CN108509253A - 一种快速发布大量容器镜像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明根据所述已有镜像层ID列表，扫描所述镜像文件夹内具有相同ID的镜像层，将这些镜像层文件内容清空，过滤目的地已有镜像层，避免传输目的地已有镜像层，将重复的镜像层进行合并，只保留一份镜像层文件，其余镜像层文件通过链接指向所述保留的那份，解开镜像层内部的压缩文件，将镜像层包含的原始文件放到文件夹内，对整个文件夹进行压缩，在压缩过程中，判断是否有重复文件，如果有，重复的文件只保留一份，将整个文件夹压缩成一个镜像压缩文件，将镜像文件经过多轮压缩后，能够大幅降低镜像传输的大小，同时通过使用专门为远程文件传输而优化的传输方法，可以大幅提升传输的成功率和速度，经过优化压缩的镜像导出文件的大小会大大降低。

Description

一种快速发布大量容器镜像的方法
技术领域
本发明属于运营商业务领域，尤其涉及一种快速发布大量容器镜像的方法。
背景技术
容器技术是一种轻量虚拟化技术，多个容器共享同一个操作系统内核，并通过命名空间等进行隔离，而传统的虚拟机技术每次启动虚拟机都需要引导一个完整的操作系统，因此容器启动速度更快，占用资源更少，特别是Docker平台出现之后，容器技术得到了快速的发展，将应用和应用运行需要依赖的环境一起打包成容器镜像，用户部署应用时只需要使用镜像启动一个容器即可，这种以容器的方式进行软件交付，可以简化从开发到部署的软件系统生命周期，容器镜像包含的文件是分层存放的，举例来说，web_app:8.0.1这个镜像一般由四层组成，第一层是centos操作系统层，包含一个精简的centos系统，第二层包含对操作系统做的一些用户环境变量设置，基础参数配置，第三层包含了jre和tomcat等基础软件，第四层存放web应用的war包等文件，每一层都至少有一个ID和大小信息，其中ID是对本层包含的所有文件进行哈希计算得到的一个唯一标识，在镜像存储时，如果多个镜像有相同的镜像层（可以根据ID来判定），只会存储一份，因此可以节省空间，利用容器进行软件交付时，需要向项目现场传输容器镜像，常见的传输方法有两种：1.将容器镜像导出为一个文件（通常是一个tar包），然后直接将包发送给使用者，使用者导入后使用，这是最原始的方式，由于每个镜像都是一个独立的文件，内部包含所有的镜像层，没有任何的优化，文件比较大，当发送大量镜像时，传输量巨大；2.搭建一个镜像仓库，然后将镜像推送到仓库，使用时从仓库下载，这种传输镜像的工作方式是，在A地将镜像推送到仓库，然后在B地将镜像下载下来，这种方式可以克服方式一里面的缺点：因为在推送镜像时，如果发现仓库中已经存在某些镜像的层，则会自动跳过去，这样能够大幅减少传输的数据量，但是在传输文件时，只能使用其内置的比较简单的文件传输机制，跨大洲的网络连接会不稳定且单链路速度有限，其内置传输机制在网络中断后不支持续传，也不能支持调整传输的并发链路数，因此不能满足实际需要，最后，软件企业在发布镜像时，一般都会同时发布多个镜像，目前的传输方法中，并没有针对这些场景进行优化。
发明内容
本发明旨在提供一种快速发布大量容器镜像的方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种快速发布大量容器镜像的方法，包括以下步骤：
S1、将需要发布的镜像导出到文件系统，放到一个镜像文件夹内；
S2、从目的地查询所有镜像层的ID，形成一个已有镜像层ID列表；
S3、根据所述已有镜像层ID列表，扫描所述镜像文件夹内具有相同ID的镜像层，将这些镜像层文件内容清空，过滤目的地已有镜像层，避免传输目的地已有镜像层；
S4、扫描所有镜像层，识别出多个镜像之间重复的镜像层；
S5、将重复的镜像层进行合并，只保留一份镜像层文件，其余镜像层文件通过链接指向所述保留的那份；
S6、解开镜像层内部的压缩文件，将镜像层包含的原始文件放到文件夹内；
S7、对整个文件夹进行压缩，在压缩过程中，判断是否有重复文件，如果有，重复的文件只保留一份，将整个文件夹压缩成一个镜像压缩文件；
S8、将镜像压缩文件传输到目的地；
S9、在目的地解开压缩文件，还原成镜像文件；
S10、将镜像文件导入，完成镜像传输。
作为优选，步骤S8中使用支持多线程并行传输的传输工具、支持断点续传的传输工具或互联网公司提供的云存储来中转将镜像压缩文件传输到目的地，也可以通过快递公司邮寄光盘或者U盘的形式传输。
作为优选，在Docker平台上快速发布大量容器镜像的实施工具包括镜像层列表获取模块，用于导出本地镜像库中已有的镜像层的ID列表；镜像压缩模块，根据输入的镜像列表和目的地已有的镜像层的ID列表，对镜像执行导出、压缩等操作，形成镜像压缩文件；镜像传输模块，用于在两地之间传输镜像文件，支持多线程并发和断点续传；镜像解压模块，根据输入的镜像压缩文件，还原出镜像文件，并导入到本地镜像库。
本发明将镜像文件经过多轮压缩后，能够大幅降低镜像传输的大小，同时通过使用专门为远程文件传输而优化的传输方法，可以大幅提升传输的成功率和速度，经过优化压缩的镜像导出文件的大小会大大降低，同时，利用这种优选的压缩方式每次发送镜像越多，压缩比会越高；两个镜像的相似度越高，压缩比会更高；当只有应用层变更的情况下，压缩比会更高；而基于容器做软件交付的场景下，通常其应用架构是微服务架构，大的单体应用会被拆分成多个微服务应用，因此每次发布版本时容器镜像数量会比较多，软件企业为了提升研发效率和标准化水平，各应用会使用统一的技术平台，比如使用相同版本的操作系统，使用统一的JRE的版本，使用统一的第三方jar包，不同应用仅仅会是应用镜像层的几个jar文件有区别，镜像之间的相似度会非常高，通常，底层的镜像层会相对固定的，比如不会经常有操作系统版本的升级，不会经常有JRE版本的升级，但是业务逻辑变更会非常频繁，因此在大部分发版本的场景中，都只会有应用层变更，这时候，大部分的镜像层已经在目的地存在，使用本压缩方式会大大减少传输量。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是一个镜像导出到文件系统后的示意图；
图3是具体实施例的一次镜像实例描述的示意图；
图4是直接将镜像导出后未经压缩的镜像导出文件示意图；
图5是按照目的地镜像层过滤后的示意图；
图6是镜像之间镜像层合并后的示意图；
图7是镜像层内文件压缩后的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面参照图1描述根据本发明实施例的一种快速发布大量容器镜像的方法，包括以下步骤：
S1、将需要发布的镜像导出到文件系统，放到一个镜像文件夹内；
S2、从目的地查询所有镜像层的ID，形成一个已有镜像层ID列表；
S3、根据所述已有镜像层ID列表，扫描所述镜像文件夹内具有相同ID的镜像层，将这些镜像层文件内容清空，过滤目的地已有镜像层，避免传输目的地已有镜像层；
S4、扫描所有镜像层，识别出多个镜像之间重复的镜像层；
S5、将重复的镜像层进行合并，只保留一份镜像层文件，其余镜像层文件通过链接指向所述保留的那份；
S6、解开镜像层内部的压缩文件，将镜像层包含的原始文件放到文件夹内；
S7、对整个文件夹进行压缩，在压缩过程中，判断是否有重复文件，如果有，重复的文件只保留一份，将整个文件夹压缩成一个镜像压缩文件；
S8、将镜像压缩文件传输到目的地；
S9、在目的地解开压缩文件，还原成镜像文件；
S10、将镜像文件导入，完成镜像传输。
作为优选，步骤S8中使用支持多线程并行传输的传输工具、支持断点续传的传输工具或互联网公司提供的云存储来中转将镜像压缩文件传输到目的地，也可以通过快递公司邮寄光盘或者U盘的形式传输。
作为优选，在Docker平台上快速发布大量容器镜像的实施工具包括镜像层列表获取模块，用于导出本地镜像库中已有的镜像层的ID列表；镜像压缩模块，根据输入的镜像列表和目的地已有的镜像层的ID列表，对镜像执行导出、压缩等操作，形成镜像压缩文件；镜像传输模块，用于在两地之间传输镜像文件，支持多线程并发和断点续传；镜像解压模块，根据输入的镜像压缩文件，还原出镜像文件，并导入到本地镜像库。
具体实施例如下：
以一个镜像导出到文件系统后的示意图为例，如图2所示，在根目录下有两个文件manifest.json和repositories，两个文件都属于元数据文件，内容为json字符串，描述了镜像的基本信息，在根目录下对应每个镜像层都有一个对应的子文件夹，在每个镜像层子文件夹内，有三个文件，其中json和VERSION为元数据文件，内容为json字符串，用于描述镜像层的基本信息，layer.tar为数据文件，为这个镜像层所实际包含的文件，在考虑压缩方案时，主要是对layer.tar进行压缩，元数据文件不会做处理，因为元数据文件都非常小，基本不占用空间。
下面结合步骤S1-S10，基于docker容器环境来讲解一下具体的实施步骤和命令：
S1、导出镜像到文件系统，直接使用docker save命令将镜像导出到文件系统，每个镜像单独的一个文件夹；
S2、获取目的地镜像层ID列表，在目的地节点，先通过执行docker images查询出所有的镜像，然后循环执行docker inspect -f {{.RootFS.Layers}} 镜像名来查询出所有的已有镜像层的ID；
S3、过滤目的地已有镜像层，遍历文件夹，根据镜像层ID判断，如果能够在上一步的列表中查找到ID的层，则清空此镜像层目录下的layer.tar文件，因为这些数据是不需要的，在镜像导入时不会读取这个数据；
S4、合并多个镜像之间重复的镜像层，再次遍历文件夹，找出重复的镜像层，保留第一次出现的镜像层的layer.tar，对于其余的镜像层，删除原始layer.tar，然后创建一个layer.tar文件链接指向保留的layer.tar；
S5、合并镜像层之间的重复文件，将剩余的所有layer.tar解开，然后使用mksquashfs命令对整个文件夹进行压缩，形成压缩文件，mksquashfs命令在压缩过程中会检测重复文件是否存在，如果存在则会删除重复文件；
S6、将压缩文件传输到目的地，使用bbcp将文件传输到目的地，bbcp命令可以调整并发度，可以调整tcp窗口大小，是专门针对针对跨国家、地区的互联网传输优化的工具；
S7在目的地解开压缩文件，还原成镜像，使用unsquashfs将压缩文件解开，然后按照目录重新合成layer.tar文件；
S8、将镜像文件导入，完成镜像传输，使用docker load命令将镜像导入。
下面结合具体的场景来分析一下本发明的优势，典型的一次镜像发布的实例描述如图3所示，图中左部为目的地已有镜像，右部为待传输镜像，目的地已经存在镜像app_book:8.0.1和app_car:8.0.1，本次发布了app_book:8.0.2和app_car:8.0.2，为了简化描述起见，假设镜像只有三层，第一层为操作系统(OS)层，第二层为JRE层，包含了Java运行时软件，第三层为应用层，包含应用的各种jar包，为了简化描述起见，假设每个应用只有两个jar包，一个是core.jar，这个文件包含应用依赖的所有第三方jar包，另外一个是封装业务应用逻辑的jar包，因为app_book和app_car镜像属于同一个项目，因此两个应用使用了相同的第三方jar包，因此core.jar是相同的，本次新发布的镜像操作系统层没有任何的变化，可以看到OS层的ID全部是803897be484a，本次新发布的镜像升级了JRE的版本，因此可以看到JRE镜像层出现了变化，从f7f4595d9537变成了2902c3f3337e，应用层因为有应用逻辑的修改，因此也发生了变化。
直接将镜像导出后，未经压缩的镜像导出文件示意如图4所示，这也是原始方式传输时需要传输的数据量，可以看到实际上存在大量的重复项，经过根据目标地址过滤后，OS镜像层会被清空，因为OS镜像层在目的地已经存在，压缩后的示意图如如图5所示，经过镜像之间镜像层的合并之后，由于两个镜像的JRE层是相同的，因此重复镜像层会被删除，压缩后的示意图如图6所示，最后一步，将所有镜像层内的layer.tar解压，然后对文件进行重复检测，并删除重复项，压缩后的示意图如图7所示，最终core.jar包只会剩下一份，整个压缩文件内已经没有重复项，从以上步骤可以看出，经过优化压缩的镜像导出文件的大小会大大降低。
本发明还包含一个工具实例的实现，主体是由python实现，分为四个模块，分别为镜像层列表获取模块：首先通过执行docker images查询出所有的本地镜像，然后循环执行docker inspect -f {{.RootFS.Layers}}来查询出每个镜像的镜像层ID列表，然后将整个ID列表进行排序，踢重，并将最终结果输出到文件；镜像压缩模块：首先根据输入的需要压缩的镜像列表，逐个将镜像解压到文件夹内，然后根据上一个模块获取的ID列表循环扫描文件内的所有镜像层，并对目的地已有镜像层进行清空操作，再次遍历文件夹，找出重复的镜像层，保留第一次出现的镜像层的layer.tar，对于其余的镜像层，删除原始layer.tar，然后创建一个layer.tar文件链接指向保留的layer.tar，合并镜像层之间的重复文件，将剩余的所有layer.tar解开，然后使用mksquashfs命令对整个文件夹进行压缩，形成压缩文件；镜像传输模块：使用bbcp命令将镜像压缩文件传输到目的地，bbcp首先会通过ssh进行权限认证，然后打开数据端口进行数据的传输，bbcp可以设置同时启动几条链路来进行数据传输，在跨国/地区互联网传输场景下，默认启用16条链路，启用多条链路可以充分利用国际链路的带宽；镜像解压模块：使用unsquashfs将压缩文件解开，然后按照目录重新合成layer.tar文件，最后通过使用docker load命令将镜像文件导入，完成整个镜像传输任务。
本发明将镜像文件经过多轮压缩后，能够大幅降低镜像传输的大小，同时通过使用专门为远程文件传输而优化的传输方法，可以大幅提升传输的成功率和速度，经过优化压缩的镜像导出文件的大小会大大降低，同时，利用这种优选的压缩方式每次发送镜像越多，压缩比会越高；两个镜像的相似度越高，压缩比会更高；当只有应用层变更的情况下，压缩比会更高；而基于容器做软件交付的场景下，通常其应用架构是微服务架构，大的单体应用会被拆分成多个微服务应用，因此每次发布版本时容器镜像数量会比较多，软件企业为了提升研发效率和标准化水平，各应用会使用统一的技术平台，比如使用相同版本的操作系统，使用统一的JRE的版本，使用统一的第三方jar包，不同应用仅仅会是应用镜像层的几个jar文件有区别，镜像之间的相似度会非常高，通常，底层的镜像层会相对固定的，比如不会经常有操作系统版本的升级，不会经常有JRE版本的升级，但是业务逻辑变更会非常频繁，因此在大部分发版本的场景中，都只会有应用层变更，这时候，大部分的镜像层已经在目的地存在，使用本压缩方式会大大减少传输量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种快速发布大量容器镜像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将需要发布的镜像导出到文件系统，放到一个镜像文件夹内；
S2、从目的地查询所有镜像层的ID，形成一个已有镜像层ID列表；
S3、根据所述已有镜像层ID列表，扫描所述镜像文件夹内具有相同ID的镜像层，将这些镜像层文件内容清空，过滤目的地已有镜像层，避免传输目的地已有镜像层；
S4、扫描所有镜像层，识别出多个镜像之间重复的镜像层；
S5、将重复的镜像层进行合并，只保留一份镜像层文件，其余镜像层文件通过链接指向所述保留的那份；
S6、解开镜像层内部的压缩文件，将镜像层包含的原始文件放到文件夹内；
S7、对整个文件夹进行压缩，在压缩过程中，判断是否有重复文件，如果有，重复的文件只保留一份，将整个文件夹压缩成一个镜像压缩文件；
S8、将镜像压缩文件传输到目的地；
S9、在目的地解开压缩文件，还原成镜像文件；
S10、将镜像文件导入，完成镜像传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S8中使用支持多线程并行传输的传输工具、支持断点续传的传输工具或互联网公司提供的云存储来中转将镜像压缩文件传输到目的地，也可以通过快递公司邮寄光盘或者U盘的形式传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在Docker平台上快速发布大量容器镜像的实施工具包括镜像层列表获取模块，用于导出本地镜像库中已有的镜像层的ID列表；镜像压缩模块，根据输入的镜像列表和目的地已有的镜像层的ID列表，对镜像执行导出、压缩等操作，形成镜像压缩文件；镜像传输模块，用于在两地之间传输镜像文件，支持多线程并发和断点续传；镜像解压模块，根据输入的镜像压缩文件，还原出镜像文件，并导入到本地镜像库。
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