Docker最佳實踐：5個方法精簡映象

本文記錄了精簡Docker映象尺寸的必要性及好處

精簡Docker映象的好處很多，不僅可以節省儲存空間和頻寬，還能減少安全隱患。最佳化映象大小的手段多種多樣，因服務所使用的基礎開發語言不同而有差異。本文將介紹精簡Docker映象的幾種通用方法。

Docker映象由很多映象層（Layers）組成（最多127層），映象層依賴於一系列的底層技術，比如檔案系統(filesystems)、寫時複製(copy-on-write)、聯合掛載(union mounts)等技術，你可以檢視Docker社群文件以瞭解更多有關Docker儲存驅動的內容，這裡就不再贅述技術細節。總的來說，Dockerfile中的每條指令都會建立一個映象層，繼而會增加整體映象的尺寸。

下面是精簡Docker映象尺寸的好處：

1、減少構建時間

2、減少磁碟使用量

3、減少下載時間

4、因為包含檔案少，攻擊面減小，提高了安全性

5、提高部署速度

lynzabo@ubuntu ~/s> docker images
REPOSITORY         TAG             IMAGE ID            CREATED             SIZE
ubuntu             latest        74f8760a2a8b        8 days ago          82.4MB
alpine             latest        11cd0b38bc3c        2 weeks ago         4.41MB
centos               7           49f7960eb7e4        7 weeks ago         200MB
debian             latest        3bbb526d2608        8 days ago          101MB
lynzabo@ubuntu ~/s>

Alpine是一個高度精簡又包含了基本工具的輕量級Linux發行版，基礎映象只有4.41M，各開發語言和框架都有基於Alpine製作的基礎映象，強烈推薦使用它。

檢視上面的映象尺寸對比結果，你會發現最小的映象也有4.41M，那麼有辦法構建更小的映象嗎？答案是肯定的，例如 gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.1 映象僅有742KB。為什麼這個映象能這麼小？在為大家解密之前，再推薦兩個基礎映象：

>>>> scratch映象 

scratch是一個空映象，只能用於構建其他映象，比如你要執行一個包含所有依賴的二進位制檔案，如Golang程式，可以直接使用scratch作為基礎映象。現在給大家展示一下上文提到的Google pause映象Dockerfile：

FROM scratch
ARG ARCH
ADD bin/pause-${ARCH} /pause
ENTRYPOINT ["/pause"]

Google pause映象使用了scratch作為基礎映象，這個映象本身是不佔空間的，使用它構建的映象大小几乎和二進位制檔案本身一樣大，所以映象非常小。當然在我們的Golang程式中也會使用。對於一些Golang/C程式，可能會依賴一些動態庫，你可以使用自動提取動態庫工具，比如ldd、linuxdeployqt等提取所有動態庫，然後將二進位制檔案和依賴動態庫一起打包到映象中。

>>>> busybox映象

scratch是個空映象，如果希望映象裡可以包含一些常用的Linux工具，busybox映象是個不錯選擇，映象本身只有1.16M，非常便於構建小映象。

下面是一個最佳化前Dockerfile：

FROM ubuntu

ENV VER     3.0.0  
ENV TARBALL   
# ==> Install curl and helper tools...
RUN apt-get update  
RUN apt-get install -y  curl make gcc  
# ==> Download, compile, and install...
RUN curl -L $TARBALL | tar zxv  
WORKDIR  redis-$VER  
RUN make  
RUN make install  
#...
# ==> Clean up...
WORKDIR /  
RUN apt-get remove -y --auto-remove curl make gcc  
RUN apt-get clean  
RUN rm -rf /var/lib/apt/lists/*  /redis-$VER  
#...
CMD ["redis-server"]

構建映象，名稱叫 test/test:0.1。

我們對Dockerfile做最佳化，最佳化後Dockerfile：

FROM ubuntu

ENV VER     3.0.0  
ENV TARBALL 

RUN echo "==> Install curl and helper tools..."  && \  
    apt-get update                      && \
    apt-get install -y  curl make gcc   && \
    echo "==> Download, compile, and install..."  && \
    curl -L $TARBALL | tar zxv  && \
    cd redis-$VER               && \
    make                        && \
    make install                && \
    echo "==> Clean up..."  && \
    apt-get remove -y --auto-remove curl make gcc  && \
    apt-get clean                                  && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*  /redis-$VER
#...
CMD ["redis-server"]

構建映象，名稱叫 test/test:0.2。

對比兩個映象大小：

root@k8s-master:/tmp/iops# docker images
REPOSITORY       TAG           IMAGE ID            CREATED             SIZE
test/test        0.2         58468c0222ed        2 minutes ago       98.1MB
test/test        0.1         e496cf7243f2        6 minutes ago       307MB
root@k8s-master:/tmp/iops#

可以看到，將多條RUN命令串聯起來構建的映象大小是每條命令分別RUN的三分之一。

提示：為了應對映象中存在太多映象層，Docker 1.13版本以後，提供了一個壓扁映象功能，即將 Dockerfile 中所有的操作壓縮為一層。這個特性還處於實驗階段，Docker預設沒有開啟，如果要開啟，需要在啟動Docker時新增-experimental 選項，並在Docker build 構建映象時候新增 --squash 。我們不推薦使用這個辦法，請在撰寫 Dockerfile 時遵循最佳實踐編寫，不要試圖用這種辦法去壓縮映象。

下面是一個使用COPY --from 和 FROM ... AS ... 的Dockerfile：

# Compile
FROM golang:1.9.0 AS builder
WORKDIR /go/src/v9.git...com/.../k8s-monitor
COPY . .
WORKDIR /go/src/v9.git...com/.../k8s-monitor
RUN make build
RUN mv k8s-monitor /root

# Package
# Use scratch image
FROM scratch
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /root .
EXPOSE 8080
CMD ["/root/k8s-monitor"]

構建映象，你會發現生成的映象只有上面COPY 指令指定的內容，映象大小隻有2M。這樣在以前使用兩個Dockerfile（一個Dockerfile用於開發和一個用於生產的瘦客戶端），現在使用多階段構建就可以搞定。

下面是構建Spring Boot應用映象的例子，用來說明如何分層。其他型別的應用，比如Java WAR包，Nodejs的npm 模組等，可以採取類似的方式。

1、在Dockerfile所在目錄，解壓縮maven生成的jar包

$ unzip <path-to-app-jar>.jar -d app

2、Dockerfile 我們把應用的內容分成4個部分COPY到映象裡面：其中前面3個基本不變，第4個是經常變化的自有程式碼。最後一行是解壓縮後，啟動spring boot應用的方式。

FROM openjdk:8-jre-alpine

LABEL maintainer "opl-xws@xiaomi.com"
COPY app/BOOT-INF/lib/ /app/BOOT-INF/lib/
COPY app/org /app/org
COPY app/META-INF /app/META-INF
COPY app/BOOT-INF/classes /app/BOOT-INF/classes
EXPOSE 8080
CMD ["/usr/bin/java", "-cp", "/app", "org.springframework.boot.loader.JarLauncher"]

這樣在構建映象時候可大大提高構建速度。

1. RUN命令中執行apt、apk或者yum類工具技巧

如果在RUN命令中執行apt、apk或者yum類工具，可以藉助這些工具提供的一些小技巧來減少映象層數量及映象大小。舉幾個例子：

（1）在執行apt-get install -y 時增加選項— no-install-recommends ，可以不用安裝建議性（非必須）的依賴，也可以在執行apk add 時新增選項--no-cache 達到同樣效果；

（2）執行yum install -y 時候， 可以同時安裝多個工具，比如yum install -y gcc gcc-c++ make ...。將所有yum install 任務放在一條RUN命令上執行，從而減少映象層的數量；

（3）元件的安裝和清理要串聯在一條指令裡面，如 apk --update add php7 && rm -rf /var/cache/apk/* ，因為Dockerfile的每條指令都會產生一個檔案層，如果將apk add ...和 rm -rf ... 命令分開，清理無法減小apk命令產生的檔案層的大小。Ubuntu或Debian可以使用 rm -rf /**var**/lib/apt/lists/* 清理映象中快取檔案；CentOS等系統使用yum clean all 命令清理。

2. 壓縮映象

Docker 自帶的一些命令還能協助壓縮映象，比如 export 和 import

$ docker run -d test/test:0.2
$ docker export 747dc0e72d13 | docker import - test/test:0.3

使用這種方式需要先將容器執行起來，而且這個過程中會丟失映象原有的一些資訊，比如：匯出埠，環境變數，預設指令。

檢視這兩個映象history資訊，如下，可以看到test/test:0.3 丟失了所有的映象層資訊：

root@k8s-master:/tmp/iops# docker history test/test:0.3
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6fb3f00b7a72        15 seconds ago                          84.7MB              Imported from -
root@k8s-master:/tmp/iops# docker history test/test:0.2
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58468c0222ed        2 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  CMD ["redis-server"]         0B      
1af7ffe3d163        2 hours ago         /bin/sh -c echo "==> Install curl and helper…   15.7MB  
8bac6e733d54        2 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  ENV TARBALL=…   0B      
793282f3ef7a        2 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  ENV VER=3.0.0                0B      
74f8760a2a8b        8 days ago          /bin/sh -c #(nop)  CMD ["/bin/bash"]            0B      
<missing>           8 days ago          /bin/sh -c mkdir -p /run/systemd && echo 'do…   7B
<missing>           8 days ago          /bin/sh -c sed -i 's/^#\s*\(deb.*universe\)$…   2.76kB
<missing>           8 days ago          /bin/sh -c rm -rf /var/lib/apt/lists/*          0B
<missing>           8 days ago          /bin/sh -c set -xe   && echo '#!/bin/sh' > /…   745B    
<missing>           8 days ago          /bin/sh -c #(nop) ADD file:5fabb77ea8d61e02d…   82.4MB  
root@k8s-master:/tmp/iops#

社群裡還有很多壓縮工具，比如Docker-squash ，用起來更簡單方便，並且不會丟失原有映象的自帶資訊，大家有興趣可以試試。

總結

Docker映象的精簡手段和精簡效果值得深入探討和實踐，希望本文能為大家帶來幫助。如果你有更好的方法和經驗，歡迎交流~