docker学习笔记（3）- 镜像

简介

在docker学习笔记（1）- 架构概述一节中可以看到镜像是docker三大组件之一，可以将Docker镜像类比为虚拟机的模版。

1. 镜像由多个层组成，每层叠加之后从外部看就像一个独立的对象，镜像的内部包括操作系统、应用程序、应用运行时所必须的依赖包等。
2. 使用镜像时从仓库中拉取镜像到Docker主机，然后使用该镜像可以启动一个或多个容器，也可以将容器构建为镜像。

具体的概念与实现在后续实现Docker的基础技术中记录，先整理镜像的用法

相关命令

镜像加速

国内访问Docker hub有速度缓慢甚至会无法的情况，换用国内云厂商提供的加速服务，可以添加多个源，在/etc/docker/daemon.json文件中添加如下json内容，没有daemon.json可以自己新建

{
 "registry-mirror": [
         "https://hub-mirror.c.163.com/",
         "https://reg-mirror.qiniu.com"
  ]
}
# 重启docker
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
# 查看是否生效，在使用docker pull时会快很多
docker info
>
 Registry: https://index.docker.io/v1/
 Labels:
 Experimental: false
 Insecure Registries:
  127.0.0.0/8
 Registry Mirrors:
  https://hub-mirror.c.163.com/
  https://reg-mirror.qiniu.com/

搜索镜像

docker search centos --filter=stars=20
>
NAME                           DESCRIPTION                                     STARS     OFFICIAL   AUTOMATED
centos                         The official build of CentOS.                   7066      [OK]
centos/systemd                 systemd enabled base container.                 105                  [OK]
centos/mysql-57-centos7        MySQL 5.7 SQL database server                   92
centos/postgresql-96-centos7   PostgreSQL is an advanced Object-Relational …   45
centos/httpd-24-centos7        Platform for running Apache httpd 2.4 or bui…   43
centos/python-35-centos7       Platform for building and running Python 3.5…   39
centos/php-56-centos7          Platform for building and running PHP 5.6 ap…   34
centos/mysql-56-centos7        MySQL 5.6 SQL database server                   22

• NAME：镜像名字

• DESCRIPTION：镜像描述信息，默认会被截断，可使用--no-trunc取消截断

• STARS：收藏数，--filter=starts=20，搜索收藏数大于20的镜像

• OFFICIAL：由docker官方维护支持的镜像，最好使用官方镜像作为基础镜像

• AUTOMATED：该镜像由docker hub的自动构建流程创建的

拉取镜像

# 拉取镜像 docker pull <镜像名称>
# 不提供仓库名默认为docker.io，tag默认为最新的tag，用户名默认为官方镜像
docker pull ubuntu
>
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/ubuntu
7c3b88808835: Pull complete
Digest: sha256:8ae9bafbb64f63a50caab98fd3a5e37b3eb837a3e0780b78e5218e63193961f9
Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest
docker.io/library/ubuntu:latest # 最后一行显示完整的镜像名称
# 指定仓库名和tag
docker image pull docker.io/library/ubuntu:16.04
>
16.04: Pulling from library/ubuntu
58690f9b18fc: Pull complete
b51569e7c507: Pull complete
da8ef40b9eca: Pull complete
fb15d46c38dc: Pull complete
Digest: sha256:0f71fa8d4d2d4292c3c617fda2b36f6dabe5c8b6e34c3dc5b0d17d4e704bd39c
Status: Downloaded newer image for ubuntu:16.04
docker.io/library/ubuntu:16.04

• 镜像名称的格式为：Docker仓库地址/用户名/软件名:tag
• 上面提到镜像是分层存储的，可以看到pull时也是一层一层进行，给出每层ID的前12位，拉取完成后给出给出一个sha256的摘要，用来确保下载一致性

推送镜像

使用docker push推送镜像到仓库，也可以推送到私有仓库，在docker学习笔记（2）- 仓库一节中有记录

列出镜像

# 列出本地镜像
docker image ls
>
REPOSITORY                 TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
registry                   2         8948869ebfee   5 days ago     24.2MB
ubuntu                     latest    2b4cba85892a   10 days ago    72.8MB
portainer/portainer-ce     latest    ed396c816a75   4 weeks ago    280MB
joxit/docker-registry-ui   latest    c4f5113ae220   4 months ago   24.8MB
centos                     7         eeb6ee3f44bd   5 months ago   204MB
centos                     latest    5d0da3dc9764   5 months ago   231MB
ubuntu                     16.04     b6f507652425   6 months ago   135MB
radial/busyboxplus         latest    fffcfdfce622   7 years ago    12.9MB
# 列出所有镜像，包括中间层镜像
docker image ls -a
# 查看镜像、容器、存储卷等实际消耗空间
docker system df
>
TYPE            TOTAL     ACTIVE    SIZE      RECLAIMABLE
Images          8         2         984.2MB   680.5MB (69%)
Containers      2         2         0B        0B
Local Volumes   5         0         184.3MB   184.3MB (100%)
Build Cache     0         0         0B        0B
# 列出镜像sha256摘要
docker image ls --digests
REPOSITORY                                       TAG       DIGEST                                                                    IMAGE ID       CREATED        SIZE
busybox                                          latest    sha256:caa382c432891547782ce7140fb3b7304613d3b0438834dce1cad68896ab110a   2fb6fc2d97e1   2 days ago     1.24MB
www.codemachine.in/busybox                       latest    sha256:14d4f50961544fdb669075c442509f194bdc4c0e344bde06e35dbd55af842a38   2fb6fc2d97e1   2 days ago     1.24MB

• 一个镜像可以对应多个标签，IMAGE ID是镜像的唯一标识

• Docker Hub中显示的镜像体积是网络传输即压缩后的体积，而下载到本地后会解压缩，所以本地看到的镜像SIZE更大

• 通过image ls 列出的镜像体积并不是本地实际消耗的空间，镜像是多层存储结构并且可以继承复用，因此不同的镜像可能会使用相同的基础镜像，Union FS使得相同的层只需保存一份

format展示

# 仅仅显示image ID
docker image ls -q
# 删除所有列出的镜像
docker image rm $(docker image ls -q)

使用go模版语法

# 列出镜像ID和仓库名
docker image ls --format "{{.ID}}: {{.Repository}}"
>
2fb6fc2d97e1: busybox
2fb6fc2d97e1: www.codemachine.in/busybox
5d0da3dc9764: 172.17.73.129:6000/centos
5d0da3dc9764: centos
5d0da3dc9764: www.codemachine.in/centos
5d0da3dc9764: www.codemachine.in/centos
32b8411b497a: dockersamples/atseasampleshopapp_reverse_proxy
8dbf7c60cf88: dockersamples/visualizer
# 自定义列显示
docker image ls --format "table {{.ID}}\t{{.Repository}}\t{{.Tag}}"
>
IMAGE ID       REPOSITORY                                       TAG
2fb6fc2d97e1   busybox                                          latest
2fb6fc2d97e1   www.codemachine.in/busybox                       latest
5d0da3dc9764   172.17.73.129:6000/centos                        latest
5d0da3dc9764   centos                                           latest
5d0da3dc9764   www.codemachine.in/centos                        galen
5d0da3dc9764   www.codemachine.in/centos                        latest
32b8411b497a   dockersamples/atseasampleshopapp_reverse_proxy   
8dbf7c60cf88   dockersamples/visualizer                         

dangling镜像

这类镜像没有标签和仓库名，在pull或者build了新版本镜像后，新旧镜像同名，旧的镜像名称与tag被取消，产生了dangling镜像

# 查看dangling镜像
docker image ls -f dangling=true
>
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
                            00285df0df87        5 days ago          342 MB
# -f后还可以跟since，before，label等参数过滤

删除镜像

可以使用镜像ID、镜像名、sha256摘要来删除镜像

# OPTION: -f 强制删除
docker image rm [OPTION] 
# 删除未使用的镜像（清理多余镜像）
docker image prune

[docker@docker1 ~]$ docker images
REPOSITORY                                       TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
busybox                                          latest    2fb6fc2d97e1   2 days ago     1.24MB
www.codemachine.in/busybox                       latest    2fb6fc2d97e1   2 days ago     1.24MB
[docker@docker1 ~]$ docker image rm busybox
Untagged: busybox:latest
Untagged: busybox@sha256:caa382c432891547782ce7140fb3b7304613d3b0438834dce1cad68896ab110a
[docker@docker1 ~]$ docker images
REPOSITORY                                       TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
www.codemachine.in/busybox                       latest    2fb6fc2d97e1   2 days ago     1.24MB
[docker@docker1 ~]$ docker image rm 2fb6fc2d97e1
Untagged: www.codemachine.in/busybox:latest
Untagged: www.codemachine.in/busybox@sha256:14d4f50961544fdb669075c442509f194bdc4c0e344bde06e35dbd55af842a38
Deleted: sha256:2fb6fc2d97e10c79983aa10e013824cc7fc8bae50630e32159821197dda95fe3
Deleted: sha256:797ac4999b67d8c38a596919efa5b7b6a4a8fd5814cb8564efa482c5d8403e6d

几种不会删除镜像的情况：

1. Untagged：一个镜像可能有多个标签标签指向，可以看到下面两个镜像的IMAGE ID是一样的，因此只删除一个并没有真正delete镜像，而是删除了标签，所有标签都Untagged后才会真正删除镜像，Deleted
2. 从上层向基础层方向依次查找，如果有其他镜像依赖当前镜像也无法真正Deleted
3. 如果有容器以此镜像为基础启动，不管容器是否运行，该镜像都不可删除

Dockerfile

构建镜像实际上是在每一层添加配置、文件等。将每一层修改、安装、构建、操作等命令写入dockerfile脚本中，这样在构建镜像时使用了什么命令，做了什么操作，同时可以配合多阶段构建来精简镜像体积和降低部署复杂度。

docker build用法

# 指定镜像名，使用当前目录下的Dockerfile
docker build -t shykes/myapp:1.0.2 -t shykes/myapp:latest .
# 指定Dockerfile路径
docker build -f /path/to/a/Dockerfile .
# 从标准输入中读取Dockerfile进行构建
docker build - < Dockerfile
cat Dockerfile | docker build -
# 读取压缩包构建
docker build - < context.tar.gz

• 构建上下文（Context）：docker采用的是C/S架构，在运行时docker engine提供了一组REST API，在使用客户端时其实是通过API与docker engine交互，那么就算我们是在本机执行docker命令，诸如ADD、COPY这类这令时，实际上还是使用远程调用的方式在服务端完成（docker engine），docker build -t .的意思是将当前目录作为构建镜像上下文的路径，然后将该路径的所有内容打包上传到docker engine，之后docker engine用收到的文件构建镜像。

• 一般将dockerfile置于项目根目录，如果该目录下有些东西不希望在构建时传给docker engine，可以添加到.dockerignore文件中。

指令

书写Dockerfile的常用指令，详细参考见Dockerfile reference

FROM

指定基础镜像

FROM [--platform=] [:] [AS ]
# --platform：提供镜像使用平台，linux/amd64, linux/arm64, or windows/amd64
# AS ： 指定此构建阶段的别名，供后面的FROM和COPY引用

• 特殊镜像scratch是一个空白的镜像，执行的指令会在镜像第一层开始写，静态编译适用

RUN

执行命令行命令

# shell格式
RUN 
RUN /bin/bash -c "echo hello"
# exec格式
RUN ["executable", "param1", "param2"]
RUN ["/bin/bash", "-c", "echo hello"]

• 每一行RUN执行就会使镜像新增一层，过多使用RUN使得镜像臃肿很容易就达到Union FS限制的最大层数，利用 && 和换行 的方式执行多条命令在这一层将所有的事情做完是个不错的选择
• 通常用于安装软件包

COPY

从Context目录中的文件复制到镜像新一层的目录下

COPY [--chown=:] <源路径>... <目标路径>
or
COPY [--chown=:] ["<源路径1>",... "<目标路径>"]
# 源路径可以是多个或满足Go语言filepath.Match规则的通配符
COPY package.json /usr/src/app/
COPY hom* /mydir/
COPY hom?.txt /mydir/

• <目标路径> 可以是容器内的绝对路径，也可以是相对于工作目录的相对路径（工作目录可以用 WORKDIR 指令来指定）
• 使用 COPY 指令，源文件的各种元数据都会保留

CMD

Docker 不是虚拟机，容器就是进程。既然是进程，那么在启动容器的时候，需要指定所运行的程序及参数。CMD 指令就是用于指定默认的容器主进程的启动命令的。

CMD echo $HOME
or
CMD [ "sh", "-c", "echo $HOME" ]

• 可被替换：比如centos默认CMD /bin/bash，那么使用docker run -it centos就会进入/bin/bash下，如果使用docker run -it centos cat /etc/redhat-release就会变成输出release号后停止

ENTRYPOINT

与CMD功能相似，只不过CMD容器运行时若添加了参数（如上所说），那么默认CMD的参数就会被替换掉，而ENTRYPOINT会将添加的参数跟在原有参数的后边，这样就可以像使用命令一样使用容器

ENTRYPOINT [ "curl", "-s", "http://myip.ipip.net" ]

也可以做启动容器前的准备工作，以下为redis创建用户，然后为ENTRYPOINT指定脚本，该脚本判断CMD参数是否是启动redis-server，如果是使用redis用户启动，如果是其他操作则继续使用root，这样既保证了服务运行的安全性，又不妨碍使用root用户做一些调试和信息获取等操作

FROM alpine:3.4
...
RUN addgroup -S redis && adduser -S -G redis redis
...
ENTRYPOINT ["docker-entrypoint.sh"]

EXPOSE 6379
CMD [ "redis-server" ]

# docker-entrypoint.sh
#!/bin/sh
...
# allow the container to be started with `--user`
if [ "$1" = 'redis-server' -a "$(id -u)" = '0' ]; then
	find . \! -user redis -exec chown redis '{}' +
	exec gosu redis "$0" "$@"
fi

exec "$@"

ENV

设置环境变量，在后面的指令中引用

ENV = ...

VOLUME

在镜像中创建挂载点，但是无法指定创建在主机的对应目录，可以通过docker inspect 查看Source挂载目录是哪个

VOLUME ["<路径1>", "<路径2>"...]
or
VOLUME <路径>

EXPOSE

声明容器运行时打算用什么端口，并不会自动在宿主机和容器进行端口映射。可以使用docker run -p <主机端口:容器端口>进行端口映射，也可以使用docker run -P随机映射EXPOSE的端口

EXPOSE  [/...]
EXPOSE 80/tcp

WORKDIR

指定当前工作目录，后面各层（RUN，CMD，ENTRYPOINT，COPY，ADD）的当前目录就被改为WORKDIR目录，如果该目录不存在则会自动创建

WORKDIR /path/to/workdir
# 示例，pwd的路径为/a/b/c
WORKDIR /a
WORKDIR b
WORKDIR c
RUN pwd

USER

指定用户身份，影响后面各层操作的用户，用户必须事先创建好

USER <用户名>[:<用户组>]

如果是执行SHELL时候要改变身份，不要使用 su 或者 sudo，这些都需要比较麻烦的配置，而且在 TTY 缺失的环境下经常出错。建议使用 ``gosu`

# 建立 redis 用户，并使用 gosu 换另一个用户执行命令
RUN groupadd -r redis && useradd -r -g redis redis
# 下载 gosu
RUN wget -O /usr/local/bin/gosu "https://github.com/tianon/gosu/releases/download/1.12/gosu-amd64" \
    && chmod +x /usr/local/bin/gosu \
    && gosu nobody true
# 设置 CMD，并以另外的用户执行
CMD [ "exec", "gosu", "redis", "redis-server" ]

LABEL

为镜像添加元数据

LABEL = = = ...

LABEL "com.example.vendor"="ACME Incorporated"
LABEL com.example.label-with-value="foo"
LABEL version="1.0"
LABEL description="This text illustrates \
that label-values can span multiple lines."

SHELL

用来指定RUN ENTRYPOINT CMD 指令的 shell，Linux 中默认为 ["/bin/sh", "-c"]

SHELL ["executable", "parameters"]

ONBUILD

一般作为基础镜像时使用，该指令在构建当前镜像时不会执行，当其他镜像以此为基础镜像时才会执行

ONBUILD <其它指令>

使用git仓库构建

docker build -t hello-world git://github.com/docker-library/hello-world.git\#master:amd64/hello-world
>
Sending build context to Docker daemon  22.02kB
Step 1/3 : FROM scratch
 --->
Step 2/3 : COPY hello /
 ---> e0499e772bd9
Step 3/3 : CMD ["/hello"]
 ---> Running in 1eeb706f26e2
Removing intermediate container 1eeb706f26e2
 ---> 6abb50a2e5cc
Successfully built 6abb50a2e5cc
Successfully tagged hello-world:latest
# 查看镜像
docker images
REPOSITORY               TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
hello-world              latest    6abb50a2e5cc   47 seconds ago   13.3kB

指定要构建的git仓库地址，切换到master分支，进入amd64/hello-world目录开始构建

使用tar压缩包构建

docker engine下载该tar包并自动解压，以解压后的文件夹作为上下文开始构建

docker build http://server/context.tar.gz

Dockerfile多阶段构建

Docker v17.05开始支持多阶段构建 (multistage builds)，解决了以下问题：

• 如果使用一个Dockerfile，镜像体积过大使得部署时间过长（比如编译依赖组件繁多，但实际运行中并不需要），而且容易泄露源码
• 如果使用多个Dockerfile（比如编译和运行分开进行），中间需要脚本整合不同构建阶段内容是个比较复杂的工作，容易出现问题

下面对比单个Dockerfile构建和多阶段构建一个go helloworld程序的区别。

# app.go
package main

import "fmt"

func main(){
    fmt.Printf("Hello World!");
}

使用单个文件

Dockerfile

FROM golang:alpine

RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories

RUN apk --no-cache add git ca-certificates

WORKDIR /go/src/github.com/go/helloworld/

COPY app.go .

RUN go mod init

RUN GOPROXY="https://goproxy.io" GO111MODULE=on go get -d -v github.com/go-sql-driver/mysql \
  && CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o app . \
  && cp /go/src/github.com/go/helloworld/app /root

WORKDIR /root/

CMD ["./app"]

build

docker build -t go/helloworld:1 .
# 运行容器
docker container run go/helloworld:1
>
Hello World!%

多阶段构建

Dockerfile

# 将此阶段命名为builder
FROM golang:alpine as builder
# 解决下载go慢的问题
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories

RUN apk --no-cache add git

WORKDIR /go/src/github.com/go/helloworld/

RUN GOPROXY="https://goproxy.io" GO111MODULE=on go get -d -v github.com/go-sql-driver/mysql

COPY app.go .
# 处理go.mod缺失问题
RUN go mod init
# 编译app.go
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o app .
# 制作应用镜像，此阶段命名为prod
FROM alpine:latest as prod

RUN apk --no-cache add ca-certificates

WORKDIR /root/

COPY --from=0 /go/src/github.com/go/helloworld/app .

CMD ["./app"]

build

docker build -t go/helloworld:2 .
# 运行容器
docker container run go/helloworld:2
>
Hello World!%

对比两个镜像的大小，可以看到通过多阶段构建的方法，摒弃编译所需环境依赖，最后的应用镜像要精简很多很多

docker image ls |grep go/hello
>
go/helloworld                    2         38f137a75add   6 minutes ago    7.86MB
go/helloworld                    1         e7606d3c0921   17 minutes ago   353MB

构建到某一阶段

依据上面的Dockerfile，如果我们只想构建到Build阶段的镜像时，可以用--targe参数指定此阶段别名来实现

docker build --target builder -t username/imagename:tag .

结束

本篇主要汇总go镜像相关操作指令等，镜像原理等架构技术会在后面深入学习docker底层实现时分析

学习自：
《Docker技术入门与实战（第3版）》Nigel，Poulton（奈吉尔·波尔顿） 著，李瑞丰，刘康 译
《深入浅出Docker》杨保华，戴王剑，曹亚仑 著
https://docs.docker.com/