雲計算容器：Docker image 優化

我們一般都是使用 dockerfile 來製作鏡像。但是在鏡像製作中，也有着很多的注意點，比如優化構建後的體積，還要優化構建速度，時區，證書等等。

基本使用

整個文章的說明過程都是通過對實例的操作來展示，先看實例，我們假設要構建一個 http 服務。

package main

import (
 "fmt"
 "net/http"
 "time"

 "github.com/gin-gonic/gin"
)

func main() {
 fmt.Println("Server Ready")
 router := gin.Default()
 router.GET("/", func(c *gin.Context) {
  c.String(200, "hello world, this time is: "+time.Now().Format(time.RFC1123Z))
 })
 router.GET("/github", func(c *gin.Context) {
  _, err := http.Get("https://api.github.com/")
  if err != nil {
   c.String(500, err.Error())
   return
  }
  c.String(200, "access github api ok")
 })

 if err := router.Run(":9900"); err != nil {
  panic(err)
 }
}

這裏選擇 Gin 作爲例子，是爲了演示我們有第三方包條件下要優化構建速度
main 函數第一行打印了一行字，爲了演示後面啓動時遇到的一個坑
跟路由打印了時間，爲了演示後面遇到的關於時區的坑
路由 github 嘗試訪問 https://api.github.com，爲了演示後面遇到的證書坑

這裏我們可以先試一試構建後包的體積

$ go build -o server
$ ls -alh | grep server
-rwxrwxrwx 1 eyas eyas  14.6M May 29 10:26 server

14.6MB，這是一個 http 服務的 hello world，當然這是因爲使用了 gin ，所以有些大，如果用標準包 net/http 寫的 hello world，體積大概是接近 7 MB。

鏡像優化過程

分層編譯

直接看 dockerfile，關於 dockerfile 的使用這邊就不多說了。

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

說明：

選擇 golang:1.14-alpine 作爲編譯環境，是因爲這是體積最小的 golang 編譯環境
設置 GOPROXY 是爲了提升構建速度
先複製 go.mod 和 go.sum ，然後 go mod download，是爲了防止每次構建都會重新下載依賴包，利用 docker 構建緩存提升構建速度
go build 時加上 -ldflags "-s -w" 去除構建包的調試信息，減小 go 構建後程序體積，大概能減小 1/4 吧
使用了多階段構建，也就是 FROM XXX as xxx ，在構建程序包的時候，使用帶編譯環境的鏡像去構建，運行的時候其實完全不需要 go 的編譯環境，所以在運行階段使用 docker 的空鏡像 scratch （只有 linux 內核）去運行。這部是減小鏡像體積最有效的方法了。

好了，下面開始構建鏡像

$ docker build -t server .
...
Successfully built 8d3b91210721
Successfully tagged server:latest

到了這一步，構建成功，看看鏡像大小

$ docker images
server          latest         8d3b91210721      1 minutes ago        11MB

11MB，還行，現在運行一下

$ docker run -p 9900:9900 server
standard_init_linux.go:211: exec user process caused "no such file or directory"

發現啓動報錯了，而且 main 函數的第一行打印語句都沒有出現，所以整個程序完全沒有運行。

解決報錯

上面的錯誤原因是缺少庫依賴文件。這其實是構建的 go 程序還依賴底層的 so 庫文件，不信可以在物理機編譯後看看它的依賴

$ go build -o server
$ ldd server
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffcfb775000)
        libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0 (0x00007f9a8dc47000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f9a8d856000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f9a8de66000)

這是因爲 go build 是默認啓用 CGO 的，可以通過命令 go env CGO_ENABLED查看，在 CGO 開啓情況下，無論代碼有沒有用 CGO，都會有庫依賴文件，解決方法也很簡單，手動指定關閉 CGO 就行，而且包體積並不會增加，正常還會減少。

$ CGO_ENABLED=0 go build -o server
$ ldd server
        not a dynamic executable

修改 dockerfile

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
-RUN go build -ldflags "-s -w" -o server
+RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

改動點：go build 前加了 CGO_ENABLED=0

$ docker build -t server .
...
Successfully built a81385160e25
Successfully tagged server:latest
$ docker run -p 9900:9900 server
[GIN-debug] GET    /                         --> main.main.func1 (3 handlers)
[GIN-debug] GET    /github                   --> main.main.func2 (3 handlers)
[GIN-debug] Listening and serving HTTP on :9900

正常啓動了，我們訪問一下試試，訪問之前看看當前時間

$ date
Fri May 29 13:11:28 CST 2020

$ curl http://localhost:9900
hello world, this time is: Fri, 29 May 2020 05:18:28 +0000

$ curl http://localhost:9900/github
Get "https://api.github.com/": x509: certificate signed by unknown authority

發現有問題

當前系統時間是 13:11:28 ，但是根據由顯示的時間是 05:11:53，其實是 docker 容器內的時區不對，默認是 0 時區，可是我們國家是東 8 區
嘗試訪問 https://api.github.com/ 這是 https 站點，報證書錯誤

解決問題

在容器放置根證書
設置容器時區

解決運行環境時區與證書問題

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
+RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories && \
+  apk add --no-cache ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
+COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
+COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

在 builder 階段，安裝了 ca-certificates tzdata 兩個庫，在 runner 階段，將時區配置和根證書複製了一份

$ docker build -t server .
...
Successfully built e0825838043d
Successfully tagged server:latest
$ docker run -p 9900:9900 server
[GIN-debug] GET    /                         --> main.main.func1 (3 handlers)
[GIN-debug] GET    /github                   --> main.main.func2 (3 handlers)
[GIN-debug] Listening and serving HTTP on :9900

訪問一下試試

$ date
Fri May 29 13:27:16 CST 2020

$ curl http://localhost:9900
hello world, this time is: Fri, 29 May 2020 13:27:16 +0800

$ curl http://localhost:9900/github
access github api ok

一切正常了，看看當前鏡像大小

$ docker images
server          latest         e0825838043d      9 minutes ago        11.3MB

才 11.3MB，已經很小了，但是，還可以更小，就是把構建後的包再壓縮一次

進一步減小體積

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories && \
-  apk add --no-cache ca-certificates tzdata
+  apk add --no-cache upx ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
-RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server
+RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server &&\
+ upx --best server -o _upx_server && \
+ mv -f _upx_server server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

在 builder 階段，安裝了 upx ，並且 go build 完成後，使用 upx 壓縮了一下，執行一下構建，你會發現這個構建時間變長了，這是因爲我給 upx 設置的參數是 --best ，也就是最大壓縮級別，這樣壓縮出來的後會儘可能的小，如果嫌慢，可以降低壓縮級別從 -1 到 -9 ，數字越大壓縮級別越高，也越慢。我使用 --best 構建完成後看看鏡像體積。

$ docker build -t server .
...
Successfully built 80c3f3cde1f7
Successfully tagged server:latest
$ docker images
server          latest         80c3f3cde1f7      1 minutes ago        4.26MB

這下子可小了，才 4.26MB，再去試試那兩個接口，一切正常，優化到此結束，但是我們正常還是很少壓縮的，一般都是解決上面幾個問題。

最終的 Dockerfile

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories && \
  apk add --no-cache upx ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server &&\
  upx --best server -o _upx_server && \
  mv -f _upx_server server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

總結

要減小鏡像體積，首先多階段構建這很重要，這樣就可以把編譯環境和運行環境分開。

另外，選擇 scratch 這個鏡像其實很不明智，它雖然很小，但是它太原始了，裏面什麼工具都沒有，程序啓動後，連容器都進不去，就算進去了什麼都做不了。所以就算一昧的追求儘可能小的鏡像體積，也不建議選擇 scratch 作爲運行環境，

編譯環境建議選擇語言包，比如 golang 的程序一般使用 golang 的鏡像 golang:1.14-alpine 作爲編譯的基礎容器環境。
運行環境一般建議選擇 alpine ，alpine 的鏡像大小是 5.61MB 這個大小其實還是鏡像解壓後的大小，實際上下載鏡像的時候，只需要下載 2.68 MB 。
還有個很小的鏡像是 busybox，它的體積是 1.22MB，下載 705.6 KB ，有大部分的 linux 命令可用。

無論是 alpine 還是 busybox ，他們都會上述時區和證書問題，同樣按照上面方法就能解決。

轉自：

kingjcy.github.io/post/cloud/paas/base/docker/docker-image/

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