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第38节 如何制作Docker镜像？



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[TOC]

开始

要落地云原生架构，其中的一个核心点是通过容器来部署我们的应用。如果要使用容器来部署应用，那么制作应用的Docker镜像就是我们绕不开的关键一步。今天，我就来详细介绍下如何制作Docker镜像。

在这一讲中，我会先讲解下Docker镜像的构建原理和方式，然后介绍Dockerfile的指令，以及如何编写Dockerfile文件。最后，介绍下编写Dockerfile文件时要遵循的一些最佳实践。

Docker镜像的构建原理和方式

首先，我们来看下Docker镜像构建的原理和方式。

我们可以用多种方式来构建一个Docker镜像，最常用的有两种：

  • 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：

  1. 基于原镜像，启动一个Docker容器。
  2. 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。
  3. 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，我们来具体讲解这两种构建Docker镜像的方式。

通过docker commit命令构建镜像

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

下图中，我们通过4个步骤构建了Docker镜像ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/iam-apiserver-amd64:test：

图片

具体步骤如下：

  1. 执行docker ps获取需要构建镜像的容器ID 48d1dbb89a7f。
  2. 执行docker pause 48d1dbb89a7f暂停48d1dbb89a7f容器的运行。
  3. 执行docker commit 48d1dbb89a7f ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/iam-apiserver-amd64:test，基于容器ID 48d1dbb89a7f构建Docker镜像。
  4. 执行docker images ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/iam-apiserver-amd64: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，我不建议你使用docker commit来构建生产现网环境的镜像。我这么说的主要原因有两个：

  • 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。
  • 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。

下面，我们再来看看如何使用Dockerfile来构建镜像。

通过Dockerfile来构建镜像

在实际开发中，使用Dockerfile来构建是最常用，也最标准的镜像构建方法。Dockerfile是Docker用来构建镜像的文本文件，里面包含了一系列用来构建镜像的指令。

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 ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/iam-apiserver-amd64: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。

这里，我们通过一个示例，来详细介绍下通过Dockerfile构建镜像的流程。

**首先，**我们需要编写一个Dockerfile文件。下面是iam-apiserver的Dockerfileopen in new window文件内容：

FROM centos:centos8
LABEL maintainer="<colin404@foxmail.com>"

RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
RUN echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone

WORKDIR /opt/iam
COPY iam-apiserver /opt/iam/bin/

ENTRYPOINT ["/opt/iam/bin/iam-apiserver"]

这里选择centos:centos8作为基础镜像，是因为centos:centos8镜像中包含了基本的排障工具，例如vi、cat、curl、mkdir、cp等工具。

**接着，**执行docker build命令来构建镜像：

$ docker build -f Dockerfile -t ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/iam-apiserver-amd64:test .

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

图片

其他制作镜像方式

上面介绍的是两种最常用的镜像构建方式，还有一些其他的镜像创建方式，这里我简单介绍两种。

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：

我们先通过docker export 保存镜像，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。我比较推荐的方式是：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。

Dockerfile指令介绍

上面，我介绍了一些与Docker镜像构建有关的基础知识。在实际生产环境中，我们标准的做法是通过Dockerfile来构建镜像，这就要求你会编写Dockerfile文件。接下来，我就详细介绍下如何编写Dockerfile文件。

Dockerfile指令的基本格式如下：

# Comment
INSTRUCTION arguments

INSTRUCTION是指令，不区分大小写，但我的建议是指令都大写，这样可以与参数进行区分。Dockerfile中，以 # 开头的行是注释，而在其他位置出现的 # 会被当成参数，例如：

# Comment
RUN echo 'hello world # dockerfile'

一个Dockerfile文件中包含了多条指令，这些指令可以分为5类。

  • 定义基础镜像的指令：FROM；
  • 定义镜像维护者的指令：MAINTAINER（可选）；
  • 定义镜像构建过程的指令：COPY、ADD、RUN、USER、WORKDIR、ARG、ENV、VOLUME、ONBUILD；
  • 定义容器启动时执行命令的指令：CMD、ENTRYPOINT；
  • 其他指令：EXPOSE、HEALTHCHECK、STOPSIGNAL。

其中，加粗的指令是编写Dockerfile时经常用到的指令，需要你重点了解下。我把这些常用Dockerfile指令的介绍放在了GitHub上，你可以看看这个Dockerfile指令详解open in new window。

下面是一个Dockerfile示例：

# 第一行必须指定构建该镜像所基于的容器镜像
FROM centos:centos8

# 维护者信息
MAINTAINER Lingfei Kong <colin404@foxmail.com>

# 镜像的操作指令
RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
RUN echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone
WORKDIR /opt/iam
COPY iam-apiserver /opt/iam/bin/

# 容器启动时执行指令
ENTRYPOINT ["/opt/iam/bin/iam-apiserver"]

Docker会顺序解释并执行Dockerfile中的指令，并且第一条指令必须是FROM，FROM 用来指定构建镜像的基础镜像。接下来，一般会指定镜像维护者的信息。后面是镜像操作的指令，最后会通过CMD或者ENTRYPOINT来指定容器启动的命令和参数。

Dockerfile最佳实践

上面我介绍了Dockerfile的指令，但在编写Dockerfile时，只知道这些指令是不够的，还不能编写一个合格的Dockerfile。我们还需要遵循一些编写 Dockerfile的最佳实践。这里，我总结了一份编写 Dockerfile的最佳实践清单，你可以参考。

  1. 建议所有的Dockerfile指令大写，这样做可以很好地跟在镜像内执行的指令区分开来。
  2. 在选择基础镜像时，尽量选择官方的镜像，并在满足要求的情况下，尽量选择体积小的镜像。目前，Linux镜像大小有以下关系：busybox < debian < centos < ubuntu。最好确保同一个项目中使用一个统一的基础镜像。如无特殊需求，可以选择使用debian:jessie或者alpine。
  3. 在构建镜像时，删除不需要的文件，只安装需要的文件，保持镜像干净、轻量。
  4. 使用更少的层，把相关的内容放到一个层，并使用换行符进行分割。这样可以进一步减小镜像的体积，也方便查看镜像历史。
  5. 不要在Dockerfile中修改文件的权限。因为如果修改文件的权限，Docker在构建时会重新复制一份，这会导致镜像体积越来越大。
  6. 给镜像打上标签，标签可以帮助你理解镜像的功能，例如：docker build -t="nginx:3.0-onbuild"。
  7. FROM指令应该包含tag，例如使用FROM debian:jessie，而不是FROM debian。
  8. 充分利用缓存。Docker构建引擎会顺序执行Dockerfile中的指令，而且一旦缓存失效，后续命令将不能使用缓存。为了有效地利用缓存，需要尽量将所有的Dockerfile文件中相同的部分都放在前面，而将不同的部分放在后面。
  9. 优先使用COPY而非ADD指令。和ADD相比，COPY 功能简单，而且也够用。ADD可变的行为会导致该指令的行为不清晰，不利于后期维护和理解。
  10. 推荐将CMD和ENTRYPOINT指令结合使用，使用execl格式的ENTRYPOINT指令设置固定的默认命令和参数，然后使用CMD指令设置可变的参数。
  11. 尽量使用Dockerfile共享镜像。通过共享Dockerfile，可以使开发者明确知道Docker镜像的构建过程，并且可以将Dockerfile文件加入版本控制，跟踪起来。
  12. 使用.dockerignore忽略构建镜像时非必需的文件。忽略无用的文件，可以提高构建速度。
  13. 使用多阶段构建。多阶段构建可以大幅减小最终镜像的体积。例如，COPY指令中可能包含一些安装包，安装完成之后这些内容就废弃掉。下面是一个简单的多阶段构建示例：
FROM golang:1.11-alpine AS build

# 安装依赖包
RUN go get github.com/golang/mock/mockgen

# 复制源码并执行build，此处当文件有变化会产生新的一层镜像层
COPY . /go/src/iam/
RUN go build -o /bin/iam

# 缩小到一层镜像
FROM busybox
COPY --from=build /bin/iam /bin/iam
ENTRYPOINT ["/bin/iam"]
CMD ["--help"]

总结

如果你想使用Docker容器来部署应用，那么就需要制作Docker镜像。今天，我介绍了如何制作Docker镜像。

你可以使用这两种方式来构建Docker镜像：

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

这两种方法中，镜像构建的底层原理是相同的：

  1. 基于原镜像启动一个Docker容器。
  2. 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。
  3. 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。

此外，我们还可以使用 docker save / docker load 和 docker export / docker import 来复制Docker镜像。

在实际生产环境中，我们标准的做法是通过Dockerfile来构建镜像。使用Dockerfile构建镜像，就需要你编写Dockerfile文件。Dockerfile支持多个指令，这些指令可以分为5类，对指令的具体介绍你可以再返回复习一遍。

另外，我们在构建Docker镜像时，也要遵循一些最佳实践，具体你可以参考我给你总结的最佳实践清单。

课后练习

  1. 思考下，为什么在编写Dockerfile时，“把相关的内容放到一个层，使用换行符 ``进行分割”可以减小镜像的体积？
  2. 尝试一下，为你正在开发的应用编写Dockerfile文件，并成功构建出Docker镜像。

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