Dockerfile最佳实践

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容器的OCI标准定义了容器镜像规范,容器镜像包与传统的压缩包(zip/tgz等)相比有两个关键区别点:1)分层存储;2)打包即部署。

分层存储可以极大减少镜像更新时候拉取镜像包的时间,通常应用程序更新升级都只是更新业务层(如Java程序的jar包),而镜像中的操作系统Lib层、运行时(如Jre)层等文件不会频繁更新。因此新版本镜像实质有变化的只有很小的一部分,在更新升级时候也只会从镜像仓库拉取很小的文件,所以速度很快。

打包即部署是指在容器镜像制作过程包含了传统软件包部署的过程(安装依赖的操作系统库或工具、创建用户、创建运行目录、解压、设置文件权限等等),这么做的好处是把应用及其依赖封装到了一个相对封闭的环境,减少了应用对外部环境的依赖,增强了应用在各种不同环境下的行为一致性,同时也减少了应用部署时间。

基于分层存储与打包即部署的特性,容器可以更快的部署、运行、保持环境一致性,这些特性都是容器相对于传统虚拟机打包部署的优势。这两个点都是通过dockerfile来承载的,因此如何编写高效、安全、规范易用的dockerfile是容器实践中关键的一个环节。

Dockerfile 最佳实践概览

1. 规范与安全

1.1. FROM

1.1.1 优先使用最小功能集的基础镜像

很多基础镜像都提供不同功能集的版本,根据实际情况选择最小功能集的版本,功能越少体积越小,引入安全漏洞的风险越低。 如Node镜像,最小的才不到30M,最大的超过200M。

1.1.2 显示指定基础镜像的版本,禁用latest

latest 是一个不确定的版本号,依赖 latest 会导致每次构建出的镜像是不可预知的。

1.1.3 指定依赖最具体的镜像版本

依赖基础镜像版本时候,尽量指定到最具体的版本,这样不确定性最小。如Node镜像,版本号有 1212.412.4.0,依赖 12.4.0 是不确定性最小的。

1.1.4 条件允许建议将依赖的基础镜像在本地仓库mirror一份防止相同tag的镜像内容不同

容器镜像仓库中的tag是可以被复写的,同一个tag在不同的时间对应内容可能不同,因此如果条件允许,将依赖的镜像mirror一份到本地,这样可以保证 每次构建时候依赖的基础镜像是不变的。

1.1.5 显示指定基础镜像的平台架构

Docker 1.10 版本开始,Docker官方镜像仓库与Docker-EE/Docker-CE都支持镜像多平台功能,这里的多平台包含不同类型操作系统(Windows/Linux),不同CPU体系(X86/ARM64)。

利用镜像多平台功能,在docker pull ...命令中可以不用显示指定平台类型,docker客户端会根据当前的平台架构与镜像仓库协商(基于manifest list特性),拉取对应平台的镜像。

通过这个特性可以保持用户界面的简洁性,客户端执行 docker pull node:12 命令,在ARM64机器上,则会拉取 arm64v8/node:12 镜像,在Linux机器上,则拉取 node:12 镜像。

但是这种方式也引入了不确定性,不确定性表现为2方面:第一方面为不同平台上版本存在差异,可能依赖的版本只在一个平台有;第二个方面为有些时间可能在Linux环境下构建ARM镜像,这样会导致构建出错误镜像。

1.2. LABEL

1.2.1 通过LABEL指令增加镜像元数据(作者,时间,描述等)

通过Label增加镜像作者,构建时间,描述等信息,让使用者得到更多关于镜像信息。

1.2.2 在Label中增加securitytxt规范

通过Label增加镜像对应应用的 securitytxt 信息。 securitytxt 是 IETF 组织起草的一份规范,目的定义一套互联网服务提供者与安全漏洞发现者之间交互的规范,使得安全漏洞能够被闭环。

1.3. WORKDIR

1.3.1 使用WORKDIR指定工作目录,避免绝对路径扩散

RUN, COPY 命令都要使用到绝对路径,定义好 WORKDIR 会使得 Dockerfile 移植性更好,更容易维护。

1.4 ENV与ARG

1.4.1 勿使用ENV与ARG传递敏感信息

ENV, ARG 的值都会被记录下来,通过 docker image history 命令可以查看到,因此不要将敏感信息传递给ENV与ARG。

如果需要在dockerfile中使用密钥或凭证,使用 mount secret 方式。

1.5. RUN

1.5.1 上下文依赖的命令在同一层完成(一个RUN指令)

由于 docker build cache 机制,有上下文依赖的命令放到同一个RUN指令中执行。

假如有如下dockefile片段:

...
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y nginx
...

过了一段时间之后,需要修改一下上述dockerfile,增加一个安装包

...
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y nginx python
...

此时构建镜像,docker 比对缓存,RUN apt-get update 这一层已经存在,使用缓存。这时候apt仓库中的python或nginx可能已经有新版本了,由于没有执行 apt-get update ,因此安装的并不是最新版本。

1.5.2 考虑build cache的时效性,使用–no-cache参数禁用cache

通过构建参数 build --no-cache 显示使得缓存失效,不过缓存失效会增加构建时长,需要综合考虑。

1.5.3 使用 set -o pipefail 避免管道错误被忽略

假如在dockerfile中执行命令 RUN wget -O - https://some.site | wc -l > /number ,如果 wget -O - https://some.site 执行失败了,但是 wc -l 是成功的,因此并不会报错退出。

使用 set -o pipefail 避免管道错误被忽略。上述命令修改为: RUN set -o pipefail && wget -O - https://some.site | wc -l > /number 。

1.6 ADD与COPY

1.6.1 优先使用COPY,比ADD更简单明了

ADD 命令功能相对 COPY 更复杂,包含从internet下载,解压等,优先使用 COPY 。

1.6.2 禁止使用ADD从远程URL下载包,使用curl或wget先下载,使用ADD从本地解压到镜像内

不推荐使用 ADD 命令从远程下载一个软件包解压到镜像内,推荐使用 curl 下载到本地,然后再解压到镜像内,并将原始文件删除。

1.7 USER

1.7.1 禁用ROOT用户运行应用,为应用创建用户与用户组

root用户运行应用程序存在安全风险,为每个应用单独创建一个运行用户。

1.7.2 如果应用依赖特定的UID/GID,则创建用户/用户组时候显示指定

由于dockerfile中创建用户/用户组的 UID/GID 是不固定的,如果应用程序依赖 UID/GID,创建用户时候显示指定。

1.7.4 应用运行用户的Shell设置为/sbin/nologin

应用程序运行用户设置Shell为 /sbin/nologin 。

1.8 EXPOSE

1.8.1 使用EXPOSE指令指明Listen端口与协议

通过 EXPOSE 指令申明应用 listen 的端口与协议,让应用运维人员者简单明了得知端口。

EXPOSE 80/tcp

1.9 VOLUME

1.9.1 使用VOLUME申明镜像中需要写入数据的目录

程序持久化或临时文件目录,使用 VOLUME 指令申明,让应用运维人员简单明了得知需要挂载的卷。

1.10 日志

1.10.1 将标准日志与错误日志分别输出到stdout与stderr

日志输出到标准输出与错误输出,方便查看与采集日志。参考 Nginx 的 dockerfile :

# forward request and error logs to docker log collector
RUN ln -sf /dev/stdout /var/log/nginx/access.log \
	&& ln -sf /dev/stderr /var/log/nginx/error.log

1.11 CMD与ENTRYPOINT

1.11.1 优先使用CMD/ENTRYPOINT指令的EXEC格式设置镜像的默认执行程序,使得应用进程PID为1

推荐将容器内的应用程序设置为PID 1,这样对容器内应用管理相对简单,1号进程退出后整个容器也就退出了。

在dockerfile中使用 CMD 或 ENTRYPOINT 指令设置容器镜像的默认启动进程, CMD/ENTRYPOINT 有两种执行方式:exec 与 /bin/sh ,使用 exec 方式直接执行应用程序可执行文件设置PID为1,使用 /bin/sh 方式的话,1号进程就是 /bin/sh 。

exec 方式: CMD["java", "/same/args"]ENTRYPOINT ["java", "/same/args"] , /bin/sh 方式: CMD java /same/argsENTRYPOINT java /same/args 。

1.11.2 使用ENTRYPOINT封装镜像的固定行为,使用CMD配合输入可变参数

ENTRYPOINT 与 CMD 功能类似,他们区别是 ENTRYPOINT 不能被 docker run 的命令行参数覆盖,而 CMD 可以; ENTRYPOINT 通常配合 CMD 使用,使用 CMD 设置 ENTRYPOINT 的默认参数,同时支持在 docker run 设置参数传递给 ENTRYPOINT。

参考Redis的ENTRYPOINT写法。

对于切换用户,推荐使用 gosu 替换 sudo 。

1.11.3 使用ENTRYPOINT执行运行前准备工作

如果在运行应用程序之前需要做一些准备工作,如检查文件/目录权限等,那么可以在 ENTRYPOINT 的脚本中完成。

1.11.4 正确理解K8S的command与args与docker镜像的ENTRYPOINT与CMD的关系

通过K8S调度docker镜像可以覆盖dockerfile中的 ENTRYPOINT 与 CMD,他们之间的关系参考如下文章

1.12 使用hadolint工具检查dockerfile

hadolint 定义了一套规则与检查工具,可以在项目中使用。

2. 效率

2.1 体积小

2.1.1. 选择最小的基础镜像

参考 1.1.1 。

2.1.2 禁止使用 chmod -R /a/root/path,更改具体某个/类文件的权限

由于dockerfile构建镜像使用的是分层只读文件系统,如果使用 chmod 更改一个大目录权限,相当于复制了这个目录下所有文件,会导致镜像体积变大。

2.1.3 分阶段构建

Docker 17.05 版本中引入了分阶段构建({Multi-stage builds](https://docs.docker.com/develop/develop-images/multistage-build/)),通过分阶段构建可以减少镜像大小。

2.1.4 dockerfile书写顺序按照更新频度升序排序

Docker镜像的分层是子层依赖父层,对应到 Docker build cache 机制中,如果某一层未命中缓存,那么其剩下的层都不会使用缓存。 因此如果需要最大利用缓存机制,推荐将变化频度低的层尽量放上层,变化频度高的层放下层。

2.1.5 禁止使用类似apt-get upgrade系统级更新,更新具体需要的软件包

apg-get upgrade 会使得镜像大小不可控,不知道更新了多少软件包。

2.1.6 相关度高/更新频度一致的命令,写到同一个RUN指令中

同样是考虑缓存命中率,变化频度一致的命令放到同一层。

2.2 构建快

2.2.1 使用独立的目录作为build context

Docker在构建镜像时候有一个 build context 概念,build context 在 docker build 指定一个目录,docker 会将 build context 目录内所有文件加载到内存,作为build context。

build context 目录内内容越少,加载速度越快,建议使用独立的目录作为build context,只拷贝需要的文件到 build context 目录。

2.2.2 使用.dockerignore文件

使用 .dockerignore 文件排除目录下不需要加载到 build context 内的文件或目录。

2.2.3 从stdin接收dockerfile会使得build context大小为0

Docker 支持从stdin输入 dockerfile ,这种方式不会加载任何本地文件到docker的build context中。

Reference

Best practices for writing Dockerfiles

「Allen 谈 Docker 系列」docker build 的 cache 机制

理解Docker容器的进程管理

为容器设置启动时要执行的命令及其入参

ENTRYPOINT 入口点

hadolint规范与检查工具

Build secrets and SSH forwarding in Docker 18.09

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