Docker 镜像的构建原理和方式

Docker构建镜像的方式有多种，先介绍下最常用的两种

• 通过docker commit命令，基于一个已存在的容器构建出镜像。
• 编写 Dockerfile 文件，并使用docker build命令来构建镜像。

上面这两种方法中，镜像构建的底层原理是相同的，都是通过下面 3 个步骤来构建镜像：

• 基于原镜像，启动一个 Docker 容器。在容器中进行一些操作，例如执行命令、安装文件等。
• 由这些操作产生的文件变更都会被记录在容器的存储层中。
• 将容器存储层的变更 commit 到新的镜像层中，并添加到原镜像上。

下面，具体了解这两种构建 Docker 镜像的方式。

通过docker commit命令，基于一个已存在的容器构建出镜像

通过docker commit来构建一个镜像，命令的格式为docker commit [选项] [<仓库名>[:<标签>]]。

具体步骤如下：

1. 执行docker ps获取需要构建镜像的容器 ID 08cd43c7e50d。
2. 执行docker pause 08cd43c7e50d暂停08cd43c7e50d容器的运行。
3. 执行docker commit 08cd43c7e50d redis:test，基于容器 ID 08cd43c7e50d构建 Docker 镜像。
4. 执行docker images redis:test，查看镜像是否成功构建。

这种镜像构建方式通常用在下面两个场景中：

• 构建临时的测试镜像；
• 容器被入侵后，使用docker commit，基于被入侵的容器构建镜像，从而保留现场，方便以后追溯。

除了这两种场景，不建议你使用docker commit来构建生产现网环境的镜像。
主要原因有两个：

1. 使用docker commit构建的镜像包含了编译构建、安装软件，以及程序运行产生的大量无用文件，这会导致镜像体积很大，非常臃肿。
2. 使用docker commit构建的镜像会丢失掉所有对该镜像的操作历史，无法还原镜像的构建过程，不利于镜像的维护。

编写 Dockerfile 文件，并使用docker build命令来构建镜像

docker build命令会读取Dockerfile的内容，并将Dockerfile的内容发送给 Docker 引擎，最终 Docker 引擎会解析Dockerfile中的每一条指令，构建出需要的镜像。

docker build的命令格式为docker build [OPTIONS] PATH | URL | -。PATH、URL、-指出了构建镜像的上下文（context），context 中包含了构建镜像需要的Dockerfile文件和其他文件。默认情况下，Docker 构建引擎会查找 context 中名为Dockerfile的文件，但你可以通过-f, --file选项，手动指定Dockerfile文件。例如：

 $ docker build -f Dockerfile -t redis:test .

使用 Dockerfile 构建镜像，本质上也是通过镜像创建容器，并在容器中执行相应的指令，然后停止容器，提交存储层的文件变更。和用docker commit构建镜像的方式相比，它有三个好处：

• Dockerfile 包含了镜像制作的完整操作流程，其他开发者可以通过 Dockerfile 了解并复现制作过程。
• Dockerfile 中的每一条指令都会创建新的镜像层，这些镜像可以被 Docker Daemnon 缓存。再次制作镜像时，Docker 会尽量复用缓存的镜像层（using cache），而不是重新逐层构建，这样可以节省时间和磁盘空间。
• Dockerfile 的操作流程可以通过docker image history [镜像名称]查询，方便开发者查看变更记录。

执行docker build后的构建流程为:

• 第一步，docker build会将 context 中的文件打包传给 Docker daemon。如果 context 中有.dockerignore文件，则会从上传列表中删除满足.dockerignore规则的文件。

这里有个例外，如果.dockerignore文件中有.dockerignore或者Dockerfile，docker build命令在排除文件时会忽略掉这两个文件。如果指定了镜像的 tag，还会对 repository 和 tag 进行验证。

• 第二步，docker build命令向 Docker server 发送 HTTP 请求，请求 Docker server 构建镜像，请求中包含了需要的 context 信息。
• 第三步，Docker server 接收到构建请求之后，会执行以下流程来构建镜像：

1. 创建一个临时目录，并将 context 中的文件解压到该目录下。
2. 读取并解析 Dockerfile，遍历其中的指令，根据命令类型分发到不同的模块去执行。
3. Docker 构建引擎为每一条指令创建一个临时容器，在临时容器中执行指令，然后 commit 容器，生成一个新的镜像层。
4. 最后，将所有指令构建出的镜像层合并，形成 build 的最后结果。最后一次 commit 生成的镜像 ID 就是最终的镜像 ID。

为了提高构建效率，docker build默认会缓存已有的镜像层。如果构建镜像时发现某个镜像层已经被缓存，就会直接使用该缓存镜像，而不用重新构建。如果不希望使用缓存的镜像，可以在执行docker build命令时，指定--no-cache=true参数。

Docker 匹配缓存镜像的规则为：遍历缓存中的基础镜像及其子镜像，检查这些镜像的构建指令是否和当前指令完全一致，如果不一样，则说明缓存不匹配。对于ADD、COPY指令，还会根据文件的校验和（checksum）来判断添加到镜像中的文件是否相同，如果不相同，则说明缓存不匹配。

这里要注意，缓存匹配检查不会检查容器中的文件。比如，当使用RUN apt-get -y update命令更新了容器中的文件时，缓存策略并不会检查这些文件，来判断缓存是否匹配。

最后，可以通过docker history命令来查看镜像的构建历史，如下图所示：

通过docker save和docker load命令构建

docker save用来将镜像保存为一个 tar 文件，docker load用来将 tar 格式的镜像文件加载到当前机器上，例如：

# 在 A 机器上执行，并将 nginx-v1.0.0.tar.gz 复制到 B 机器
$ docker save nginx | gzip > nginx-v1.0.0.tar.gz

# 在 B 机器上执行
$ docker load -i nginx-v1.0.0.tar.gz

通过上面的命令，我们就在机器 B 上创建了nginx镜像。

通过docker export和docker import命令构建

通过docker export 保存容器的镜像，再通过docker import 加载镜像，具体命令如下：

# 在 A 机器上执行，并将 nginx-v1.0.0.tar.gz 复制到 B 机器
$ docker export nginx > nginx-v1.0.0.tar.gz

# 在 B 机器上执行
$ docker import - nginx:v1.0.0 nginx-v1.0.0.tar.gz

通过docker export导出的镜像和通过docker save保存的镜像相比，会丢失掉所有的镜像构建历史。在实际生产环境中，我不建议你通过docker save和docker export这两种方式来创建镜像。

较推荐的方式是：在 A 机器上将镜像 push 到镜像仓库，在 B 机器上从镜像仓库 pull 该镜像。