
"sha256:b1ddbff022577cd249a074285a1a7eb76d7c9139132ba5aa4272fc115dfa9e36",
"sha256:9edc93f4dcf640f272ed73f933863dbefae6719745093d09c6c6908f402b1c34",
"sha256:a6c8828ba4b58628284f783d3c918ac379ae2aba0830f4c926a330842361ffb6"
],
"type": "layers"
}
}主要注意一下几个参数：
- container: 这里的容器ID可以与图XX中生成该image的容器ID对应上。
- container_config：容器配置状态，可以看出是执行完dockerfile中命令之后的容器状态。
- rootfs：镜像包含的Layer的diff id，可以看出test-image镜像包含了四个Layer。当我第一次分析这里的时候，有一点点困惑，在我想象中Dockerfile中的每一条命令对应一个Layer，也就是一个diff id，但是在dockerfile中包含6条命令，这里却只有四层，进一步整理并分析每一个image的rootfs，如下图2所示。可以看到，在 LABEL name="test-image"和CMD ["/bin/bash", "/startService.sh"]这两行并未产生新的Layer。事实上，如果我们认为镜像是一个打包的静态OS，那么Layer可以认为是描述该OS的fs变化，即文件系统中文件或者目录发生的改变，很明显上述两行命令并不会引起fs的变化，只是会写入该镜像的config中，在生成容器时读取即可，自然也就不存在diff id。
至此，解释完了Image相关的目录，总结一下，单个Image的配置信息在content目录中，以image id为文件名存储，Image之间关联信息在metadata中，以parent文件存储。然后，我们根据image生成容器的时候，可是生成了一个文件系统，但是上述这些信息并不包含fs的数据。因为真正的fs数据是存储在Layer中的。如前面所述，Layer的信息存储在layerdb目录下，所以我们转战layerdb目录。
layerdb目录
[root@docker-learn overlay2]# tree layerdb/
layerdb/
├── mounts
├── sha256
│ ├── 0e88764cdf90e8a5d6597b2d8e65b8f70e7b62982b0aee934195b54600320d47
│ │ ├── cache-id
│ │ ├── diff
│ │ ├── parent
│ │ ├── size
│ │ └── tar-split.json.gz
│ ├── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
│ │ ├── cache-id
│ │ ├── diff
│ │ ├── size
│ │ └── tar-split.json.gz
│ ├── 80fe1abae43103e3be54ac2813114d1dea6fc91454a3369104b8dd6e2b1363f5
│ │ ├── cache-id
│ │ ├── diff
│ │ ├── parent
│ │ ├── size
│ │ └── tar-split.json.gz
│ └── db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655
│ ├── cache-id
│ ├── diff
│ ├── parent
│ ├── size
│ └── tar-split.json.gz
└── tmp相比于只有alpine镜像时，首先，layerdb目录多了一个mounts目录，简单来说，当由镜像生成容器时，该目录下会生成容器的可读可写两个layer，可读即为由镜像生成，而可写就是未来对容器的修改都会放在着了，因为本文只讨论镜像，这个目录就不再深入分析。
其次，目前Layer已经增加至4个，这与我们上一节中看到的test-image的rootfs配置中有4个layer diif id能够对应上，然后，很显然除了第一层的"7bff100f35cb"能对应上，其他三个完全不同。进一步研究才知道这里目录名其实是layer的chain id，而非diff id，关于这两这个的区别，我们可以理解为diff id用来描述单个变化，而chain id用来便于一些列的变化，diff id和chain id之间的计算公式可以在image-spec中看到。
ChainID(A) = DiffID(A)
ChainID(A|B) = Digest(ChainID(A) + " " + DiffID(B))
ChainID(A|B|C) = Digest(ChainID(A|B) + " " + DiffID(C))在这里以test-image的rootfs验证分析他们是如何关联的。
"rootfs": {
"diff_ids": [
"sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8",
"sha256:b1ddbff022577cd249a074285a1a7eb76d7c9139132ba5aa4272fc115dfa9e36",
"sha256:9edc93f4dcf640f272ed73f933863dbefae6719745093d09c6c6908f402b1c34",
"sha256:a6c8828ba4b58628284f783d3c918ac379ae2aba0830f4c926a330842361ffb6"
],
"type": "layers"
}ChainID(A) = DiffID(A) = sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
ChainID(A|B) = Digest(ChainID(A) + " " + DiffID(B))
ChainID(A) = sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
DiffID(B) = sha256:b1ddbff022577cd249a074285a1a7eb76d7c9139132ba5aa4272fc115dfa9e36
计算：
[root@docker-learn overlay2]# echo -n "sha256:7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8 sha256:b1ddbff022577cd249a074285a1a7eb76d7c9139132ba5aa4272fc115dfa9e36" | sha256sum -
db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655 -
结果：
ChainID(A|B) = sha256:db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655
chainID(A|B|C) = sha256:0e88764cdf90e8a5d6597b2d8e65b8f70e7b62982b0aee934195b54600320d47
chainID(A|B|C|D) = sha256:80fe1abae43103e3be54ac2813114d1dea6fc91454a3369104b8dd6e2b1363f5
因此，test-image的第二层Layer对应的目录为：layerdb/sha256/db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655，查看该Layer的信息：
[root@docker-learn sha256]# ls db7c15c2f03f63a658285a55edc0a0012ccd0033f4695d4b428b1b464637e655/
cache-id diff parent size tar-split.json.gz与上一节中相比多了parent，包含了上一层Layer的chain id。
destribution目录
[root@docker-learn overlay2]# tree distribution/
distribution/
├── diffid-by-digest
│ └── sha256
│ └── cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
└── v2metadata-by-diffid
└── sha256
└── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
4 directories, 2 files目前来看，destribution目录和只有alpine镜像时并没有什么区别，这是因为digest是由镜像仓库生成，本地构建的镜像在没有push到仓库之前，自然也就没有digest。使用docker push命令将test-image推送至dockerhub。
[root@docker-learn distribution]# docker push backbp/test-image:lasted
The push refers to repository [docker.io/backbp/test-image]
a6c8828ba4b5: Pushed
9edc93f4dcf6: Pushed
b1ddbff02257: Pushed
7bff100f35cb: Mounted from library/alpine
lasted: digest: sha256:3dc66a43c28ea3e994e4abf6a2d04c7027a9330e8eeab5c609e4971a8c58f0b0 size: 1156根据过程输出，我们可以看到虽然test-image镜像包括四层Layer，但是因为最底层的7bff100f35cb本来就是在docker pull alpine时，拉取得来，自然也就不需要再push，因此真正push的只有三层。而现在destribution目录也已经增加了对应Layer的digest，Image的digest可以在上面的过程输出中看到。
distribution/
├── diffid-by-digest
│ └── sha256
│ ├── 2826782ee82560ec5f90a8a9da80880d48dd4036763f5250024fab5b3ef8e8cf
│ ├── 8e905c02e6908fbb0e591cea285470208920d32408735bd6a8fcaf85ffba9089
│ ├── a5bec9983f6902f4901b38735db9c427190ffcb3734c84ee233ea391da81081b
│ └── cd784148e3483c2c86c50a48e535302ab0288bebd587accf40b714fffd0646b3
└── v2metadata-by-diffid
└── sha256
├── 7bff100f35cb359a368537bb07829b055fe8e0b1cb01085a3a628ae9c187c7b8
├── 9edc93f4dcf640f272ed73f933863dbefae6719745093d09c6c6908f402b1c34
├── a6c8828ba4b58628284f783d3c918ac379ae2aba0830f4c926a330842361ffb6
└── b1ddbff022577cd249a074285a1a7eb76d7c9139132ba5aa4272fc115dfa9e36拓展思考
docker tag命令发生了什么？
我们通过基于test-image生成一个新的tag，test-image-tag
[root@docker-learn overlay2]# docker tag test-image test-image-tag
[root@docker-learn overlay2]# docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
test-image-tag latest 6cd0a66e83f1 4 hours ago 9.88MB
test-image latest 6cd0a66e83f1 4 hours ago 9.88MB
alpine latest 3f53bb00af94 11 days ago 4.41MB查看repositories.json文件会发现两个tag的镜像都指向同一个image id，所以这个命令相当于只有修改了repositories.json。
[root@docker-learn overlay2]# cat repositories.json | python -m json.tool
{
"Repositories": {
"alpine": {
"alpine:latest": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991",
"alpine@sha256:46e71df1e5191ab8b8034c5189e325258ec44ea739bba1e5645cff83c9048ff1": "sha256:3f53bb00af943dfdf815650be70c0fa7b426e56a66f5e3362b47a129d57d5991"
},
"test-image": {
"test-image:latest": "sha256:6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924"
},
"test-image-tag": {
"test-image-tag:latest": "sha256:6cd0a66e83f133a2bad37103ed03f6480330fa3c469368eb5871320996d3b924"
}
}
}Image Size是如何计算的？
上述的alpine镜像和test-image镜像大小分别是：4.41M和9.88M。为了更准确的分析，可以使用docker inspect 镜像查看详细大小，分别为4413428和9876099。
再次查看每层Layer的大小(layerdb/layer chain id/size)，分别为
- Layer1：4413428
- Layer2：3815516
- Layer3：1647117
- Layer4：38
alpine只有一层，所以image size与Layer size相等；test-image有四层，所以image size = sum(Layer1+Layer2+Layer3+Layer4)=9876099
回到最初的问题
完成上面的分析，现在再回头看最初的问题，在apk del .build-deps这一层中，执行完之后生成的Layer只是记录相对于上一层删除了安装包，在计算Image size时(或者说在根据Layer合并Image时)，因为安装.build-deps而带来的变换依然存在于app add这一层Layer中，所以大小并不会减小。如果将add和del放在同一个命令内，那么生成的该层Layer记录的是相对于上一层的变化，.build-deps的安装和卸载相对于上一层而言，根本就不存在，所以Layer中也就完全不存在。
说到底，还是OCI Image的原理所致，最需要记住的是每一个Layer记录的是与上一层Layer相比的变化。
