如何编写最佳的Dockerfile

DevOps Comments

译者按: Dockerfile 的语法非常简单，然而如何加快镜像构建速度，如何减少 Docker 镜像的大小却不是那么直观，需要积累实践经验。这篇博客可以帮助你快速掌握编写 Dockerfile 的技巧。

本文采用意译，版权归原作者所有

我已经使用 Docker 有一段时间了，其中编写 Dockerfile 是非常重要的一部分工作。在这篇博客中，我打算分享一些建议，帮助大家编写更好的 Dockerfile。

目标

  • 更快的构建速度
  • 更小的 Docker 镜像大小
  • 更少的 Docker 镜像层
  • 充分利用镜像缓存
  • 增加 Dockerfile 可读性
  • 让 Docker 容器使用起来更简单

总结

  • 编写.dockerignore 文件
  • 容器只运行单个应用
  • 将多个 RUN 指令合并为一个
  • 基础镜像的标签不要用 latest
  • 每个 RUN 指令后删除多余文件
  • 选择合适的基础镜像(alpine 版本最好)
  • 设置 WORKDIR 和 CMD
  • 使用 ENTRYPOINT (可选)
  • 在 entrypoint 脚本中使用 exec
  • COPY 与 ADD 优先使用前者
  • 合理调整 COPY 与 RUN 的顺序
  • 设置默认的环境变量，映射端口和数据卷
  • 使用 LABEL 设置镜像元数据
  • 添加 HEALTHCHECK

示例

示例 Dockerfile 犯了几乎所有的错(当然我是故意的)。接下来，我会一步步优化它。假设我们需要使用 Docker 运行一个 Node.js 应用，下面就是它的 Dockerfile(CMD 指令太复杂了，所以我简化了，它是错误的，仅供参考)。

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FROM ubuntu

ADD . /app

RUN apt-get update
RUN apt-get upgrade -y
RUN apt-get install -y nodejs ssh mysql
RUN cd /app && npm install

# this should start three processes, mysql and ssh
# in the background and node app in foreground
# isn't it beautifully terrible? <3
CMD mysql & sshd & npm start

构建镜像:

docker build -t wtf

编写.dockerignore 文件

构建镜像时，Docker 需要先准备context ，将所有需要的文件收集到进程中。默认的context包含 Dockerfile 目录中的所有文件，但是实际上，我们并不需要.git 目录，node_modules 目录等内容。 .dockerignore 的作用和语法类似于 .gitignore，可以忽略一些不需要的文件，这样可以有效加快镜像构建时间，同时减少 Docker 镜像的大小。示例如下:

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.git/
node_modules/
dist/

容器只运行单个应用

从技术角度讲，你可以在 Docker 容器中运行多个进程。你可以将数据库，前端，后端，ssh，supervisor 都运行在同一个 Docker 容器中。但是，这会让你非常痛苦:

  • 非常长的构建时间(修改前端之后，整个后端也需要重新构建)
  • 非常大的镜像大小
  • 多个应用的日志难以处理(不能直接使用 stdout，否则多个应用的日志会混合到一起)
  • 横向扩展时非常浪费资源(不同的应用需要运行的容器数并不相同)
  • 僵尸进程问题 - 你需要选择合适的 init 进程

因此，我建议大家为每个应用构建单独的 Docker 镜像，然后使用 Docker Compose 运行多个 Docker 容器。

现在，我从 Dockerfile 中删除一些不需要的安装包，另外，SSH 可以用docker exec替代。示例如下：

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FROM ubuntu

ADD . /app

RUN apt-get update
RUN apt-get upgrade -y

# we should remove ssh and mysql, and use
# separate container for database 
RUN apt-get install -y nodejs  # ssh mysql
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

将多个 RUN 指令合并为一个

Docker 镜像是分层的，下面这些知识点非常重要:

  • Dockerfile 中的每个指令都会创建一个新的镜像层。
  • 镜像层将被缓存和复用
  • 当 Dockerfile 的指令修改了，复制的文件变化了，或者构建镜像时指定的变量不同了，对应的镜像层缓存就会失效
  • 某一层的镜像缓存失效之后，它之后的镜像层缓存都会失效
  • 镜像层是不可变的，如果我们再某一层中添加一个文件，然后在下一层中删除它，则镜像中依然会包含该文件(只是这个文件在 Docker 容器中不可见了)。

Docker 镜像类似于洋葱。它们都有很多层。为了修改内层，则需要将外面的层都删掉。记住这一点的话，其他内容就很好理解了。

现在，我们将所有的RUN指令合并为一个。同时把apt-get upgrade删除，因为它会使得镜像构建非常不确定(我们只需要依赖基础镜像的更新就好了)

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FROM ubuntu

ADD . /app

RUN apt-get update \
    && apt-get install -y nodejs \
    && cd /app \
    && npm install

CMD npm start

记住一点，我们只能将变化频率一样的指令合并在一起。将 node.js 安装与 npm 模块安装放在一起的话，则每次修改源代码，都需要重新安装 node.js，这显然不合适。因此，正确的写法是这样的:

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FROM ubuntu

RUN apt-get update && apt-get install -y nodejs 
ADD . /app
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

基础镜像的标签不要用 latest

当镜像没有指定标签时，将默认使用latest 标签。因此， FROM ubuntu 指令等同于FROM ubuntu:latest。当时，当镜像更新时，latest 标签会指向不同的镜像，这时构建镜像有可能失败。如果你的确需要使用最新版的基础镜像，可以使用 latest 标签，否则的话，最好指定确定的镜像标签。

示例 Dockerfile 应该使用16.04作为标签。

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FROM ubuntu:16.04  # it's that easy!

RUN apt-get update && apt-get install -y nodejs 
ADD . /app
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

每个 RUN 指令后删除多余文件

假设我们更新了 apt-get 源，下载，解压并安装了一些软件包，它们都保存在/var/lib/apt/lists/目录中。但是，运行应用时 Docker 镜像中并不需要这些文件。我们最好将它们删除，因为它会使 Docker 镜像变大。

示例 Dockerfile 中，我们可以删除/var/lib/apt/lists/目录中的文件(它们是由 apt-get update 生成的)。

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FROM ubuntu:16.04

RUN apt-get update \
    && apt-get install -y nodejs \
    # added lines
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

ADD . /app
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

选择合适的基础镜像(alpine 版本最好)

在示例中，我们选择了ubuntu作为基础镜像。但是我们只需要运行 node 程序，有必要使用一个通用的基础镜像吗？node镜像应该是更好的选择。

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FROM node

ADD . /app
# we don't need to install node 
# anymore and use apt-get
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

更好的选择是 alpine 版本的node镜像。alpine 是一个极小化的 Linux 发行版，只有 4MB，这让它非常适合作为基础镜像。

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FROM node:7-alpine

ADD . /app
RUN cd /app && npm install

CMD npm start

apk是 Alpine 的包管理工具。它与apt-get有些不同，但是非常容易上手。另外，它还有一些非常有用的特性，比如no-cache和 --virtual选项，它们都可以帮助我们减少镜像的大小。

设置 WORKDIR 和 CMD

WORKDIR指令可以设置默认目录，也就是运行RUN / CMD / ENTRYPOINT指令的地方。

CMD指令可以设置容器创建是执行的默认命令。另外，你应该讲命令写在一个数组中，数组中每个元素为命令的每个单词(参考官方文档)。

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FROM node:7-alpine

WORKDIR /app
ADD . /app
RUN npm install

CMD ["npm", "start"]

使用 ENTRYPOINT (可选)

ENTRYPOINT指令并不是必须的，因为它会增加复杂度。ENTRYPOINT是一个脚本，它会默认执行，并且将指定的命令错误其参数。它通常用于构建可执行的 Docker 镜像。entrypoint.sh 如下:

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#!/usr/bin/env sh
# $0 is a script name, 
# $1, $2, $3 etc are passed arguments
# $1 is our command
CMD=$1

case "$CMD" in
  "dev" )
    npm install
    export NODE_ENV=development
    exec npm run dev
    ;;

  "start" )
    # we can modify files here, using ENV variables passed in 
    # "docker create" command. It can't be done during build process.
    echo "db: $DATABASE_ADDRESS" >> /app/config.yml
    export NODE_ENV=production
    exec npm start
    ;;

   * )
    # Run custom command. Thanks to this line we can still use 
    # "docker run our_image /bin/bash" and it will work
    exec $CMD ${@:2}
    ;;
esac

示例 Dockerfile:

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FROM node:7-alpine

WORKDIR /app
ADD . /app
RUN npm install

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]
CMD ["start"]

可以使用如下命令运行该镜像:

docker run our-app dev

docker run out-app start

docker run -ti out-app /bin/bash

在 entrypoint 脚本中使用 exec

在前文的 entrypoint 脚本中，我使用了exec命令运行 node 应用。不使用exec的话，我们则不能顺利地关闭容器，因为 SIGTERM 信号会被 bash 脚本进程吞没。exec命令启动的进程可以取代脚本进程，因此所有的信号都会正常工作。

COPY 与 ADD 优先使用前者

COPY指令非常简单，仅用于将文件拷贝到镜像中。ADD相对来讲复杂一些，可以用于下载远程文件以及解压压缩包(参考官方文档)。

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FROM node:7-alpine

WORKDIR /app

COPY . /app
RUN npm install

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]
CMD ["start"]

合理调整 COPY 与 RUN 的顺序

我们应该把变化最少的部分放在 Dockerfile 的前面，这样可以充分利用镜像缓存。

示例中，源代码会经常变化，则每次构建镜像时都需要重新安装 NPM 模块，这显然不是我们希望看到的。因此我们可以先拷贝package.json，然后安装 NPM 模块，最后才拷贝其余的源代码。这样的话，即使源代码变化，也不需要重新安装 NPM 模块。

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FROM node:7-alpine

WORKDIR /app

COPY package.json /app
RUN npm install
COPY . /app

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]
CMD ["start"]

设置默认的环境变量，映射端口和数据卷

运行 Docker 容器时很可能需要一些环境变量。在 Dockerfile 设置默认的环境变量是一种很好的方式。另外，我们应该在 Dockerfile 中设置映射端口和数据卷。示例如下:

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FROM node:7-alpine

# env variables required during build
ENV PROJECT_DIR=/app

WORKDIR $PROJECT_DIR

COPY package.json $PROJECT_DIR
RUN npm install
COPY . $PROJECT_DIR

# env variables that can change
# volume and port settings
# and defaults for our application
ENV MEDIA_DIR=/media \
    NODE_ENV=production \
    APP_PORT=3000

VOLUME $MEDIA_DIR
EXPOSE $APP_PORT

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]
CMD ["start"]

ENV指令指定的环境变量在容器中可以使用。如果你只是需要指定构建镜像时的变量，你可以使用ARG指令。

使用 LABEL 设置镜像元数据

使用LABEL指令，可以为镜像设置元数据，例如镜像创建者或者镜像说明。旧版的 Dockerfile 语法使用MAINTAINER指令指定镜像创建者，但是它已经被弃用了。有时，一些外部程序需要用到镜像的元数据，例如nvidia-docker需要用到com.nvidia.volumes.needed。

示例如下:

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FROM node:7-alpine
LABEL maintainer "jakub.skalecki@example.com"
...

添加 HEALTHCHECK

运行容器时，可以指定–restart always选项。这样的话，容器崩溃时，Docker 守护进程(docker daemon)会重启容器。对于需要长时间运行的容器，这个选项非常有用。但是，如果容器的确在运行，但是不可(陷入死循环，配置错误)用怎么办？使用HEALTHCHECK指令可以让 Docker 周期性的检查容器的健康状况。我们只需要指定一个命令，如果一切正常的话返回 0，否则返回 1。对 HEALTHCHECK 感兴趣的话，可以参考这篇博客。示例如下:

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FROM node:7-alpine
LABEL maintainer "jakub.skalecki@example.com"

ENV PROJECT_DIR=/app
WORKDIR $PROJECT_DIR

COPY package.json $PROJECT_DIR
RUN npm install
COPY . $PROJECT_DIR

ENV MEDIA_DIR=/media \
    NODE_ENV=production \
    APP_PORT=3000

VOLUME $MEDIA_DIR
EXPOSE $APP_PORT
HEALTHCHECK CMD curl --fail http://localhost:$APP_PORT || exit 1

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]
CMD ["start"]

当请求失败时，curl —fail 命令返回非 0 状态。

对进一步了解的使用者

如果你想要了解更多，请参阅 STOPSIGNAL, ONBUILD, 和 SHELL 指令。还要提到在构建镜像中一个非常有用的指令 --no-cache (特别是在 CI 服务器上)，以及--squash here).

以上，Have fun 😃

Yuechuan XiaoDevOps & Automation

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