> 作者：三十
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> 来源：[恒生LIGHT云社区](https://developer.hs.net/thread/1798)

# Docker是如何组织存储的

dokcer在组织存储内容时很巧妙的应用了分层复用的思想。所以我们可以以此为案例学习一下该思想。

## **1.镜像分层**

一个Docker镜像在构建的过程中分了很多层，每一层都是只读的。结合下面例子进行说明：

```
# 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
```

这个Dockerfile中会有4条指令改变了文件系统并创建了新层。

* `FROM`指令从ubuntu:18.04的镜像中创建了基础层。
* `LABEL`指令仅仅修改了镜像的元数据，不会创建新层。
* `COPY`指令将执行本次构建的当前目录中的内容添加到镜像当中，会创建一个新层记录改变。
* 第一个`RUN`指令，构建了程序并将结果输出到镜像中，会创建一个新层记录改变。
* 第二个`RUN`指令，删除了缓存目录，会创建一个新层记录改变。
* `CMD`指令定义了容器中运行的指令，只是修改了镜像的元数据，并不会创建新层。

这里每层都只记录与其上一层的不同。当我们创建一个容器的时候，这是就会创建一层可写层，也叫容器层。对于正在运行中的容器的内容的变化都会记录在该层中。下图描述了该关系：

![](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.容器分层**

容器和镜像的不同主要是最顶层的可写层的不同，所有对于容器的写操作都会记录在这层中，如果容器被删除，那么这个可写层也会被删除，但是镜像会被保留。

**注意**：如果想要多个容器共享相同的数据，可以通过Docker Volumes实现。

每个容器都有其自己的可写层，所有的变换都会被存放在其中，所以多个容器可共享同一个镜像。下图描述了该关系：

![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** ：此处还有个细节，多个镜像可能共用相同的层，比如两个镜像中有相同的层，那么在构建或是拉取的时候发现本地以存在，则不会再次构建或拉取。所以计算镜像大小的时候，不能仅通过 `docker images`命令显示出的大小来汇总求和，该值有可能大于实际值。

## **3.容器在磁盘占用的空间**

可以通过 `docker ps -s`命令，来看正在运行中的容器占用的空间（部分值）。两个列的不同代表的内容：

* size： 容器的可写层占用的磁盘大小
* virtual size： 包含了容器可写层和只读镜像的大小。

容器占用磁盘空间的其它途径：

* 容器产生的日志文件。
* 使用Volume和bind mounts挂载的内容。
* 容器的配置文件
* 内存中的内容（如果开启了swapping）
* Checkpoints（如果使用了该功能）

## **4.Copy-on-Write（CoW）策略**

Docker中的存储驱动都是采用该策略。

CoW策略能够最大效率的共享和复制文件。如果一个文件在镜像的更低层存在，那么其上层（包括可写层）需要读取该内容则可以直接使用该文件。当需要对其进行修改时，会复制该文件到该层并进行修改。这最大限度的减少了IO和每个后续层的大小。

### **4.1共享使镜像更小**

当我们使用 `docker pull`拉取镜像或是使用一个本地没有的镜像创建容器的时候，该镜像会被分层的存储到本地Dockers存储区域中。在linux中通常是 `/var/lib/docker`。

我们可以去 `/var/lib/docker/<storage-driver>`目录下看我们已拉取各层镜像。比如使用 `overlay2`存储驱动。

![](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")

这么多层，我们可以通过 `docker image inspect`来查看某个镜像包含哪些层

```
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)

通过上面查看我们可以看到redis和mysql5.7运用了同一层，这样共享相同层就大大节省了存储镜像的空间，同时也提升了拉取镜像的速度 。

我们可以通过 `docker image history`命令来查看镜像分层情况，以redis为例

```
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 ：**

* 有些步骤的大小为0，是因为他们只改变了元数据，并不会产生新层，也不会占用额外的空间（除元数据本身）。所以上述redis镜像中包含了5层。
* `<missing>`步骤，这些步骤可能是以下情况中的一种

* 在另一个系统上构建的
  * 从Docker Hub中提取的
  * 使用BuildKit作为构建器构建的。

### **4.2复制让容器更有效率**

当我们启动一个容器的时候，会添加一个可写层在镜像之上，用于存储所有的变化。当对已有文件进行修改的时候采用CoW策略。首先会到各层寻找到该文件，然后复制该文件到可写层，然后进行修改并存储。

这么做能够让我们最大限度地减少I/O操作。

但是，很明显的是当一个容器中的应用需要进行频繁的写操作，那么会造成可写层越来越庞大，此时我们可以通过Volume来帮助我们分担压力。

容器的元数据和日志是单独存放的，一般是存放在 `/var/lib/docker/containers`中，我们可以使用 `du -sh /var/lib/docker/containers/*`来查看各个容器占用多少。（容器ID其实就是文件夹名称的前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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