如何编写最佳的Dockerfile

痛定思痛。 2022-05-17 06:04 216阅读 0赞

# 如何编写最佳的Dockerfile #

**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。

原文: [How to write excellent Dockerfiles][]

译者: [Fundebug][]

**为了保证可读性，本文采用意译而非直译。另外，本文版权归原作者所有，翻译仅用于学习**。

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)。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM ubuntu

ADD . /app

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

# this should start three processes, mysql and ssh
# in the background and node app in foreground
# isn't it beautifully terrible? &lt;3
CMD mysql &amp; sshd &amp; npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

构建镜像:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>docker build -t wtf .
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1. 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:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>.git/
node_modules/
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2. 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>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 &amp;&amp; npm install

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3. 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)

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM ubuntu

ADD . /app

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM ubuntu

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 4. 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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM ubuntu:16.04  # it's that easy!

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 5. 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)。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM ubuntu:16.04

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

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 6. 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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

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

CMD npm start
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[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。

### 7. 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][CMD])。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

WORKDIR /app  
ADD . /app  
RUN npm install

CMD ["npm", "start"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 8. 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:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>#!/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" &gt;&gt; /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
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

示例Dockerfile:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

WORKDIR /app  
ADD . /app  
RUN npm install

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]  
CMD ["start"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可以使用如下命令运行该镜像:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre># 运行开发版本
docker run our-app dev

# 运行生产版本
docker run our-app start

# 运行bash
docker run -it our-app /bin/bash
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 9. 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。

### 10. 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][Link 1])。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

WORKDIR /app

COPY . /app  
RUN npm install

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]  
CMD ["start"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 11. 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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

WORKDIR /app

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

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]  
CMD ["start"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 12. 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:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine

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

ENTRYPOINT ["./entrypoint.sh"]  
CMD ["start"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[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。

### 13. 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:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>FROM node:7-alpine  
LABEL maintainer "jakub.skalecki@example.com"  
...
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 14. 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][Link 2]。示例如下:

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>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"]
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

当请求失败时，`curl --fail` 命令返回非0状态。

参考文献：

[https://blog.fundebug.com/2017/05/15/write-excellent-dockerfile/][https_blog.fundebug.com_2017_05_15_write-excellent-dockerfile]

[How to write excellent Dockerfiles]: https://rock-it.pl/how-to-write-excellent-dockerfiles/
[Fundebug]: https://www.fundebug.com/
[Docker Compose]: https://docs.docker.com/compose/
[docker exec]: https://docs.docker.com/engine/reference/commandline/exec/
[RUN]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#run
[apk]: https://wiki.alpinelinux.org/wiki/Alpine_Linux_package_management
[WORKDIR]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#workdir
[CMD]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#cmd
[ENTRYPOINT]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#entrypoint
[COPY]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#copy
[ADD]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#add
[Link 1]: https://docs.docker.com/engine/userguide/eng-image/dockerfile_best-practices/#add-or-copy
[ENV]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#env
[ARG]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#arg
[LABEL]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#label
[MAINTAINER]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#maintainer-deprecated
[nvidia-docker]: https://github.com/NVIDIA/nvidia-docker
[HEALTHCHECK]: https://docs.docker.com/engine/reference/builder/#healthcheck
[Link 2]: https://blog.newrelic.com/2016/08/24/docker-health-check-instruction/
[https_blog.fundebug.com_2017_05_15_write-excellent-dockerfile]: https://blog.fundebug.com/2017/05/15/write-excellent-dockerfile/