编写生产环境中最优的 Dockerfile

Docker, 容器云 / 作者：

生产实践中一定优先使用 Dockerfile 的方式构建镜像。因为使用 Dockerfile 构建镜像可以带来很多好处：

  • 易于版本化管理，Dockerfile 本身是一个文本文件，方便存放在代码仓库做版本管理，可以很方便地找到各个版本之间的变更历史；
  • 过程可追溯，Dockerfile 的每一行指令代表一个镜像层，根据 Dockerfile 的内容即可很明确地查看镜像的完整构建过程；
  • 屏蔽构建环境异构，使用 Dockerfile 构建镜像无须考虑构建环境，基于相同 Dockerfile 无论在哪里运行，构建结果都一致。

如果 Dockerfile 使用不当也会引发很多问题。比如镜像构建时间过长，甚至镜像构建失败；镜像层数过多，导致镜像文件过大。

 Dockerfile 编写规则 

制定内部 Dockerfile 编写规则，使得 Dockerfile 在内部同事间能够快速了解镜像的完整构建流程，还可以减少镜像的体积，加快镜像构建的速度和分发速度。

（1）单一作用

由于容器的本质是进程，一个容器代表一个进程，因此不同功能的应用应该尽量拆分为不同的容器，每个容器只负责单一业务进程。

（2）提供注释信息

Dockerfile 也是一种代码，我们应该保持良好的代码编写习惯，晦涩难懂的代码尽量添加注释，让协作者可以一目了然地知道每一行代码的作用，并且方便扩展和使用。

（3）保持容器最小化

应该避免安装无用的软件包，比如在一个 nginx 镜像中，我并不需要安装 vim 、gcc 等开发编译工具。这样不仅可以加快容器构建速度，而且可以避免镜像体积过大。

（4）合理选择基础镜像

容器的核心是应用，因此只要基础镜像能够满足应用的运行环境即可。例如一个Java类型的应用运行时只需要JRE，并不需要JDK，因此我们的基础镜像只需要安装JRE环境即可。

（5）使用 .dockerignore 文件

在使用git时，我们可以使用.gitignore文件忽略一些不需要做版本管理的文件。同理，使用.dockerignore文件允许我们在构建时，忽略一些不需要参与构建的文件，从而提升构建效率。.dockerignore的定义类似于.gitignore。

.dockerignore的本质是文本文件，Docker 构建时可以使用换行符来解析文件定义，每一行可以忽略一些文件或者文件夹。具体使用方式如下：

规则 作用
# # 开头的表示注释，# 后面所有内容将会被忽略
/tmp 匹配当前目录下任何以 tmp 开头的文件或者文件夹
*.md 匹配以 .md 为后缀的任意文件
tem? 匹配以 tem 开头并且以任意字符结尾的文件，？代表任意一个字符
!README.md !README.md! 表示排除忽略。

例如 .dockerignore 定义如下：

*.md

表示除了 README.md 文件外所有以 .md 结尾的文件。

（6）尽量使用构建缓存

Docker 构建过程中，每一条 Dockerfile 指令都会提交为一个镜像层，下一条指令都是基于上一条指令构建的。如果构建时发现要构建的镜像层的父镜像层已经存在，并且下一条命令使用了相同的指令，即可命中构建缓存。

Docker 构建时判断是否需要使用缓存的规则如下：

  • 从当前构建层开始，比较所有的子镜像，检查所有的构建指令是否与当前完全一致，如果不一致，则不使用缓存；
  • 一般情况下，只需要比较构建指令即可判断是否需要使用缓存，但是有些指令除外（例如ADD和COPY）；
  • 对于ADD和COPY指令不仅要校验命令是否一致，还要为即将拷贝到容器的文件计算校验和（根据文件内容计算出的一个数值，如果两个文件计算的数值一致，表示两个文件内容一致 ），命令和校验和完全一致，才认为命中缓存。

基于 Docker 构建时的缓存特性，我们可以把不轻易改变的指令放到 Dockerfile 前面（例如安装软件包），而可能经常发生改变的指令放在 Dockerfile 末尾（例如编译应用程序）。

如想要定义一些环境变量并且安装一些软件包，可以按照如下顺序编写 Dockerfile：

FROM centos:7

# 设置环境变量指令放前面

ENV PATH /usr/local/bin:$PATH

# 安装软件指令放前面

RUN yum install -y make

# 把业务软件的配置,版本等经常变动的步骤放最后

...

按照上面原则编写的 Dockerfile 在构建镜像时，前面步骤命中缓存的概率会增加，可以大大缩短镜像构建时间。

（7）正确设置时区

从 Docker Hub 拉取的官方操作系统镜像大多数都是 UTC 时间（世界标准时间）。如果你想要在容器中使用中国区标准时间（东八区），请根据使用的操作系统修改相应的时区信息，下面我介绍几种常用操作系统的修改方式：

Ubuntu 和Debian 系统

Ubuntu 和Debian 系统可以向 Dockerfile 中添加以下指令：

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

CentOS系统

CentOS 系统则向 Dockerfile 中添加以下指令：

RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

（8）使用国内软件源加快镜像构建速度

由于我们常用的官方操作系统镜像基本都是国外的，软件服务器大部分也在国外，所以我们构建镜像的时候想要安装一些软件包可能会非常慢。

这里以 CentOS 7 为例，介绍一下如何使用 163 软件源（国内有很多大厂，例如阿里、腾讯、网易等公司都免费提供的软件加速源）加快镜像构建。

首先在容器构建目录创建文件 CentOS7-Base-163.repo，文件内容如下：

# CentOS-Base.repo
#
# The mirror system uses the connecting IP address of the client and the
# update status of each mirror to pick mirrors that are updated to and
# geographically close to the client. You should use this for CentOS updates
# unless you are manually picking other mirrors.
#
# If the mirrorlist= does not work for you, as a fall back you can try the 
# remarked out baseurl= line instead.
#
#

[base]
name=CentOS-$releasever - Base - 163.com
#mirrorlist=http://mirrorlist.centos.org/?release=$releasever&arch=$basearch&repo=os
baseurl=http://mirrors.163.com/centos/$releasever/os/$basearch/
gpgcheck=1
gpgkey=http://mirrors.163.com/centos/RPM-GPG-KEY-CentOS-7
#released updates

[updates]
name=CentOS-$releasever - Updates - 163.com
#mirrorlist=http://mirrorlist.centos.org/?release=$releasever&arch=$basearch&repo=updates
baseurl=http://mirrors.163.com/centos/$releasever/updates/$basearch/
gpgcheck=1
gpgkey=http://mirrors.163.com/centos/RPM-GPG-KEY-CentOS-7
#additional packages that may be useful

[extras]
name=CentOS-$releasever - Extras - 163.com
#mirrorlist=http://mirrorlist.centos.org/?release=$releasever&arch=$basearch&repo=extras
baseurl=http://mirrors.163.com/centos/$releasever/extras/$basearch/
gpgcheck=1
gpgkey=http://mirrors.163.com/centos/RPM-GPG-KEY-CentOS-7
#additional packages that extend functionality of existing packages

[centosplus]
name=CentOS-$releasever - Plus - 163.com
baseurl=http://mirrors.163.com/centos/$releasever/centosplus/$basearch/
gpgcheck=1
enabled=0
gpgkey=http://mirrors.163.com/centos/RPM-GPG-KEY-CentOS-7

然后在 Dockerfile 中添加如下指令：

COPY CentOS7-Base-163.repo /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base.repo

执行完上述步骤后，再使用yum install命令安装软件时就会默认从 163 获取软件包，这样可以大大提升构建速度。

（9）最小化镜像层数

在构建镜像时尽可能地减少 Dockerfile 指令行数。例如我们要在 CentOS 系统中安装make和net-tools两个软件包，应该在 Dockerfile 中使用以下指令：

RUN yum install -y make net-tools

而不应该写成这样：

RUN yum install -y makeRUN yum install -y net-tools

Dockerfile 指令书写建议 

（1）RUN

RUN指令在构建时将会生成一个新的镜像层并且执行RUN指令后面的内容。

使用RUN指令时应该尽量遵循以下原则：

  • 当RUN指令后面跟的内容比较复杂时，建议使用反斜杠（\） 结尾并且换行；
  • RUN指令后面的内容尽量按照字母顺序排序，提高可读性。

如想在官方的 CentOS 镜像下安装一些软件，一个建议的 Dockerfile 指令如下：

FROM centos:7RUN yum install -y automake \
                   curl \
                   python \
                   vim

（2）CMD 和 ENTRYPOINT

CMD 和 ENTRYPOINT 指令都是容器运行的命令入口，这两个指令使用中有很多相似的地方和不同。

CMD 和 ENTRYPOINT 两种相同的基本使用格式。

  • CMD/ENTRYPOINT[“command” , “param”]。这种格式是使用 Linux 的exec实现的， 一般称为exec模式，这种书写格式为CMD/ENTRYPOINT后面跟 json 数组，也是Docker 推荐的使用格式。
  • CMD/ENTRYPOINTcommand param ，这种格式是基于 shell 实现的， 通常称为shell模式。当使用shell模式时，Docker 会以 /bin/sh -c command 的方式执行命令。

使用 exec 模式启动容器时，容器的 1 号进程就是 CMD/ENTRYPOINT 中指定的命令，而使用 shell 模式启动容器时相当于我们把启动命令放在了 shell 进程中执行，等效于执行 /bin/sh -c “task command” 命令。因此 shell 模式启动的进程在容器中实际上并不是 1 号进程。

CMD 和 ENTRYPOINT 两个指令的区别：

  • Dockerfile 中如果使用了ENTRYPOINT指令，启动 Docker 容器时需要使用 –entrypoint 参数才能覆盖 Dockerfile 中的ENTRYPOINT指令 ，而使用 CMD 设置的命令则可以被 docker run 后面的参数直接覆盖。
  • ENTRYPOINT 指令可以结合 CMD 指令使用，也可以单独使用，而 CMD 指令只能单独使用。

什么时候应该使用 ENTRYPOINT ,什么时候使用 CMD 呢？

如果希望镜像足够灵活，推荐使用CMD指令。如果你的镜像只执行单一的具体程序，并且不希望用户在执行docker run时覆盖默认程序，建议使用ENTRYPOINT。

最后再强调一下，无论使用CMD还是ENTRYPOINT，都尽量使用exec模式。

（3）ADD 和 COPY

ADD和COPY指令功能类似，都是从外部往容器内添加文件。但是COPY指令只支持基本的文件和文件夹拷贝功能，ADD则支持更多文件来源类型，比如自动提取 tar 包，并且可以支持源文件为 URL 格式。

那么在日常应用中，我们应该使用哪个命令向容器里添加文件呢？你可能在想，既然ADD指令支持的功能更多，当然应该使用ADD指令了。然而事实恰恰相反，我更推荐你使用COPY指令，因为COPY指令更加透明，仅支持本地文件向容器拷贝，而且使用COPY指令可以更好地利用构建缓存，有效减小镜像体积。

当你想要使用ADD向容器中添加 URL 文件时，请尽量考虑使用其他方式替代。例如你想要在容器中安装 memtester（一种内存压测工具），你应该避免使用以下格式：

ADD http://pyropus.ca/software/memtester/old-versions/memtester-4.3.0.tar.gz /tmp/
RUN tar -xvf /tmp/memtester-4.3.0.tar.gz -C /tmp
RUN make -C /tmp/memtester-4.3.0 && make -C /tmp/memtester-4.3.0 install

推荐写法：

RUN wget -O /tmp/memtester-4.3.0.tar.gz http://pyropus.ca/software/memtester/old-versions/memtester-4.3.0.tar.gz \
&& tar -xvf /tmp/memtester-4.3.0.tar.gz -C /tmp \
&& make -C /tmp/memtester-4.3.0 && make -C /tmp/memtester-4.3.0 install

（4）WORKDIR

为了使构建过程更加清晰明了，推荐使用 WORKDIR 来指定容器的工作路径，应该尽量避免使用 RUN cd /work/path && do some work 这样的指令。

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