Docker通過讀取Dockerfile中的指令自動構(gòu)建鏡像，Dockerfile是一個文本文件，其中依次包含構(gòu)建給定鏡像所需的所有命令。

上面的解釋摘自Docker的官方文檔并總結(jié)了Dockerfile的用途。Dockerfile的使用非常重要，因為它是我們的藍圖，是我們添加到Docker鏡像中的層的記錄。

本文，我們將學習如何利用BuildKit功能，這是Docker v18.09上引入的一組增強功能。集成BuildKit將為我們提供更好的性能，存儲管理和安全性。

本文目標

•  減少構(gòu)建時間；
•  縮小鏡像尺寸；
•  獲得可維護性；
•  獲得可重復性；
•  了解多階段Dockerfile;
•  了解BuildKit功能。

先決條件

•  Docker概念知識
•  已安裝Docker（當前使用v19.03）
•  一個Java應(yīng)用程序（在本文中，我使用了一個Jenkins Maven示例應(yīng)用程序）

讓我們開始吧！

簡單的Dockerfile示例

以下是一個包含Java應(yīng)用程序的未優(yōu)化Dockerfile的示例。我們將逐步進行一些優(yōu)化。 

FROM debian  
COPY . /app  
RUN apt-get update  
RUN apt-get -y install openjdk-11-jdk ssh emacs  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

在這里，我們可能會問自己：構(gòu)建需要多長時間？為了回答這個問題，讓我們在本地開發(fā)環(huán)境上創(chuàng)建該Dockerfile，并讓Docker構(gòu)建鏡像。 

# enter your Java app folder  
cd simple-java-maven-app-master  
# create a Dockerfile  
vim Dockerfile  
# write content, save and exit  
docker pull debian:latest # pull the source image  
time docker build --no-cache -t docker-class . # overwrite previous layers  
# notice the build time  
0,21s user 0,23s system 0% cpu 1:55,17 total 

此時，我們的構(gòu)建需要1m55s。

如果我們僅啟用BuildKit而沒有其他更改，會有什么不同嗎？

啟用BuildKit

BuildKit可以通過兩種方法啟用：

在調(diào)用Docker build命令時設(shè)置DOCKER_BUILDKIT = 1環(huán)境變量，例如： 

time DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --no-cache -t docker-class 

將Docker BuildKit設(shè)置為默認開啟，需要在/etc/docker/daemon.json進行如下設(shè)置，然后重啟： 

{ "features": { "buildkit": true } } 

BuildKit最初的效果 

DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --no-cache -t docker-class .  
0,54s user 0,93s system 1% cpu 1:43,00 total 

此時，我們的構(gòu)建需要1m43s。在相同的硬件上，構(gòu)建花費的時間比以前少了約12秒。這意味著構(gòu)建幾乎無需費力即可節(jié)約10％左右的時間。

現(xiàn)在讓我們看看是否可以采取一些額外的步驟來進一步改善。

從最小到最頻繁變化的順序

因為順序?qū)τ诰彺婧苤匾?，所以我們將COPY命令移到更靠近Dockerfile末尾的位置。 

FROM debian  
RUN apt-get update  
RUN apt-get -y install openjdk-11-jdk ssh emacs  
RUN COPY . /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

避免使用“COPY .”

選擇更具體的COPY參數(shù)，以避免緩存中斷。僅復制所需內(nèi)容。 

FROM debian  
RUN apt-get update  
RUN apt-get -y install openjdk-11-jdk ssh vim  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

apt-get update 和install命令一起使用

這樣可以防止使用過時的程序包緩存。 

FROM debian  
RUN apt-get update && \  
    apt-get -y install openjdk-11-jdk ssh vim  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

刪除不必要的依賴

在開始時，不要安裝調(diào)試和編輯工具，以后可以在需要時安裝它們。 

FROM debian  
RUN apt-get update && \  
    apt-get -y install --no-install-recommends \  
    openjdk-11-jdk  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

刪除程序包管理器緩存

你的鏡像不需要此緩存數(shù)據(jù)。借此機會釋放一些空間。 

FROM debian  
RUN apt-get update && \  
    apt-get -y install --no-install-recommends \  
    openjdk-11-jdk && \  
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

盡可能使用官方鏡像

使用官方鏡像有很多理由，例如減少鏡像維護時間和減小鏡像尺寸，以及預先配置鏡像以供容器使用。 

FROM openjdk  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

使用特定標簽

請勿使用latest標簽。 

FROM openjdk:8  
COPY target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /app  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

尋找最小的鏡像

以下是openjdk鏡像列表。選擇最適合自己的最輕的那個鏡像。 

REPOSITORY TAG標簽 SIZE大小  
openjdk 8 634MB  
openjdk 8-jre 443MB  
openjdk 8-jre-slim 204MB  
openjdk 8-jre-alpine 83MB 

在一致的環(huán)境中從源構(gòu)建

如果你不需要整個JDK，則可以使用Maven Docker鏡像作為構(gòu)建基礎(chǔ)。 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine  
WORKDIR /app  
COPY pom.xml .  
COPY src ./src  
RUN mvn -e -B package  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

在單獨的步驟中獲取依賴項

可以緩存–用于獲取依賴項的Dockerfile命令。緩存此步驟將加快構(gòu)建速度。 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine  
WORKDIR /app  
COPY pom.xml .  
RUN mvn -e -B dependency:resolve  
COPY src ./src  
RUN mvn -e -B package  
CMD [“java”, “-jar”, “/app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

多階段構(gòu)建：刪除構(gòu)建依賴項

為什么要使用多階段構(gòu)建？

•  將構(gòu)建與運行時環(huán)境分開
•  DRY方式
  
  •  具有開發(fā)，測試等環(huán)境的不同詳細信息
•  線性化依賴關(guān)系
•  具有特定于平臺的階段 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder  
WORKDIR /app  
COPY pom.xml .  
RUN mvn -e -B dependency:resolve  
COPY src ./src  
RUN mvn -e -B package  
FROM openjdk:8-jre-alpine  
COPY --from=builder /app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

如果你此時構(gòu)建我們的應(yīng)用程序， 

time DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --no-cache -t docker-class .  
0,41s user 0,54s system 2% cpu 35,656 total 

你會注意到我們的應(yīng)用程序構(gòu)建需要大約35.66秒的時間。這是一個令人愉快的進步。

下面，我們將介紹其他場景的功能。

多階段構(gòu)建：不同的鏡像風格

下面的Dockerfile顯示了基于Debian和基于Alpine的鏡像的不同階段。 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder  
…  
FROM openjdk:8-jre-jessie AS release-jessie  
COPY --from=builder /app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”]  
FROM openjdk:8-jre-alpine AS release-alpine  
COPY --from=builder /app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

要構(gòu)建特定的鏡像，我們可以使用–target參數(shù)： 

time docker build --no-cache --target release-jessie . 

不同的鏡像風格（DRY /全局ARG） 

ARG flavor=alpine  
FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder  
…  
FROM openjdk:8-jre-$flavor AS release  
COPY --from=builder /app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

ARG命令可以指定要構(gòu)建的鏡像。在上面的例子中，我們指定alpine為默認的鏡像，但我們也可以在docker build命令中，通過–build-arg flavor=參數(shù)指定鏡像。

time docker build --no-cache --target release --build-arg flavor=jessie . 

并發(fā)

并發(fā)在構(gòu)建Docker鏡像時很重要，因為它會充分利用可用的CPU線程。在線性Dockerfile中，所有階段均按順序執(zhí)行。通過多階段構(gòu)建，我們可以讓較小的依賴階段準備就緒，以供主階段使用它們。

BuildKit甚至帶來了另一個性能上的好處。如果在以后的構(gòu)建中不使用該階段，則在結(jié)束時將直接跳過這些階段，而不是對其進行處理和丟棄。

下面是一個示例Dockerfile，其中網(wǎng)站的資產(chǎn)是在一個assets階段中構(gòu)建的： 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder  
…  
FROM tiborvass/whalesay AS assets  
RUN whalesay “Hello DockerCon!” > out/assets.html  
FROM openjdk:8-jre-alpine AS release  
COPY --from=builder /app/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
COPY --from=assets /out /assets  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

這是另一個Dockerfile，其中分別編譯了C和C ++庫，并在builder以后使用該階段。 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder-base  
… 
FROM gcc:8-alpine AS builder-someClib  
… 
RUN git clone … ./configure --prefix=/out && make && make install  
FROM g++:8-alpine AS builder-some CPPlib  
…  
RUN git clone … && cmake …  
FROM builder-base AS builder  
COPY --from=builder-someClib /out /  
COPY --from=builder-someCpplib /out / 

BuildKit應(yīng)用程序緩存

BuildKit具有程序包管理器緩存的特殊功能。以下是一些緩存文件夾位置的示例：

包管理器 路徑 

apt /var/lib/apt/lists  
go ~/.cache/go-build  
go-modules $GOPATH/pkg/mod  
npm ~/.npm  
pip ~/.cache/pip 

我們可以將此Dockerfile與上面介紹的在一致的環(huán)境中從源代碼構(gòu)建中介紹的Dockerfile進行比較。這個較早的Dockerfile沒有特殊的緩存處理。我們可以使用–mount=type=cache來做到這一點。 

FROM maven:3.6-jdk-8-alpine AS builder  
WORKDIR /app  
RUN --mount=target=. --mount=type=cache,target /root/.m2 \  
    && mvn package -DoutputDirectory=/  
FROM openjdk:8-jre-alpine  
COPY --from=builder /app/target/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar /  
CMD [“java”, “-jar”, “/my-app-1.0-SNAPSHOT.jar”] 

BuildKit的安全功能

BuildKit具有安全功能，下面的示例中，我們使用了–mount=type=secret隱藏了一些機密文件，例如~/.aws/credentials。 

FROM <baseimage>  
RUN …  
RUN --mount=type=secret,id=aws,target=/root/.aws/credentials,required \  
./fetch-assets-from-s3.sh  
RUN ./build-scripts.sh  

要構(gòu)建此Dockerfile，需要使用–secret參數(shù)： 

docker build --secret id=aws,src=~/.aws/credentials 

還有為了提高安全性，避免使用諸如COPY ./keys/private.pem /root .ssh/private.pem之類的命令，我們可以使用BuildKit中的ssh解決此問題： 

FROM alpine  
RUN apk add --no-cache openssh-client  
RUN mkdir -p -m 0700 ~/.ssh && ssh-keyscan github.com >> ~/.ssh/known_hosts  
ARG REPO_REF=19ba7bcd9976ef8a9bd086187df19ba7bcd997f2  
RUN --mount=type=ssh,required git clone git@github.com:org/repo /work && cd /work && git checkout -b $REPO_REF 

要構(gòu)建此Dockerfile，你需要在ssh-agent中加載到你的SSH私鑰。 

eval $(ssh-agent)  
ssh-add ~/.ssh/id_rsa # this is the SSH key default location  
docker build --ssh=default . 

結(jié)論

本文，我們介紹了使用Docker BuildKit優(yōu)化Dockerfile，并因此加快了鏡像構(gòu)建時間。這些速度的提高，可以幫助我們提高效率和節(jié)省計算能力。