Day 05: 什麼是 image layer?

2022 iThome 鐵人賽

DAY 5

DevOps

那些關於 docker 你知道與不知道的事系列第 5 篇

14th鐵人賽 docker docker image

小賴

2022-09-20 23:30:35

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在上一篇中，我們討論到了 image 會把應用程式、相依的函式庫/套件，以及應用程式執行時所需的系統環境給打包起來，用這個 image 啟動的 container 就會有所有需要的資源，藉此我們達成了「Build once, Run anywhere」的夢想(?)。但這也引申了另外一個問題，這個 image 會不會很大呢？如果有兩個類似環境的應用程式，例如有兩個不同的 Node.js 程式要用 container 來執行，他們都需要 Node.js 16 這個版本的執行環境，那會不會包了兩個很大的 image 呢？

寫到這裡，應該很自然地會想到，是否可以把相同的部分抽取出來共用，我們能想到的，docker 當然也能想到，所以的確 docker 也這麼做了。我們先來查看一下目前 Host 裡有哪些 images (備註1)：

$ docker image ls
REPOSITORY       TAG       IMAGE ID       CREATED       SIZE
nginx            latest    2d389e545974   6 days ago    142MB

這時候讓我們用 docker image inspect nginx （或是 docker image inspect 2d389e545974）來查看一下這個 image 的細節，執行完這個指令後，一樣會看到一大串資訊，這次我們特別看一下 RootFS 這個區塊，跟 container 一樣，我們可以透過 format 跟 jq 來查看:

$ docker image inspect --format='{{json .RootFS}}' 2d389e545974 | jq
{
  "Type": "layers",
  "Layers": [
    "sha256:b45078e74ec97c5e600f6d5de8ce6254094fb3cb4dc5e1cc8335fb31664af66e",
    "sha256:9388548487b1997b925923c4711efa5c7fdf5a5203a36e8055ffe7960a6b9127",
    "sha256:a064c1703bfdb529a4338259302cdf4d2407fddcedeabb9879b2332deb2df794",
    "sha256:7ee9bf58503c7147275d30d50397bb67a643e58925764492ef3e2d8f375bccde",
    "sha256:31192a8593ecba270815430c38c164c53ed65a765062b1b4b4aeca1ceec92d1e",
    "sha256:36665e416ec8d9af3690bd5738f7642688252a2edf427e1a0ae6b1a1ca6748d0"
  ]
}

這邊可以看到他用的詞是layer，然後這邊有 6 層 layers，這個 layer 是 docker 所設計的，也正是這個 layer 使我們之前的推測成真。除了 RootFS 這個區塊外，還有一個區塊 GraphDriver 特別值得注意：

$ docker image inspect --format='{{json .GraphDriver}}' 2d389e545974 | jq
{
  "Data": {
    "LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/b55fadceebc53ee1e133343d57bcb70b4a96659ebb0a4c83ffcf27a02fe495ee/diff:/var/lib/docker/overlay2/1d05141f1e9f2fbc9bdfb87a681976ce7db6f1dae3c12a6d94c00197e07da019/diff:/var/lib/docker/overlay2/c5dee5abf71f4c0ecb219c68f19ca56f64b0400739319ed482994fb58c297f79/diff:/var/lib/docker/overlay2/ed5b345b9d1a113c250527826f268a24e556fc67314340a6082b9627bf99fc36/diff:/var/lib/docker/overlay2/2607ebf4a87c9a99966ad99c7c096d541114a3b4f75ab25e2bac3bf614f3485b/diff",
    "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/8b0ad5ef739a7bb36a94fafce200ff939055225d5bcfd43b837ec3a5e8e595d6/merged",
    "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/8b0ad5ef739a7bb36a94fafce200ff939055225d5bcfd43b837ec3a5e8e595d6/diff",
    "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/8b0ad5ef739a7bb36a94fafce200ff939055225d5bcfd43b837ec3a5e8e595d6/work"
  },
  "Name": "overlay2"
}

這邊請特別注意 LowerDir 與 UpperDir，他們是 Host 上的檔案夾路徑，讓我們整理一下 LowerDir，可以看到它包含有五個檔案夾路徑：

/var/lib/docker/overlay2/b55fadceebc53ee1e133343d57bcb70b4a96659ebb0a4c83ffcf27a02fe495ee/diff
/var/lib/docker/overlay2/1d05141f1e9f2fbc9bdfb87a681976ce7db6f1dae3c12a6d94c00197e07da019/diff
/var/lib/docker/overlay2/c5dee5abf71f4c0ecb219c68f19ca56f64b0400739319ed482994fb58c297f79/diff
/var/lib/docker/overlay2/ed5b345b9d1a113c250527826f268a24e556fc67314340a6082b9627bf99fc36/diff
/var/lib/docker/overlay2/2607ebf4a87c9a99966ad99c7c096d541114a3b4f75ab25e2bac3bf614f3485b/diff

讓我們來做個小實驗:

用 nginx 這個 image 啟動一個 container，並命名為 nginx-a，在這個 container 中建立一個檔案，並且在這檔案中加上一些內容

$ docker run -it --name nginx-a nginx /bin/bash
root@e72d1a7dca58:/# touch a.txt
root@e72d1a7dca58:/# echo "a" > a.txt

另外一個 terminal 登入 Host，將這個 container commit 成一個新的 image mynginx:a

$ docker commit nginx-a mynginx:a
$ docker image ls

REPOSITORY       TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
mynginx          a         c62870f5a42d   12 minutes ago   142MB
nginx            latest    2d389e545974   7 days ago       142MB

查看 image nginx:a，一樣特別觀察一下 RootFS 與 GraphDriver 這兩個區塊:

$ docker image inspect --format='{{json .RootFS}}' mynginx:a | jq
{
  "Type": "layers",
  "Layers": [
    "sha256:b45078e74ec97c5e600f6d5de8ce6254094fb3cb4dc5e1cc8335fb31664af66e",
    "sha256:9388548487b1997b925923c4711efa5c7fdf5a5203a36e8055ffe7960a6b9127",
    "sha256:a064c1703bfdb529a4338259302cdf4d2407fddcedeabb9879b2332deb2df794",
    "sha256:7ee9bf58503c7147275d30d50397bb67a643e58925764492ef3e2d8f375bccde",
    "sha256:31192a8593ecba270815430c38c164c53ed65a765062b1b4b4aeca1ceec92d1e",
    "sha256:36665e416ec8d9af3690bd5738f7642688252a2edf427e1a0ae6b1a1ca6748d0",
    "sha256:990cd1c1946b4594aafdb4a879edf16977013643c1a64e4ecd9bfe7fd3d4fb67"
  ]
}

跟 image nginx 比較一下，有沒有發現，這邊多了一層 layer，變成 7 層了，而且前面的 6 層 layers 跟 nginx 的一模一樣。

再讓我們看一下 GraphDriver 這個區塊:

docker image inspect --format='{{json .GraphDriver}}' mynginx:a | jq
{
  "Data": {
    "LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/8b0ad5ef739a7bb36a94fafce200ff939055225d5bcfd43b837ec3a5e8e595d6/diff:/var/lib/docker/overlay2/b55fadceebc53ee1e133343d57bcb70b4a96659ebb0a4c83ffcf27a02fe495ee/diff:/var/lib/docker/overlay2/1d05141f1e9f2fbc9bdfb87a681976ce7db6f1dae3c12a6d94c00197e07da019/diff:/var/lib/docker/overlay2/c5dee5abf71f4c0ecb219c68f19ca56f64b0400739319ed482994fb58c297f79/diff:/var/lib/docker/overlay2/ed5b345b9d1a113c250527826f268a24e556fc67314340a6082b9627bf99fc36/diff:/var/lib/docker/overlay2/2607ebf4a87c9a99966ad99c7c096d541114a3b4f75ab25e2bac3bf614f3485b/diff",
    "MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/e6f2ed0e6d55115918467a74b4dfab3f3423c346cccdbe68763de8727061bf20/merged",
    "UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/e6f2ed0e6d55115918467a74b4dfab3f3423c346cccdbe68763de8727061bf20/diff",
    "WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/e6f2ed0e6d55115918467a74b4dfab3f3423c346cccdbe68763de8727061bf20/work"
  },
  "Name": "overlay2"
}

整理 LowerDir：

/var/lib/docker/overlay2/8b0ad5ef739a7bb36a94fafce200ff939055225d5bcfd43b837ec3a5e8e595d6/diff
/var/lib/docker/overlay2/b55fadceebc53ee1e133343d57bcb70b4a96659ebb0a4c83ffcf27a02fe495ee/diff
/var/lib/docker/overlay2/1d05141f1e9f2fbc9bdfb87a681976ce7db6f1dae3c12a6d94c00197e07da019/diff
/var/lib/docker/overlay2/c5dee5abf71f4c0ecb219c68f19ca56f64b0400739319ed482994fb58c297f79/diff
/var/lib/docker/overlay2/ed5b345b9d1a113c250527826f268a24e556fc67314340a6082b9627bf99fc36/diff
/var/lib/docker/overlay2/2607ebf4a87c9a99966ad99c7c096d541114a3b4f75ab25e2bac3bf614f3485b/diff

mynginx:a 的 LowerDir 有 6 個檔案夾路徑，而且他的第一個檔案夾路徑竟然是 nginx 的 UpperDir，是不是很有趣！而這些既然都是在 Host 上的檔案夾路徑，那讓我們進到 mynginx:a 的 UpperDir 看一下：

$ cd /var/lib/docker/overlay2/e6f2ed0e6d55115918467a74b4dfab3f3423c346cccdbe68763de8727061bf20/diff
$ ls
a.txt  etc  root  run  var

看到了嗎？在 mynginx:a 的 UpperDir 所記錄的檔案夾裡竟然有一個 a.txt，我們來 cat 他看看：

$ cat a.txt
a

果然真的是我們剛剛在 container 裡做的那個 a.txt，是不是太神奇了！？

到這裡，我們應該可以有個小小的結論，那就是 image 是由這些 layers 堆疊起來的。以我們的實驗來說，mynginx:a 是從 image nginx 啟動的 container 做出來的，透過觀察可以發現 mynginx:a 的 layers 跟 nginx 的 layers 一模一樣，可以說，那些一樣的 layers 就是 mynginx:a 與 nginx 共用的部分了。