Docker 深入篇之 Build 原理

摘要：先简单介绍下，通常情况下我们将其称之为镜像，镜像是由多个层组成的文件，这些层用于在容器内执行代码命令等。而的时候则会将此信息再次进行编码。

使用 Docker 时，最常用的命令无非是 docker container 和 docker image 相关的子命令，当然最初没有管理类命令（或者说分组）的时候，最常使用的命令也无非是 docker run docker commit docker build 和 docker images 这些。

今天来聊一下和 Docker 中核心概念 image 相关的重要命令， docker build 或者说 docker image build 为了简便起见，下文的命令全部使用 docker build 。

先简单介绍下 Docker Image， 通常情况下我们将其称之为镜像，镜像是由多个层组成的文件，这些层用于在容器内执行代码（命令）等。每个镜像基本上都是根据应用程序完整的可执行版本进行构建的，并且需要注意的是，它会依赖于主机的系统内核。当用户在运行镜像时，这将会创建一个或者多个容器实例。

Dockerd 是 Docker 的服务端，默认情况下提供 Unix Domain Socket 连接，当然也可以监听某个端口，用于对外提供服务。 所以有时候，我们也可以使用服务器上的 Docker daemon 来提供服务，以加快构建速度及解决一些网络问题之类的。

好的，基础概念了解了， 那我们开始进入正题。

我们知道构建镜像的方法有多种，本文中我们只介绍使用 Dockerfile 通过 docker build 的方式构建镜像。

为了简便，我们以一个简单的 Dockerfile 开始。构建一个容器内使用的 kubectl 工具 (当然选择它的原因在于 kubectl 足够大，并不考虑可用性，这个稍后解释)

FROM scratch

LABEL maintainer="Jintao Zhang "

ADD kubectl /kubectl
ENTRYPOINT [ "/kubectl" ]

Dockerfile 足够简单，只是将 kubectl 的二进制文件拷贝进去，并将 Entrypoint 设置为 kubectl 。

我个人一般为了避免环境的污染，大多数的事情都在容器内完成。包括 dockerd 我也启在容器内。其中的原理不再介绍，可以参考我之前的文章或分享。使用起来很简单：

docker run --privileged -d -P docker:stable-dind

注意这里使用了 -P 所以本地会随机映射一个端口，当然你也可以直接指定映射到容器内的 2375 端口。

(Tao) ➜  build git:(master) docker ps                                                       
CONTAINER ID        IMAGE                       COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                     NAMES
b56f6483614d        docker:stable-dind          "dockerd-entrypoint.…"   9 hours ago         Up 9 hours          0.0.0.0:32769->2375/tcp   trusting_babbage

我们直接使用启动在容器内的 dockerd 进行构建，通过上面的 docker ps 命令可以看到是映射到了本地的 32769 端口。所以我们使用以下命令进行构建：

(Tao) ➜  kubectl git:(master) docker -H 0.0.0.0:32769 images                                                              
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE                                      
(Tao) ➜  kubectl git:(master) docker -H 0.0.0.0:32769 build -t local/kubectl .                                            
Sending build context to Docker daemon  55.09MB
Step 1/4 : FROM scratch
 --->
Step 2/4 : LABEL maintainer="Jintao Zhang "
 ---> Running in ebcf44071bf0
Removing intermediate container ebcf44071bf0
 ---> eb4ea1725ff2
Step 3/4 : ADD kubectl /kubectl
 ---> 1aad06c4dbb4
Step 4/4 : ENTRYPOINT [ "/kubectl" ]
 ---> Running in 2fc78fe974e3
Removing intermediate container 2fc78fe974e3
 ---> 457802d4bf3e
Successfully built 457802d4bf3e
Successfully tagged local/kubectl:latest
(Tao) ➜  kubectl git:(master) docker -H 0.0.0.0:32769 images                  
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
local/kubectl       latest              457802d4bf3e        3 seconds ago       55.1MB

看日志及结果，可以看到我们已经成功的构建了我们所需的镜像。说了这么多，其实我们今天的内容才刚刚开始。

在本文一开始，我已经提过 Dockerd 是 Docker 的后端服务，通过上面的

docker -H 0.0.0.0:32769 images                                                              

这条命令可以看到我们通过 -H 指定了本地 32679 端口的 dockerd 服务，这其实是个 HTTP 服务，我们来验证下。

(Tao) ➜  kubectl git:(master) curl -i   0.0.0.0:32769/_ping
HTTP/1.1 200 OK
Api-Version: 1.37
Docker-Experimental: false
Ostype: linux
Server: Docker/18.03.1-ce (linux)
Date: Tue, 04 Sep 2018 17:20:51 GMT
Content-Length: 2
Content-Type: text/plain; charset=utf-8

OK%                  

可以看到几条关键的信息 Api-Version: 1.37 这个表明了当前使用的 API 版本，本文的内容也是以 1.37 为例进行介绍，这是当前的稳定版本。我们也可以通过 docker version 进行查看。

(Tao) ➜  kubectl git:(master) docker -H 0.0.0.0:32769 version                                                             
Client:
 Version:           18.06.0-ce
 API version:       1.37 (downgraded from 1.38)
 Go version:        go1.10.3
 Git commit:        0ffa825
 Built:             Wed Jul 18 19:11:45 2018
 OS/Arch:           linux/amd64
 Experimental:      false

Server:
 Engine:
  Version:          18.03.1-ce
  API version:      1.37 (minimum version 1.12)
  Go version:       go1.9.5
  Git commit:       9ee9f40
  Built:            Thu Apr 26 07:23:03 2018
  OS/Arch:          linux/amd64
  Experimental:     false

可以看到我本地在用的 docker cli 版本较高，当连接到低版本的 dockerd 时，API 版本降级至与 dockerd 版本保持一致。

当然，你可能会问，如果是 dockerd 版本高会如何呢？其实我日常中的开发环境就是这样，大多数 API 都没什么影响, 不过这并不是今天的重点。

root@bdcdac73ee20:/# docker version
Client:
 Version:      17.06.0-ce
 API version:  1.30
 Go version:   go1.8.3
 Git commit:   02c1d87
 Built:        Fri Jun 23 21:15:15 2017
 OS/Arch:      linux/amd64

Server:
 Version:      dev
 API version:  1.39 (minimum version 1.12)
 Go version:   go1.10.3
 Git commit:   e8cc5a0b3
 Built:        Tue Sep  4 10:00:36 2018
 OS/Arch:      linux/amd64
 Experimental: false

回到我们上面的构建过程中。我们可以看到日志内容的第一行：

...
Sending build context to Docker daemon  55.09MB

从这条日志，我们可以得到两个信息：

构建的过程是将 build context 发送给 dockerd , 实际的构建压力在 dockerd 上

发送了 55.09 MB

第一条结论，我们在上一小节已经讨论过了，我们来重点看下第二条结论。

(Tao) ➜  kubectl git:(master) ls -al 
总用量 53808
drwxrwxr-x. 2 tao tao     4096 9月   5 01:00 .
drwxrwxr-x. 3 tao tao     4096 9月   5 00:57 ..
-rw-rw-r--. 1 tao tao      109 9月   5 01:00 Dockerfile
-rwxrwxr-x. 1 tao tao 55084063 9月   5 00:53 kubectl
(Tao) ➜  kubectl git:(master) du -sh .
53M     .
(Tao) ➜  kubectl git:(master) du -sh kubectl Dockerfile 
53M     kubectl
4.0K    Dockerfile

按照我们 Dockerfile 的内容，我们需要将 kubectl 的二进制包放入镜像内，所以 build context 虽然比二进制文件多出来 2M 左右的大小你也不会很意外。

但我这里做了另一个例子，不多赘述，代码可以在我的 [GitHub]() 中找到。这里贴出来结果：

(Tao) ➜  text git:(master) ls -al                                                                                          
总用量 16                                                                                                                  
drwxrwxr-x. 2 tao tao 4096 9月   5 01:45 .                                                                                
drwxrwxr-x. 4 tao tao 4096 9月   5 01:44 ..                             
-rw-rw-r--. 1 tao tao   77 9月   5 01:45 Dockerfile                       
-rw-rw-r--. 1 tao tao   61 9月   5 01:45 file  
(Tao) ➜  text git:(master) du -b Dockerfile file
77      Dockerfile
61      file                                                                                                              
(Tao) ➜  text git:(master) docker -H 0.0.0.0:32769 build --no-cache=true -t local/file .                                  
Sending build context to Docker daemon  3.072kB
...

相信你看到这个结果已经明白我想表达的意思，我们继续探索下这个过程。

前面我们已经说过，这就是个普通的 HTTP 请求，所以我们当然可以直接抓包来看看到底发生了什么？

很简单，通过 dockerd 的地址，使用 POST 方法，访问 /build 接口, 当然实际情况是会增加前缀，即我在上面提到的版本号，在目前的环境中使用的是 /v1.37/build 这个接口。

而这个请求携带了一些很有用的参数，和头信息。这里我来简单说下：

build 请求的头部，主要有以下两个

Content-Type 默认值为 application/x-tar，表明自己是一个归档。

X-Registry-Config 这个头部信息中包含着 registry 的地址及认证信息，并且以 base64 进行编码。对 docker 熟悉的朋友或者看过我之前文章的朋友应该知道， Docker cli 在 login 成功后，会将认证信息保存至本地，密码做 base64 保存。而 build 的时候则会将此信息再次 base64 进行编码。通过这里也可以看出来，在使用远端 Dockerd 的时候， 应该尽量配置 TLS 以防止中间人攻击，造成密码泄漏等情况。

请求参数中，列几个比较有意义的：

t 这其实就是我们 docker build -t 时候指定的参数，并且，我们可以同时指定多个 -t 同时构建多个不同名称的镜像。

memory cpusetcpus 这些主要用于资源限制

buildargs 如果想要了解这个参数，可以回忆下 Dockerfile 中的 ARG 指令的用法

当然，我们想要探索的过程其实重点就在于请求头部了， 整个请求的输入流，必须是一个 tar 压缩包，并且支持 identity (不压缩), gzip, bzip2, xz 等压缩算法。

我们来看下基本的实现：

func (cli *Client) ImageBuild(ctx context.Context, buildContext io.Reader, options types.ImageBuildOptions) (types.ImageBuildResponse, error) {
    query, err := cli.imageBuildOptionsToQuery(options)
    if err != nil {
        return types.ImageBuildResponse{}, err
    }

    headers := http.Header(make(map[string][]string))
    buf, err := json.Marshal(options.AuthConfigs)
    if err != nil {
        return types.ImageBuildResponse{}, err
    }
    headers.Add("X-Registry-Config", base64.URLEncoding.EncodeToString(buf))

    headers.Set("Content-Type", "application/x-tar")

    serverResp, err := cli.postRaw(ctx, "/build", query, buildContext, headers)
    if err != nil {
        return types.ImageBuildResponse{}, err
    }

    osType := getDockerOS(serverResp.header.Get("Server"))

    return types.ImageBuildResponse{
        Body:   serverResp.body,
        OSType: osType,
    }, nil
}

这篇主要内容集中在 docker build 的过程及其原理上，为什么首先要写这篇，主要是因为镜像和我们息息相关， 并且也是我们使用的第一步。而很多情况下，推进业务容器化也都要面临着性能优化及其他规范之类的。

其实关于 build 的细节还有很多，如果有空，我就再更新下一篇。

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