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怎样构建更小的容器

使用容器工作是很多用户和开发者的日常任务。容器开发者经常需要频繁地(重新)构建容器镜像。如果你开发容器,你有想过减小镜像的大小吗?较小的镜像有一些好处。在下载的时候所需要的带宽更少,而且在云环境中运行的时候也可以节省开销。而且在 Fedora CoreOS、IoT 以及Silverblue 上使用较小的容器镜像可以提升整体系统性能,因为这些操作系统严重依赖于容器工作流。这篇文章将会提供一些减小容器镜像大小的技巧。

工具

以下例子所用到的主机操作系统是 Fedora Linux 33。例子使用 Podman 3.1.0 和Buildah 1.2.0。Podman 和 Buildah 已经预装在大多数 Fedora Linux 变种中。如果你没有安装 Podman 和 Buildah,可以用下边的命令安装:

$ sudo dnf install -y podman buildah 
任务

从一个基础的例子开始。构建一个满足以下需求的 web 容器:

  1. 容器必须基于 Fedora Linux
  2. 使用 Apache httpd web 服务器
  3. 包含一个定制的网站
  4. 容器应该比较小

下边的步骤也适用于比较复杂的镜像。

设置

首先,创建一个工程目录。这个目录将会包含你的网站和容器文件:

$ mkdir smallerContainer
$ cd smallerContainer
$ mkdir files
$ touch files/index.html 

制作一个简单的登录页面。对于这个演示,你可以将下面的 HTML 复制到 index.html 文件中。

<!doctype html>
<html lang="de">
<head>
<title>Container Page</title>
</head>
<body>
<header>
<h1>Container Page</h1>
</header>
<main>
<h2>Fedora</h2>
<ul>
<li><a href="https://getfedora.org">Fedora Project</a></li>
<li><a href="https://docs.fedoraproject.org/">Fedora Documentation</a></li>
<li><a href="https://fedoramagazine.org">Fedora Magazine</a></li>
<li><a href="https://communityblog.fedoraproject.org/">Fedora Community Blog</a></li>
</ul>
<h2>Podman</h2>
<ul>
<li><a href="https://podman.io">Podman</a></li>
<li><a href="https://docs.podman.io/">Podman Documentation</a></li>
<li><a href="https://github.com/containers/podman">Podman Code</a></li>
<li><a href="https://podman.io/blogs/">Podman Blog</a></li>
</ul>
<h2>Buildah</h2>
<ul>
<li><a href="https://buildah.io">Buildah</a></li>
<li><a href="https://github.com/containers/buildah">Buildah Code</a></li>
<li><a href="https://buildah.io/blogs/">Buildah Blog</a></li>
</ul>
<h2>Skopeo</h2>
<ul>
<li><a href="https://github.com/containers/skopeo">skopeo Code</a></li>
</ul>
<h2>CRI-O</h2>
<ul>
<li><a href="https://cri-o.io/">CRI-O</a></li>
<li><a href="https://github.com/cri-o/cri-o">CRI-O Code</a></li>
<li><a href="https://medium.com/cri-o">CRI-O Blog</a></li>
</ul>
</main>
</body>
</html> 

此时你可以选择在浏览器中测试上面的 index.html 文件:

$ firefox files/index.html 

最后,创建一个容器文件。这个文件可以命名为 Dockerfile 或者 Containerfile:

$ touch Containerfile 

现在你应该有了一个工程目录,并且该目录中的文件系统布局如下:

smallerContainer/
|- files/
|    |- index.html
|
|- Containerfile
构建

现在构建镜像。下边的每个阶段都会添加一层改进来帮助减小镜像的大小。你最终会得到一系列镜像,但只有一个 Containerfile。

阶段 0:一个基本的容器镜像

你的新镜像将会非常简单,它只包含强制性步骤。在 Containerfile 中添加以下内容:

# 使用 Fedora 33 作为基镜像
FROM registry.fedoraproject.org/fedora:33
# 安装 httpd
RUN dnf install -y httpd
# 复制这个网站
COPY files/* /var/www/html/
# 设置端口为 80/tcp
EXPOSE 80
# 启动 httpd 

在上边的文件中有一些注释来解释每一行内容都是在做什么。更详细的步骤:

  • 在 FROM registry.fedoraproject.org/fedora:33 的基础上创建一个构建容器
  • 运行命令: dnf install -y httpd
  • 将与 Containerfile 有关的文件拷贝到容器中
  • 设置 EXPOSE 80 来说明哪个端口是可以自动设置的
  • 设置一个 CMD 指令来说明如果从这个镜像创建一个容器应该运行什么

运行下边的命令从工程目录创建一个新的镜像:

$ podman image build -f Containerfile -t localhost/web-base 

使用一下命令来查看你的镜像的属性。注意你的镜像的大小(467 MB)。

$ podman image ls
REPOSITORY                         TAG     IMAGE ID      CREATED        SIZE
localhost/web-base                 latest  ac8c5ed73bb5  5 minutes ago  467 MB
registry.fedoraproject.org/fedora  33      9f2a56037643  3 months ago   182 MB

以上这个例子中展示的镜像在现在占用了467 MB的空间。剩下的阶段将会显著地减小镜像的大小。但是首先要验证镜像是否能够按照预期工作。

输入以下命令来启动容器:

$ podman container run -d --name web-base -P localhost/web-base 

输入以下命令可以列出你的容器:

$ podman container ls
CONTAINER ID  IMAGE               COMMAND               CREATED        STATUS            PORTS                  NAMES
d24063487f9f  localhost/web-base  httpd -DFOREGROUN...  2 seconds ago  Up 3 seconds ago  0.0.0.0:46191->80/tcp  web-base 

以上展示的容器正在运行,它正在监听的端口是 46191 。从运行在主机操作系统上的 web 浏览器转到 localhost:46191 应该呈现你的 web 页面:

$ firefox localhost:46191
阶段 1:清除缓存并将残余的内容从容器中删除

为了优化容器镜像的大小,第一步应该总是执行“清理”。这将保证安装和打包所残余的内容都被删掉。这个过程到底需要什么取决于你的容器。对于以上的例子,只需要编辑 Containerfile 让它包含以下几行。

[...]
# Install httpd
RUN dnf install -y httpd && \
dnf clean all -y
[...]

构建修改后的 Containerfile 来显著地减小镜像(这个例子中是 237 MB)。

$ podman image build -f Containerfile -t localhost/web-clean
$ podman image ls
REPOSITORY            TAG     IMAGE ID      CREATED        SIZE
localhost/web-clean   latest  f0f62aece028  6 seconds ago  237 MB
阶段 2:删除文档和不需要的依赖包

许多包在安装时会被建议拉下来,包含一些弱依赖和文档。这些在容器中通常是不需要的,可以删除。 dnf 命令有选项可以表明它不需要包含弱依赖或文档。

再次编辑 Containerfile ,并在 dnf install 行中添加删除文档和弱依赖的选项:

[...]
# Install httpd
RUN dnf install -y httpd --nodocs --setopt install_weak_deps=False && \
dnf clean all -y
[...]

构建经过以上修改后的 Containerfile 可以得到一个更小的镜像(231 MB)。

$ podman image build -f Containerfile -t localhost/web-docs
$ podman image ls
REPOSITORY            TAG     IMAGE ID      CREATED        SIZE
localhost/web-docs    latest  8a76820cec2f  8 seconds ago  231 MB
阶段 3:使用更小的容器基镜像

前面的阶段结合起来,使得示例镜像的大小减少了一半。但是仍然还有一些途径来进一步减小镜像的大小。这个基镜像 registry.fedoraproject.org/fedora:33 是通用的。它提供了一组软件包,许多人希望这些软件包预先安装在他们的 Fedora Linux 容器中。但是,通用的 Fedora Linux 基镜像中提供的包通常必须要的更多。Fedora 项目也为那些希望只从基本包开始,然后只添加所需内容来实现较小总镜像大小的用户提供了一个 fedora-minimal 镜像。

使用 podman image search 来查找 fedora-minimal 镜像,如下所示:

$ podman image search fedora-minimal
INDEX               NAME   DESCRIPTION   STARS   OFFICIAL   AUTOMATED
fedoraproject.org   registry.fedoraproject.org/fedora-minimal    

fedora-minimal 基镜像不包含 DNF,而是倾向于使用不需要 Python 的较小的 microDNF。

当 registry.fedoraproject.org/fedora:33 被 registry.fedoraproject.org/fedora-minimal:33 替换后,需要用 microdnf 命令来替换 dnf。

# 使用 Fedora minimal 33 作为基镜像
FROM registry.fedoraproject.org/fedora-minimal:33
# 安装 httpd
RUN microdnf install -y httpd --nodocs --setopt install_weak_deps=0 && \
microdnf clean all -y
[...]

使用 fedora-minimal 重新构建后的镜像大小如下所示 (169 MB):

$ podman image build -f Containerfile -t localhost/web-docs
$ podman image ls
REPOSITORY             TAG     IMAGE ID      CREATED        SIZE
localhost/web-minimal  latest  e1603bbb1097  7 minutes ago  169 MB

最开始的镜像大小是 467 MB。结合以上每个阶段所提到的方法,进行重新构建之后可以得到最终大小为 169 MB 的镜像。最终的 总 镜像大小比最开始的 基 镜像小了 182 MB!

从零开始构建容器

前边的内容使用一个容器文件和 Podman 来构建一个新的镜像。还有最后一个方法要展示——使用 Buildah 来从头构建一个容器。Podman 使用与 Buildah 相同的库来构建容器。但是 Buildah 被认为是一个纯构建工具。Podman 被设计来是为了代替 Docker 的。

使用 Buildah 从头构建的容器是空的——它里边什么都 没有 。所有的东西都需要安装或者从容器外复制。幸运地是,使用 Buildah 相当简单。下边是一个从头开始构建镜像的小的 Bash 脚本。除了运行这个脚本,你也可以在终端逐条地运行脚本中的命令,来更好的理解每一步都是做什么的。

#!/usr/bin/env bash
set -o errexit
# 创建一个容器
CONTAINER=$(buildah from scratch)
# 挂载容器文件系统
MOUNTPOINT=$(buildah mount $CONTAINER)
# 安装一个基本的文件系统和最小的包以及 nginx
dnf install -y --installroot $MOUNTPOINT  --releasever 33 glibc-minimal-langpack httpd --nodocs --setopt install_weak_deps=False
dnf clean all -y --installroot $MOUNTPOINT --releasever 33
# 清除
buildah unmount $CONTAINER
# 复制网站
buildah copy $CONTAINER 'files/*' '/var/www/html/'
# 设置端口为 80/tcp
buildah config --port 80 $CONTAINER
# 启动 httpd
buildah config --cmd "httpd -DFOREGROUND" $CONTAINER
# 将容器保存为一个镜像
buildah commit --squash $CONTAINER web-scratch 

或者,可以通过将上面的脚本传递给 Buildah 来构建镜像。注意不需要 root 权限。

$ buildah unshare bash web-scratch.sh
$ podman image ls
REPOSITORY             TAG     IMAGE ID      CREATED        SIZE
localhost/web-scratch  latest  acca45fc9118  9 seconds ago  155 MB

最后的镜像只有 155 MB!而且 攻击面 也减少了。甚至在最后的镜像中都没有安装 DNF(或者 microDNF)。

结论

构建一个比较小的容器镜像有许多优点。减少所需要的带宽、磁盘占用以及攻击面,都会得到更好的镜像。只用很少的更改来减小镜像的大小很简单。许多更改都可以在不改变结果镜像的功能下完成。

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