应用容器化转型 - 容器镜像怎么做

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随着云计算和容器技术的迅速发展，越来越多的企业选择进行应用容器化转型，以提高应用交付效率和灵活性。在这个转型过程中，制作高效的容器镜像成为关键一环。

那么什么是容器镜像，制作容器镜像需要关注哪些关键要素，怎么做镜像才是最佳实践，本文将对这些内容做概要性的梳理，以帮助对容器镜像不太熟悉的读者，快速构建容器镜像相关的知识体系。

容器镜像的相关概念

什么是容器镜像

容器镜像是一个轻量级、可执行的软件包，包含了运行特定应用程序所需的一切组件，包括操作系统、库、应用程序和配置。它采用分层结构构建，每一层都可以看作是一个文件系统的快照。容器镜像的主要组成部分包括基础镜像、应用程序代码、依赖项和配置文件，除此之外，还包含了一些为运行时准备的配置参数（如匿名卷、环境变量、用户等）。

简单来说，一个镜像最小化，大概包含这些内容：

??基础镜像：尽量挑选小镜像，规避不需要的内容

??应用文件：应用的执行程序，例如 java 的 jar 包、war 包

??环境变量：程序运行所需的环境变量

??执行命令：容器的启动命令，也可以不填，在执行的时候传入

什么是镜像仓库

镜像仓库，字面意思理解就是存储镜像的仓库，可以用来存储、分发镜像文件。仓库又分为公有镜像仓库和私有镜像仓库。

公有镜像仓库，比如 docker 的仓库 hub.docker.com，或者国内公有云厂商的镜像仓库，例如阿里云 registry.cn-beijing.aliyuncs.com，可以直接注册账号使用。

为了安全性和隐私性，大部分企业会建立自己的私有仓库，比如通过 Harbor?搭建企业级的私有仓库，Harbor?是一款开源的，比较成熟的企业级私有仓库，可支持仓库按项目权限划分，集成企业统一认证，还包括如镜像同步复制、漏洞扫描和权限管理等企业级别的管理功能。如果您要做企业级仓库的选型，那么 Harbor?是首选的解决方案。

但是企业级意味着部署架构比较臃肿，如果您只是需要一个轻量级的镜像托管服务，不希望部署太重的 Harbor，那么 Docker 提供的 Docker Registry 也是一个不错的选择，这同样是一款开源的镜像仓库，运行内存只有几十 MB，但是镜像的托管、分发功能都是齐全的，满足容器应用开发的需求。

获取公开镜像

更多的时候，我们可以使用社区已经制作好的镜像，包含各类开源组件、中间件、数据库等的镜像，这种镜像在上文提到的公开镜像仓库中都能够找到，例如 docker hub?,或者国内阿里云、腾讯云的公开仓库中。

除此之外，还有一类镜像，是托管在国外的 hub 仓库中，并且无法正常访问，例如早期 k8s 的镜像仓库 k8s.gcr.io，这类仓库都需要科学上网才能获取到。

上传到私有仓库

大多数企业内部的环境是无法连接公网的，我们需要将公网的镜像下载到本地，然后打 tag 之后，推送到本地镜像仓库中使用。

容器镜像制作的关键要素

1.选择合适的基础镜像

基础镜像是容器镜像的起点，它提供了操作系统和运行时环境。选择一个稳定、安全且适合应用需求的基础镜像是制作高质量容器镜像的基础。

如果没有特殊要求，那么应该选择一个尽可能小的基础镜像，例如 alpine?镜像，非常的小，但是对应的类库也是最精简的，很多工具都是需要自行安装，与之对应的是操作系统镜像，例如 ubuntu, centos?等，功能齐全，但是镜像大小达到上百 MB，或者类似 busybox?之类的带有一部分调试工具的基础镜像。

有时候镜像有一些要求，比如是否应该带有语言的运行时，例如 openjdk?、python 等，或者一些常见的中间件、数据库，例如 tomcat、nginx?、mysql?等。

选择合适的镜像，可以让我们少做很多工作。

2.容器镜像的架构

与传统部署一样，容器镜像的架构也是要关注的关键要素，常见的例如 arm64?和 amd64,以及其他例如 linux/386?、linux/arm/v7 等相对较少使用的架构。

如果容器可能在多种架构中运行的话，那么多架构镜像构建，就是一个必选项，多架构镜像通过 manifest 机制，将多个镜像关联起来，每当拉镜像的时候，Docker 会根据机器的系统架构自动拉取对应的镜像。参见文档如何制作多架构镜像。

3.优化容器镜像大小

精简容器镜像大小对于提高镜像的传输速度和存储效率至关重要。可以采取一些策略，如删除不必要的文件、合并多个层、使用多阶段构建等来减小镜像的体积。多阶段构建的方法参见：如何进行多阶段构建。

4.镜像的时区设置

大部分镜像，尤其是常见的基础镜像，例如 Alpine，Ubuntu，Debian，CentOS 等，基本上都采用 UTC 时间，默认时区为零时区，而我们主要用的是 CST 时间，北京时间，位于东八区，时区代号：Asia/Shanghai。两个时区相差 8 小时，当我们查看容器的日志时，经常会发现日志的时间与当前时间刚好相差 8 小时，就是这个原因。

调整容器的时区，可以在容器运行时调整，也可以在镜像制作的时候调整，这里只简单介绍一下如何在制作镜像的时候设置时区：

RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime && \??

??echo "Asia/Shanghai" > /etc/timezone

5.离线镜像的导入导出

企业在使用镜像的时候，经常会遇到一种场景，在开发环境做好的镜像，由于网络不通，无法直接推动到某些环境中，例如客户的私有环境，或者某些隔离性要求很高的生产环境，这时就需要做镜像的离线导入导出了。

镜像的导入导出也属于镜像比较常见的操作了，例如:

docker save <id> > some-image.tardocker load ?< some-image.tar

除此之外，还可以适用 docker import/export?方法，本篇文章不对这两种导入导出方法做展开讨论。

6.镜像的调试方法

这是一个很重要的点，对于大多数新同学刚开始做镜像的时候，会遇到的坑：镜像制作完成后，无法正常启动。除了根据日志分析，或者反复重新测试以外，我们还有一些常见的调试方法，便于我们对问题进行定位和分析：

??通过覆盖启动命令，让容器不要启动：我们可以在启动容器时覆盖其 entrypoint?命令，比如设置为--entrypoint=bash?，让主程序不要启动，这样我们就可以进入该容器，手动的测试我们的启动命令

??通过 cp 命令拷贝文件：除了制作镜像时可以传入文件以外，我们还可以在容器运行态，传入传出文件，用于调试

??安装调试的类库：有时候你需要一些调试工具，例如 telnet、nslookup、curl、wget 等，确保你的镜像是配置了可用的源，以便我们在需要的时候，能够在容器中安装这些类库，用于调试

容器镜像的最佳实践

容器镜像的制作本身非常简单，编写好 Dockerfile?文件，之后使用 docker build?命令即可完成构建。但是更多的时候，这种命令执行的方式非常繁琐，尤其在敏捷研发过程中，版本更新迭代的速度非常高，我们迫切的希望镜像的制作能够自动化，通过持续集成的能力，将容器镜像制作纳入到 CI 流程中。

业界实现 CI 的工具有很多，例如 Jekins、Tekton 等，而 CI 的流程大概都是这几个环节： 拉取代码、构建程序、构建镜像、推送镜像。其中 CI 工具在做构建镜像的时候，通常都会集成多架构构建的工具，例如：

buildkit: 由 docker 公司开发，目前由社区和 docker 公司合理维护的“含着金钥匙出生”的新一代构建工具，拥有良好的扩展性、极大地提高了构建速度，以及更好的安全性。

Kaniko:由 Google 开发的在 k8s 上做 docker 构建的命令行工具，使用非常简洁，只需要 build 一个二进制工具即可，支持 dockerfile 构建、push、credentail 文件读取。

Img: ?是由社区贡献者开发，基于 buildkit 封装的类 docker 化命令行工具，无需 daemon 进程，无需 privilege，可以独立运行的二进制工具，非常小巧易用，而且有着和 buildkit 一样的性能优势。

这几款产品中，buildkit 目前来说相对成熟，对于第一次尝试使用这类“Build without docker daemon”的工具的同学来说，上手比较简单，性能也不错。

总结

容器镜像制作是企业进行应用容器化转型的重要一环。本文从容器镜像的概念和组成开始，介绍了容器镜像制作的关键要素和最佳实践。通过遵循这些理论指导，企业可以更高效、安全地制作容器镜像，为应用容器化转型奠定坚实的基础。随着容器技术的不断发展，容器镜像制作领域还有许多新的挑战和机遇，希望本文能够为读者提供启发和指导，促进企业在容器化转型过程中取得更好的成果。