Dockerfile多階段構建原理和使用場景

fireflow 發布于2019-08-23 11:28 / 3367人閱讀

摘要：版本以后，新增了多階段構建。所謂多階段構建，實際上是允許一個中出現多個指令。因為多個指令會造成多根，則是無法實現的。會使用一個完全干凈的文件系統，不包含任何文件?？梢允沟米詈笊傻溺R像最小化，其中只包含了程序。

Docker 17.05版本以后，新增了Dockerfile多階段構建。所謂多階段構建，實際上是允許一個Dockerfile 中出現多個 FROM 指令。這樣做有什么意義呢？

老版本Docker中為什么不支持多個 FROM 指令

在17.05版本之前的Docker，只允許Dockerfile中出現一個FROM指令，這得從鏡像的本質說起。

在《Docker概念簡介》 中我們提到，你可以簡單理解Docker的鏡像是一個壓縮文件，其中包含了你需要的程序和一個文件系統。其實這樣說是不嚴謹的，Docker鏡像并非只是一個文件，而是由一堆文件組成，最主要的文件是層。

Dockerfile 中，大多數指令會生成一個層，比如下方的兩個例子：

# 示例一，foo 鏡像的Dockerfile
# 基礎鏡像中已經存在若干個層了
FROM ubuntu:16.04

# RUN指令會增加一層，在這一層中，安裝了 git 軟件
RUN apt-get update 
  && apt-get install -y --no-install-recommends git 
  && apt-get clean 
  && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# 示例二，bar 鏡像的Dockerfile
FROM foo

# RUN指令會增加一層，在這一層中，安裝了 nginx
RUN apt-get update 
  && apt-get install -y --no-install-recommends nginx 
  && apt-get clean 
  && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

假設基礎鏡像ubuntu:16.04已經存在5層，使用第一個Dockerfile打包成鏡像 foo，則foo有6層，又使用第二個Dockerfile打包成鏡像bar，則bar中有7層。

如果ubuntu:16.04 等其他鏡像不算，如果系統中只存在 foo 和 bar 兩個鏡像，那么系統中一共保存了多少層呢？

是7層，并非13層，這是因為，foo和bar共享了6層。層的共享機制可以節約大量的磁盤空間和傳輸帶寬，比如你本地已經有了foo鏡像，又從鏡像倉庫中拉取bar鏡像時，只拉取本地所沒有的最后一層就可以了，不需要把整個bar鏡像連根拉一遍。但是層共享是怎樣實現的呢？

原來，Docker鏡像的每一層只記錄文件變更，在容器啟動時，Docker會將鏡像的各個層進行計算，最后生成一個文件系統，這個被稱為聯合掛載。對此感興趣的話可以進入了解一下 AUFS。

Docker的各個層是有相關性的，在聯合掛載的過程中，系統需要知道在什么樣的基礎上再增加新的文件。那么這就要求一個Docker鏡像只能有一個起始層，只能有一個根。所以，Dockerfile中，就只允許一個FROM指令。因為多個FROM 指令會造成多根，則是無法實現的。但為什么 Docker 17.05 版本以后允許 Dockerfile支持多個 FROM 指令了呢，莫非已經支持了多根？

多個 FROM 指令的意義

多個 FROM 指令并不是為了生成多根的層關系，最后生成的鏡像，仍以最后一條 FROM 為準，之前的 FROM 會被拋棄，那么之前的FROM 又有什么意義呢？

每一條 FROM 指令都是一個構建階段，多條 FROM 就是多階段構建，雖然最后生成的鏡像只能是最后一個階段的結果，但是，能夠將前置階段中的文件拷貝到后邊的階段中，這就是多階段構建的最大意義。

最大的使用場景是將編譯環境和運行環境分離，比如，之前我們需要構建一個Go語言程序，那么就需要用到go命令等編譯環境，我們的Dockerfile可能是這樣的：

# Go語言環境基礎鏡像
FROM golang:1.10.3

# 將源碼拷貝到鏡像中
COPY server.go /build/

# 指定工作目錄
WORKDIR /build

# 編譯鏡像時，運行 go build 編譯生成 server 程序
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux GOARCH=amd64 GOARM=6 go build -ldflags "-w -s" -o server

# 指定容器運行時入口程序 server
ENTRYPOINT ["/build/server"]

基礎鏡像golang:1.10.3是非常龐大的，因為其中包含了所有的Go語言編譯工具和庫，而運行時候我們僅僅需要編譯后的server程序就行了，不需要編譯時的編譯工具，最后生成的大體積鏡像就是一種浪費。

使用脈沖云的解決辦法是將程序編譯和鏡像打包分開，使用脈沖云的編譯構建服務，選擇增加構Go語言構建工具，然后在構建步驟中編譯。

最后將編譯接口拷貝到鏡像中就行了，那么Dockerfile的基礎鏡像并不需要包含Go編譯環境：

# 不需要Go語言編譯環境
FROM scratch

# 將編譯結果拷貝到容器中
COPY server /server

# 指定容器運行時入口程序 server
ENTRYPOINT ["/server"]

提示：scratch 是內置關鍵詞，并不是一個真實存在的鏡像。 FROM scratch 會使用一個完全干凈的文件系統，不包含任何文件。 因為Go語言編譯后不需要運行時，也就不需要安裝任何的運行庫。FROM scratch可以使得最后生成的鏡像最小化，其中只包含了 server 程序。

在 Docker 17.05版本以后，就有了新的解決方案，直接一個Dockerfile就可以解決：

# 編譯階段
FROM golang:1.10.3

COPY server.go /build/

WORKDIR /build

RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux GOARCH=amd64 GOARM=6 go build -ldflags "-w -s" -o server

# 運行階段
 FROM scratch

# 從編譯階段的中拷貝編譯結果到當前鏡像中
COPY --from=0 /build/server /

ENTRYPOINT ["/server"]

這個 Dockerfile 的玄妙之處就在于 COPY 指令的--from=0 參數，從前邊的階段中拷貝文件到當前階段中，多個FROM語句時，0代表第一個階段。除了使用數字，我們還可以給階段命名，比如：

# 編譯階段 命名為 builder
FROM golang:1.10.3 as builder

# ... 省略

# 運行階段
FROM scratch

# 從編譯階段的中拷貝編譯結果到當前鏡像中
COPY --from=builder /build/server /

更為強大的是，COPY --from 不但可以從前置階段中拷貝，還可以直接從一個已經存在的鏡像中拷貝。比如，

   FROM ubuntu:16.04
    
   COPY --from=quay.io/coreos/etcd:v3.3.9 /usr/local/bin/etcd /usr/local/bin/

我們直接將etcd鏡像中的程序拷貝到了我們的鏡像中，這樣，在生成我們的程序鏡像時，就不需要源碼編譯etcd了，直接將官方編譯好的程序文件拿過來就行了。

有些程序要么沒有apt源，要么apt源中的版本太老，要么干脆只提供源碼需要自己編譯，使用這些程序時，我們可以方便地使用已經存在的Docker鏡像作為我們的基礎鏡像。但是我們的軟件有時候可能需要依賴多個這種文件，我們并不能同時將 nginx 和 etcd 的鏡像同時作為我們的基礎鏡像（不支持多根），這種情況下，使用 COPY --from 就非常方便實用了。

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