前言
随着容器、芯片技术的进一步发展，以及绿色、节能、信创等方面的要求，多 CPU 架构的场景越来越常见。典型的应用场景包括：
- 信创：x86 服务器 + 鲲鹏 ARM 等信创服务器；
- 个人电脑：苹果 Mac M1 + Windows 电脑（或旧的 Intel 芯片苹果电脑）；
- Edge：数据中心使用 x86 服务器，边缘 Edge 端使用低功耗的 arm 边缘设备（如树莓派等）。
容器云原生技术在这方面支持的是很好，但是实际使用中细节会有一些问题，举一个例子，就是：如何保存/同步多架构容器 Docker 镜像
本次先以将 Docker Hub 的镜像同步到本地镜像仓库为例说明。
词汇表
| 英文 | 中文 | 说明 |
|---|---|---|
| multi-arch image | 多架构镜像 | |
| variant | 变体 | 不同变体指的如：redis 镜像的 arm/v5 和 arm/v7 两种变体 |
| manifest | 清单 | |
| manifest-list | 清单（的）列表 | |
| layer | （镜像）层 | |
| image index | 镜像索引 | OCI 专有名词，含义和 manifest-list 相同 |
| manifest digest | 清单摘要 |
容器镜像如何支持多架构
一个多架构镜像（A multi-arch image）是一种容器镜像，它可以组合不同架构体系（如 amd64 和 arm）的变体（variants），有时还可以组合不同操作系统（如 windows 和 linux）的变体。运行支持多架构的镜像时，容器客户端会自动选择与你的 OS 和架构相匹配的镜像变体。
多架构镜像是基于镜像清单和清单列表实现的。
清单（Manifests）
每个容器镜像都由一个“清单”表示。清单是一个 JSON 文件，用于唯一标识镜像，并引用其层（layer）及其相应的大小。
hello-world Linux 镜像的基本清单类似于以下内容：
{
"schemaVersion": 2,
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"config": {
"mediaType": "application/vnd.docker.container.image.v1+json",
"size": 1510,
"digest": "sha256:fbf289e99eb9bca977dae136fbe2a82b6b7d4c372474c9235adc1741675f587e"
},
"layers": [
{
"mediaType": "application/vnd.docker.image.rootfs.diff.tar.gzip",
"size": 977,
"digest": "sha256:2c930d010525941c1d56ec53b97bd057a67ae1865eebf042686d2a2d18271ced"
}
]
}清单列表 (Manifest-lists)
多架构镜像的清单列表（通常称为 OCI 镜像 的镜像索引）是镜像的集合（索引），您可以通过指定一个或多个镜像名称来创建一个。它包括有关每个镜像的详细信息，例如支持的操作系统和体系架构、大小和清单摘要 (manifest digest)。清单列表的使用方式与 docker pull 和 docker run 命令 中的镜像名称相同。
docker CLI 使用 docker manifest命令管理清单和清单列表。
Warning:
目前，该命令
docker manifest和子命令是实验性的。有关使用实验性命令的详细信息，请参阅 Docker 文档。✍️笔者注：可能是因为实验性的原因，使用过程中有几个多架构镜像碰到了诡异的问题。
您可以使用该命令 docker manifest inspect 查看清单列表。以下是多架构镜像hello-world:latest 的输出，它有三个清单：两个用于 Linux 操作系统体系架构，一个用于 Windows 体系架构。
{
"schemaVersion": 2,
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.list.v2+json",
"manifests": [
{
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"size": 524,
"digest": "sha256:83c7f9c92844bbbb5d0a101b22f7c2a7949e40f8ea90c8b3bc396879d95e899a",
"platform": {
"architecture": "amd64",
"os": "linux"
}
},
{
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"size": 525,
"digest": "sha256:873612c5503f3f1674f315c67089dee577d8cc6afc18565e0b4183ae355fb343",
"platform": {
"architecture": "arm64",
"os": "linux"
}
},
{
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"size": 1124,
"digest": "sha256:b791ad98d505abb8c9618868fc43c74aa94d08f1d7afe37d19647c0030905cae",
"platform": {
"architecture": "amd64",
"os": "windows",
"os.version": "10.0.17763.1697"
}
}
]
}使用 docker manifest 保存多架构镜像
这里是将多架构的镜像推送到本地镜像仓库步骤：
标记每个特定于体系结构的镜像并将其推送到容器注册表。以下示例假定有两个 Linux 体系结构：arm64 和 amd64。
docker tag myimage:arm64 \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64 docker push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64 docker tag myimage:amd64 \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64 docker push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64运行
docker manifest create以创建清单列表，以将前面的镜像合并到多架构镜像中。docker manifest create 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:multi \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64 \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64使用以下命令
docker manifest push将清单推送到镜像仓库：docker manifest push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:multi- 使用命令
docker manifest inspect查看清单列表。上一节显示了命令输出的示例。
将多架构清单推送到镜像仓库后，使用多架构镜像的方式与处理单架构镜像的方式相同。例如，使用 docker pull 拉取镜像。
保存/同步多架构镜像实用脚本一 - 基于 docker manifest
场景一
已有多架构压缩包 需要 load 压缩包并将多架构镜像上传到本地镜像仓库
以 K3s 为例，官方在 release 时已经发布了多架构的离线镜像压缩包，分别为：
k3s-airgap-images-amd64.tar.gzk3s-airgap-images-arm.tar.gzk3s-airgap-images-arm64.tar.gz- ...
这些包已经下载好，并传到客户/用户的离线环境机器上。现在需要 load 压缩包并将多架构镜像上传到本地镜像仓库
大致步骤
docker load压缩包- 其中的镜像逐个打 tag, 改为
<本地镜像仓库地址>/.../...:- - push 镜像
- 以上步骤重复 3 遍，将 tag 带有
-amd64-arm-arm64的镜像都 push 到本地镜像仓库 - 镜像逐个
docker manifest create以创建清单列表 - 使用以下命令
docker manifest push将清单逐个推送到镜像仓库
完整脚本如下：
Warning:
由于本人能力有限，在使用 k3s v1.21.7+k3s1 版本的 8*3 个离线镜像做测试的时候，总是 5 个成功，另外 3 个出现 manifest list 的 arch 和 manifest 对不上的情况。
不知道是我脚本问题还是docker manifest命令是实验性导致的。
有经验的还请帮忙看看。谢谢~
#!/bin/bash
amd64_images="k3s-airgap-images-amd64.tar.gz"
arm64_images="k3s-airgap-images-arm64.tar.gz"
arm_images=""
list="k3s-images.txt"
usage() {
echo "USAGE: $0 [--amd64-images k3s-airgap-images-amd64.tar.gz] [--arm64-images k3s-airgap-images-arm64.tar.gz] [---arm-images k3s-airgap-images-arm.tar.gz] --registry my.registry.com:5000"
echo " [-l|--image-list path] text file with list of images; one image per line."
echo " [-x|--amd64-images path] amd64 arch tar.gz generated by docker save."
echo " [-a|--arm64-images path] arm64 arch tar.gz generated by docker save."
echo " [---arm-images path] arm arch tar.gz generated by docker save."
echo " [-r|--registry registry:port] target private registry:port."
echo " [-h|--help] Usage message"
}
push_manifest() {
export DOCKER_CLI_EXPERIMENTAL=enabled
manifest_list=()
for i_arch in "${arch_list[@]}"; do
manifest_list+=("$1-${i_arch}")
done
echo "Preparing manifest $1, list[${arch_list[@]}]"
docker manifest create "$1" "${manifest_list[@]}" --insecure
docker manifest push "$1" --purge --insecure
}
while [[ $# -gt 0 ]]; do
key="$1"
case $key in
-r | --registry)
reg="$2"
shift # past argument
shift # past value
;;
-l | --image-list)
list="$2"
shift # past argument
shift # past value
;;
-x | --amd64-images)
amd64_images="$2"
shift # past argument
shift # past value
;;
-a | --arm64-images)
arm64_images="$2"
shift # past argument
shift # past value
;;
--arm-images)
arm_images="$2"
shift # past argument
shift # past value
;;
-h | --help)
help="true"
shift
;;
*)
usage
exit 1
;;
esac
done
if [[ -z $reg ]]; then
usage
exit 1
fi
if [[ $help ]]; then
usage
exit 0
fi
arch_list=()
if [[ -n "${amd64_images}" ]]; then
arch_list+=("amd64")
fi
if [[ -n "${arm64_images}" ]]; then
arch_list+=("arm64")
fi
if [[ -n "${arm_images}" ]]; then
arch_list+=("arm")
fi
image_list=()
while IFS= read -r i; do
[ -z "${i}" ] && continue
image_list+=("${i}")
done <"${list}"
for arch in "${arch_list[@]}"; do
[ -z "${arch}" ] && continue
case $arch in
amd64)
docker load --input ${amd64_images}
;;
arm64)
docker load --input ${arm64_images}
;;
arm)
docker load --input ${arm_images}
;;
esac
for i in "${image_list[@]}"; do
[ -z "${i}" ] && continue
case $i in
*/*)
image_name="${reg}/${i}"
;;
*)
image_name="${reg}/library/${i}"
;;
esac
docker tag "${i}" "${image_name}-${arch}"
docker rmi -f "${i}"
docker push "${image_name}-${arch}"
done
done
for i in "${image_list[@]}"; do
[ -z "${i}" ] && continue
case $i in
*/*)
image_name="${reg}/${i}"
;;
*)
image_name="${reg}/library/${i}"
;;
esac
push_manifest "${image_name}"
done使用方法：
./load-images-multi-arch.sh --registry 192.168.2.23:5000 --arm-images k3s-airgap-images-arm.tar.gz日志输出如下：
$ ./load-images-multi-arch.sh --registry 192.168.2.23:5000 --arm_images k3s-airgap-images-arm.tar.gz
# docker load 镜像第一轮，是 amd64 架构的
67f770da229b: Loading layer [==================================================>] 1.45MB/1.45MB
Loaded image: rancher/library-busybox:1.32.1
...
# 打 tag 并 delete 原 tag 镜像，并 push
Untagged: rancher/coredns-coredns:1.8.3
The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns]
85c53e1bd74e: Pushed
225df95e717c: Pushed
1.8.3-amd64: digest: sha256:db4f1c57978d7372b50f416d1058beb60cebff9a0d5b8bee02bfe70302e1cb2f size: 739
...
# docker load 镜像第二轮，是 arm64 架构的
...
32626eb1fe89: Loading layer [==================================================>] 526.8kB/526.8kB
Loaded image: rancher/pause:3.1
...
Untagged: rancher/pause:3.1
The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/pause]
32626eb1fe89: Pushed
3.1-arm64: digest: sha256:2aac966ece8906a535395f92bb25f0e8e21dac737df75b381e8f9bdd3ed56528 size: 527
# docker load 镜像第二轮，是 arm 架构的
8e322dc9c333: Loading layer [==================================================>] 5.045MB/5.045MB
efed3cfd1b26: Loading layer [==================================================>] 1.623MB/1.623MB
a46153382f22: Loading layer [==================================================>] 3.584kB/3.584kB
Loaded image: rancher/klipper-lb:v0.3.4
...
Untagged: rancher/coredns-coredns:1.8.3
The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns]
9f4a0b0fd8b2: Pushed
225df95e717c: Layer already exists
1.8.3-arm: digest: sha256:dfc241eae22da74dd378535b69d7927f897acf48424cdcb90991b33f412cb7ae size: 739
# docker manifest create
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3
sha256:dc76fece93e42f05e7013e159097a0d426734fd268467f242d5b155dd49b0221
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022
sha256:e1c6842554ea37e66443cfab9a2422231bf8390b4c69711a74eb4cccde9d3dba
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4
sha256:98842bae8630a2aab1a94960185e152745ecf16ca69cf1eefdb53848cbc41063
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1
sha256:0b93c11bfd89ee5c971deaf9f312d115b2e1d797f79a7f68a266baecfb09a99f
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8
sha256:58464dda10504d271a17855541ed8d31a787ea25eb751ecce90e14256f23eb24
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19
sha256:0c797ef85540a4934ea84a9471f4f5a10c93f749ee668d92527361c61bbe98c3
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6
sha256:742595f61320bcaead987c5aafc3eb64b9a9151edb02b9e4d27f8abcae26d92e
Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1, list[amd64 arm64 arm]
Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1
sha256:f3ef3cbaf2ea466a0c2a2cf3db0d9fbc30f4c24e57a79603aa0fa8999d4813b0Skopeo 简介
最近 Skopeo 版本更新到了 v1.8, 最近的版本增加了一些与多架构有关的 flags, 使得通过 skopeo 进行多架构镜像的保存/同步更为方便。
Notes:
目前关于多架构，只有 3 个选项，3 个选项都没有选择源镜像多个架构的其中几个的能力，但正在开发中。
具体见这个 Issue: feature: Support list of archs forsynccommand · Issue #1694 · containers/skopeo (github.com)
以下是一些相关 flags:
skopeo--override-arch: 使用arch代替机器的架构来选择镜像。--override-os: 使用os代替机器的 OS 来选择镜像。--override-variant: 使用variant运行的架构的变体来选择镜像。（不同变体指的如：redis 镜像的arm/v5和arm/v7两种变体）
skopeo copy--all, -a: 如果 source-image 引用的是一个镜像列表，那么不要只复制与当前操作系统和体系架构匹配的镜像（取决于全局的--override-os、--override-arch和--override-variant选项的使用），而是尝试复制列表中的所有镜像，以及列表本身。--multi-arch: 如果源镜像引用多架构镜像，则控制要复制的内容。默认设置是system。system: 仅复制与系统架构匹配的镜像all: 复制完整的多架构镜像index-only: 仅复制镜像索引 (image index).(index-only选项通常会失败，除非目标中已经存在每个架构所引用的镜像，或者目标注册中心支持稀疏索引。)
skopeo sync--all, -a: 同上
Notes:
根据
skopeo copy --multi-arch index-only的描述，场景一 还有一种实现就是：
docker manifest之前的步骤，维持原状- 将
docker manifest create和docker manifest push替换为skopeo copy --multi-arch index-only
保存/同步多架构镜像实用脚本二 - 基于 skopeo copy
场景二
直接从 docker.io 同步镜像到本地镜像仓库
以 K3s 某一版本为例，镜像列表为：
- rancher/coredns-coredns:1.8.3
- rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022
- rancher/klipper-lb:v0.3.4
- rancher/library-busybox:1.32.1
- rancher/library-traefik:2.4.8
- rancher/local-path-provisioner:v0.0.19
- rancher/metrics-server:v0.3.6
- rancher/pause:3.1
这里直接基于 镜像搬运工 skopeo 提供的脚本做修改，修改后如下：
Notes:
因为较新版本的
skopeo才有上面说的一系列 flags, 我的 Ubuntu apt 安装的skopeo还停留在v1.5版本，没有上述功能。所以直接通过docker run方式运行
除此之外还添加了--multi-arch all选项。
#!/bin/bash
GREEN_COL="\\033[32;1m"
RED_COL="\\033[1;31m"
NORMAL_COL="\\033[0;39m"
SOURCE_REGISTRY=$1
TARGET_REGISTRY=$2
IMAGES_LIST_FILE=$3
: ${IMAGES_LIST_FILE:="k3s-images.txt"}
: ${TARGET_REGISTRY:="192.168.2.23:5000"}
: ${SOURCE_REGISTRY:="docker.io"}
set -eo pipefail
CURRENT_NUM=0
ALL_IMAGES="$(sed -n '/#/d;s/:/:/p' ${IMAGES_LIST_FILE} | sort -u)"
TOTAL_NUMS=$(echo "${ALL_IMAGES}" | wc -l)
skopeo_copy() {
if docker run -it quay.io/skopeo/stable:latest copy --insecure-policy --src-tls-verify=false --dest-tls-verify=false \
--src-creds caseycui:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx --multi-arch all --override-os linux -q docker://$1 docker://$2; then
echo -e "$GREEN_COL Progress: ${CURRENT_NUM}/${TOTAL_NUMS} sync $1 to $2 successful $NORMAL_COL"
else
echo -e "$RED_COL Progress: ${CURRENT_NUM}/${TOTAL_NUMS} sync $1 to $2 failed $NORMAL_COL"
exit 2
fi
}
for image in ${ALL_IMAGES}; do
let CURRENT_N192.168.2.23:5000UM=${CURRENT_NUM}+1
skopeo_copy ${SOURCE_REGISTRY}/${image} ${TARGET_REGISTRY}/${image}
done
运行效果如下：
$ bash sync.sh
Progress: 1/8 sync docker.io/rancher/coredns-coredns:1.8.3 to 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3 successful
Progress: 2/8 sync docker.io/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022 to 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022 successful
Progress: 3/8 sync docker.io/rancher/klipper-lb:v0.3.4 to 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4 successful
Progress: 4/8 sync docker.io/rancher/library-busybox:1.32.1 to 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1 successful
Progress: 5/8 sync docker.io/rancher/library-traefik:2.4.8 to 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8 successful
Progress: 6/8 sync docker.io/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19 to 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19 successful
Progress: 7/8 sync docker.io/rancher/metrics-server:v0.3.6 to 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6 successful
Progress: 8/8 sync docker.io/rancher/pause:3.1 to 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1 successful最终效果
最终本地的镜像效果如下：
️ Reference
- K8S 1.20 弃用 Docker 评估之 Docker 和 OCI 镜像格式的差别 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)
- Skopeo 简介 - K8S 1.20 弃用 Docker 评估之 Docker CLI 的替代产品 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)
- docker manifest | Docker Documentation
- containers/skopeo: Work with remote images registries - retrieving information, images, signing content (github.com)
- Multi-architecture images in your registry - Azure Container Registry | Microsoft Docs
- 镜像搬运工 skopeo
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