容器与镜像的概念及其应用在现代计算环境中扮演着重要角色。以下是对容器和镜像的详细介绍。
什么是容器？
在操作系统中，进程之间可以相互看到、相互通信；它们使用相同的文件系统，可以对同一文件进行读写操作，并且共享系统资源。然而，这样的设置也存在一些问题：
- 进程可能会被其他进程影响，高级权限的进程甚至可以攻击其他进程。
- 不同进程对同一文件的使用可能导致冲突。
- 进程可能会抢占系统资源，影响其他进程的运行。
为了给应用提供一个独立的运行环境，可以使用Namespace技术来实现进程在资源视图上的隔离。通过chroot和Namespace的帮助，进程能够在一个独立的环境中运行。Linux和Unix操作系统可以通过chroot系统调用将子目录变成根目录，从而达到视图级别的隔离。使用chroot，进程可以拥有独立的文件系统，对其进行增删改查不会影响到其他进程。此外，通过Cgroup（Control Groups）来限制进程的资源使用率，设置其可以使用的CPU以及内存量。
容器定义
容器是一个视图隔离、资源可限制，并且具有独立文件系统的进程集合。
容器 VS 虚拟机
传统的虚拟机技术是通过虚拟出一套硬件，然后在其上运行一个完整的操作系统，再在这个系统上运行所需的应用进程。相比之下，容器内的应用进程直接运行于宿主机的内核，容器内没有自己的内核，也没有进行硬件虚拟。因此，容器比传统虚拟机更加轻便。每个容器之间相互隔离，每个容器有自己的文件系统，容器之间的进程不会相互影响，并且能够区分计算资源。
什么是镜像？
容器运行时所需的所有文件集合被称为容器镜像。可以使用Dockerfile来构建镜像。Dockerfile描述了构建的每个步骤，每个构建步骤会带来文件系统内容的变化，也就是changeset。这些变化集就像洋葱一样，一层一层的堆积。然而，这也带来了一个问题：对镜像的改动越多，镜像文件的体积就会越大。
changeset的分层以及复用特点带来了以下优势：
- 提高分发效率：对于大的镜像，可以将其拆分成各个小块，从而提高镜像的分发效率。因为镜像拆分后可以并行下载这些数据，类似于现代下载软件支持将大文件拆分为多个小文件，下载后再组合。
- 复用数据：因为这些数据是共享的，当本地存储上已经包含了一些数据时，只需要下载本地没有的数据即可。例如，Golang镜像是基于Alpine镜像构建的，当本地已经具有Alpine镜像时，下载Golang镜像时只需下载Alpine镜像中没有的部分。
- 节约磁盘空间：因为镜像数据是共享的，可以节约大量的磁盘空间。例如，假设本地存储具有Alpine镜像（5M）和Golang镜像（300M），没有复用能力时会占用305M空间，而有了复用能力后，只需要300M空间。
镜像加载原理
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Docker的镜像实际上由一层一层的文件系统组成，这种层级的文件系统就是UnionFS（联合文件系统）。UnionFS是一种分层、轻量级且高性能的文件系统，它支持将文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。Union文件系统是Docker镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承，基于基础镜像（没有父镜像），可以制作各种具体的应用镜像。
特性：一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统。联合加载会把各层文件系统叠加起来，最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。
bootfs
boot file system，主要包含bootloader和kernel。bootloader主要是引导加载kernel。Linux刚启动时会加载bootfs文件系统，在Docker镜像的最底层是bootfs。这一层与典型的Linux/Unix系统类似，包含boot加载器和内核。当boot加载完成之后，整个内核就都在内存中了，此时内存的使用权已由bootfs转交给内核，系统也会卸载bootfs。
rootfs
root file system，位于bootfs之上。包含典型Linux系统中的/dev, /proc, /bin, /etc等标准目录和文件。rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu，Centos等。对于一个精简的OS，rootfs可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序库，因为底层直接使用Host的kernel，只需要提供rootfs即可。因此，对于不同的Linux发行版，bootfs基本是一致的，rootfs会有差别，不同的发行版可以公用bootfs。
容器的生命周期
使用docker run时会选择一个镜像来提供独立的文件系统并指定相应的运行程序。这里指定的运行程序称为initial进程。当initial进程启动时，容器也会随之启动，当initial进程退出时，容器也会随之退出。因此，容器运行需要一个前台进程。
容器数据持久化
容器的生命周期依赖于应用，可能很短暂，但有的数据需要持久化，因此产生了数据卷。数据卷有两种使用方式：
- 通过命令
docker run -v指定需要挂载到容器的目录。 - 声明数据卷，交给Docker管理，当然也能在宿主机里找到。可以使用命令
docker inspect containerid查看，一般在/var/lib/docker/volumes/containerid。
