Docker下如何实现镜像多阶级构建？

Docker下如何实现镜像多阶级构建？

在Docker早期版本中，对于编译型语言（例如C、Java、Go）的镜像构建，我们只能将应用的编译和运行环境的准备，全部放在一个Dockerfile里面，这就导致我们构建出来的镜像体积很大，从而增加了镜像的存储和分发成本。

1、借助额外脚本构建

为了减小镜像体积，我们需要借助一个额外的脚本，将镜像的编译过程和运行过程分开。

• 编译阶段：负责将我们的代码编译成可执行的二进制文件。
• 运行时构建节点：准备应用程序运行的依赖环境，然后将编译好的可执行对象拷贝到镜像中。

以Go开发的一个HTTP服务为例，代码如下：

package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
)

func getInfoHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request){
	user := r.URL.Query().Get("user")
	if user != "" {
		io.WriteString(w,fmt.Sprintf("hello [%s]\n",user))
	}else{
		io.WriteString(w,"hello [Stranger]\n")
	}

	for k, v := range r.Header{
		io.WriteString(w,fmt.Sprintf("%s=%s",k,v))
	}
}

func health(w http.ResponseWriter, r *http.Request){
	fmt.Fprintln(w,http.StatusOK)
}

func main() {
	http.HandleFunc("/",getInfoHandler)
	http.HandleFunc("/health",health)
	http.ListenAndServe(":8080",nil)
}

将这个 Go 服务构建成镜像分为两个阶段：代码的编译阶段和镜像构建阶段。

我们构建镜像时，镜像中需要包含 Go 语言编译环境，应用的编译阶段我们可以使用 Dockerfile.build 文件来构建镜像。Dockerfile.build 的内容如下：

FROM golang:1.15
WORKDIR /go/src/httpServer/
COPY main.go .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o http-server .

Dockefile.Build可以帮助我们把代码编译成可执行的二进制文件，我们使用以下的Dockerfile构建一个运行环境：

FROM alpine:latest
WORKDIR /root/
COPY http-server .
CMD ["./http-server"]

我们将应用的编译和运行环境的准备步骤，都放到一个 build.sh 脚本文件中，内容如下：

#!/bin/sh
echo Building http-server:build    # 声明shell文件，然后输出开始构建信息

# 使用 Dockerfile.build 文件来构建一个临时镜像 http-server:build
docker build -t http-server:build . -f Dockerfile.build

# 用 http-server:build 镜像创建一个名称为 builder 的容器
# 该容器包含编译后的 http-server 二进制文件。
docker create --name builder http-server:build  

# 使用docker cp命令从 builder 容器中拷贝 http-server 文件到当前构建目录
# 并且删除名称为 builder 的临时容器。
docker cp builder:/go/src/httpServer/http-server ./http-server
docker rm -f builder

# 输出开始构建镜像信息。
echo Building http-server:latest

# 构建运行时镜像，然后删除临时文件 http-server
docker build -t http-server:latest .
rm ./http-server

上面我们使用 Dockerfile.build 文件来编译应用程序，使用 Dockerfile 文件来构建应用的运行环境。然后我们通过创建一个临时容器，把编译后的 http-server 文件拷贝到当前构建目录中，然后再把这个文件拷贝到运行环境的镜像中，最后指定容器的启动命令为 http-server。

使用这种方式虽然可以实现分离镜像的编译和运行环境，但是我们需要额外引入一个 build.sh 脚本文件，而且构建过程中，还需要创建临时容器 builder 拷贝编译后的 http-server 文件，这使得整个构建过程比较复杂，并且整个构建过程也不够透明。

为了解决这种问题， Docker 在 17.05 推出了多阶段构建（multistage-build）的解决方案。

2、使用多阶段构建

Docker 允许我们在 Dockerfile 中使用多个FROM 语句，而每个 FROM 语句都可以使用不同基础镜像。最终生成的镜像，是以最后一条 FROM 为准，所以我们可以在一个 Dockerfile 中声明多个 FROM，然后选择性地将一个阶段生成的文件拷贝到另外一个阶段中，从而实现最终的镜像只保留我们需要的环境和文件。多阶段构建的主要使用场景是分离编译环境和运行环境。

接下来我们使用多阶段构建将上述未使用多阶段构建的过程精简:

# 编译，生成http-server
FROM golang:1.15
WORKDIR /go/src/httpServer/
COPY main.go .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o http-server .

# 构建运行时镜像
FROM alpine:latest
WORKDIR /root/
# --from=0 表示从第一阶段构建结果中拷贝文件到当前构建阶段
COPY --from=0 /go/src/httpServer/http-server .
CMD ["./http-server"]

构建镜像：

docker build -t http-server:latest .

3、多阶段构建的其他使用方式

3.1、为构建阶段命名

默认情况下，每一个构建阶段都没有被命名，可以通过 FROM 指令出现的顺序来引用这些构建阶段，构建阶段的序号是从 0 开始的。然而，为了提高 Dockerfile 的可读性，我们需要为某些构建阶段起一个名称，这样即便后面我们对Dockerfile 中的内容进程重新排序或者添加了新的构建阶段，其他构建过程中的 COPY 指令也不需要修改。

对上面的Dockerfile进行优化:

# 编译，生成http-server
FROM golang:1.15 AS builder
WORKDIR /go/src/httpServer/
COPY main.go .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o http-server .

# 构建运行时镜像
FROM alpine:latest
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /go/src/httpServer/http-server .
CMD ["./http-server"]

我们在第一个构建阶段，使用 AS 指令将这个阶段命名为 builder。然后在第二个构建阶段使用 --from=builder 指令，即可从第一个构建阶段中拷贝文件，使得 Dockerfile 更加清晰可读。

3.2、停止在特定的构建阶段

有时候，我们的构建阶段非常复杂，我们想在代码编译阶段进行调试，但是多阶段构建默认构建 Dockerfile 的所有阶段，为了减少每次调试的构建时间，我们可以使用 target 参数来指定构建停止的阶段。

例如，我只想在编译阶段调试 Dockerfile 文件，可以使用如下命令：

# docker build -t http-server:latest . --target builder

Sending build context to Docker daemon  6.656kB
Step 1/4 : FROM golang:1.15 AS builder
 ---> 40349a2425ef
Step 2/4 : WORKDIR /go/src/httpServer/
 ---> Using cache
 ---> 90a929dd37de
Step 3/4 : COPY main.go .
 ---> Using cache
 ---> fee18351e532
Step 4/4 : RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o http-server .
 ---> Using cache
 ---> e7356e46c9c4
Successfully built e7356e46c9c4
Successfully tagged http-server:latest

3.3、使用现有镜像作为构建阶段

使用多阶段构建时，不仅可以从 Dockerfile 中已经定义的阶段中拷贝文件，还可以使用COPY --from指令从一个指定的镜像中拷贝文件，指定的镜像可以是本地已经存在的镜像，也可以是远程镜像仓库上的镜像。

例如，我们从上面编译环境镜像中拷贝出编译好的二进制文件

# 构建运行时镜像
FROM alpine:latest
WORKDIR /root/
COPY --from=http-server:latest /go/src/httpServer/http-server .
CMD ["./http-server"]

使用下面命令进行构建：

# docker build -t http-server:v2.0 . 

Sending build context to Docker daemon   7.68kB
Step 1/4 : FROM alpine:latest
 ---> c059bfaa849c
Step 2/4 : WORKDIR /root/
 ---> Running in bc1e94677d94
Removing intermediate container bc1e94677d94
 ---> ab8143431ed0
Step 3/4 : COPY --from=http-server:latest /go/src/httpServer/http-server .
 ---> 133f25c0d3f0
Step 4/4 : CMD ["./http-server"]
 ---> Running in d625e202db78
Removing intermediate container d625e202db78
 ---> 00a4c8370bc9
Successfully built 00a4c8370bc9
Successfully tagged http-server:v2.0

又例如，当我们想要拷贝 nginx 官方镜像的配置文件到我们自己的镜像中时，可以在 Dockerfile 中使用以下指令：

COPY --from=nginx:latest /etc/nginx/nginx.conf /etc/local/nginx.conf