了解 Docker build 指令

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前十天，我們使用 Docker 官方的 image 作為執行指令或開服務的環境，以這個角度來介紹 Docker 可以如何使用。接下來十天，將介紹如何建置自定義 image。

Docker image 基本概念

最開始，得先了解 Docker image 的基本概念。首先最基本的，Docker 是採用 Union 檔案系統（簡稱 UnionFS）來儲存 image。

UnionFS 的特色如下：

  1. 分層式的檔案系統
  2. 支援把「檔案系統的修改」作為 commit，讓多個 commit 一層層堆疊
  3. 支援把多個目錄掛載到同一個虛擬檔案系統下

Docker 是如何利用 UnionFS 的呢？我們來做點小實驗就會知道了。

首先一樣拿 BusyBox 來實驗，首先先照下面的指令執行：

# Terminal 1
docker run --rm -it --name some busybox

# 進去建立一些檔案
echo new commit > file
cat file

# Terminal 2，commit 檔案系統成為新的 image
docker commit some myimage

# 執行新的 image
docker run --rm -it --name new myimage

# 檢查剛剛建立的檔案是否存在
cat file

這裡有個新指令 docker commit，它可以把 container 上對檔案系統的修改 commit 成新的 image。

  • 參數 some 為 container 名稱
  • 參數 myimage 為 commit 完成後的 image 名稱
  • commit 後會產生一個 sha256 digest

還記得三個主要元件的特性嗎？image 因為有 digest，所以是不可修改的；container 是可以執行且可讀可寫，所以上面會有對檔案系統的修改。

Container 原本是疊在 BusyBox 上的讀寫層，當下了 docker commit 後，container 的修改內容會變成了不可修改的 image，而原本的 BusyBox 因為不可修改的特性，所以它依然可以拿來 run container，不會因此而消失。

接著來看一個範例，如果讀者有實驗過的話，會發現很多 image 都沒有內建 Vim。的確大多數情境是不需要，但還是希望有個內建 Vim 比較方便。沒關係，今天就來做一個 Vim image：

# Terminal 1
docker run --rm -it --name some alpine

# 進去確認並安裝 Vim
apk add --no-cache vim

# Terminal 2
docker commit some vim

# 執行新的 vim image
docker run --rm -it --name new vim

# 執行剛剛安裝好的 vim
vim

照上面的範例執行完後，先恭喜大家，我們成功基於 Alpine 上做出一個內建 Vim 的 image 了。從這兩個簡單的範例，相信讀者已經了解「分層式的檔案系統」的基本樣貌，以及如何運用 docker commit 來建立自己要的 image。

接著再繼續延伸下去思考：因多個 container 可以基於同一個 image，所以多個 image 基於同個 image 也是可行的，這樣的設計可以減少非常多空間浪費。而「多個目錄掛載到同一個虛擬檔案系統下」這個特點，其實就是之前說明的使用 volume 同步程式。

Dockerfile 與 docker bulid 指令

啟動並進入 container 做建置後，再使用 docker commit 的方法，雖然可以完成客製化 image 的需求，但這並不是 Docker 官方建議的做法，最主要的原因是，建置過程無法記錄與自動化建置，這會造成我建的 image 跟你建的 image 有可能會不一樣。因此 Docker 另外設計了 Dockerfile 來描述與執行自動化建置。

在說明之前，我們先整理一下 image 和 container 之間轉換的關係：

  • 使用 docker run 可由 image 產生 container。這個在一開始介紹三個主要元件的時候有提到
  • 使用 docker commit 可由 container 產生 image。這個指令是今天一開始提到的

Dockerfile 的原理很單純，裡面可以描述 RUN 指令，完成後立即 commit，簡單來說就是不斷執行 run & commit。還是用範例做說明，以剛剛 Vim image 為例，可以先建立 Dockerfile 內容如下：

FROM alpine

RUN apk add --no-cache vim

接著執行 docker build 指令：

# Build 一個新的 image，完成後 tag 為 vim
docker build -t vim .

# 使用新的 image 執行 container
docker run --rm -it --name new vim

跟使用 docker commit 比起來，改用 Dockerfile 後，建置 image 的指令變得非常地簡單，而且 Dockerfile 是純文字檔，可以簽入版本控制。

再來我們觀察裡面幾個訊息，docker build 會把 Dockerfile 拆解成一行一行指令，它的第一個指令是 FROM，指的是要從哪個 image 為基底開始建置，範例的 a24bb4013296 即為 Alpine image 的 digest。

Step 1/2 : FROM alpine
 ---> a24bb4013296

接著第二步是執行 RUN 指令，後面接的是安裝 Vim 的指令 apk add --no-cache vim。

Step 2/2 : RUN apk add --no-cache vim
 ---> Running in 4d5e354483b8
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.12/main/x86_64/APKINDEX.tar.gz
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.12/community/x86_64/APKINDEX.tar.gz
(1/5) Installing xxd (8.2.0735-r0)
(2/5) Installing lua5.3-libs (5.3.5-r6)
(3/5) Installing ncurses-terminfo-base (6.2_p20200523-r0)
(4/5) Installing ncurses-libs (6.2_p20200523-r0)
(5/5) Installing vim (8.2.0735-r0)
Executing busybox-1.31.1-r16.trigger
OK: 35 MiB in 19 packages
Removing intermediate container 4d5e354483b8
 ---> f17e5e8e4781

這裡可以看到 Running in 4d5e354483b8，因為是 running 關鍵字，所以 4d5e354483b8 指的正是 CONTAINER ID。在安裝完成後會將 container commit，範例的 digest 是 f17e5e8e4781，接著會把 container 移除。

最後完成的訊息，會提醒 tag 名與 commit digest：

Successfully built f17e5e8e4781
Successfully tagged vim:latest

在建置 image 完成後，中間任一 commit 還是可以拿來做為 image 使用。但單靠 digest 資訊，是無法找到想要的 image，因此 Docker image 有提供一個功能叫 tag，它可以在 commit 上標上有意義的文字，如 debian、php、node、wordpress 等，甚至是額外的版本資訊，如 php:7.2、php:7.3 等。而沒有 tag 資訊的時候，預設則會代 latest，如 vim 與 vim:latest 是相同的。

所以從範例和說明可以知道，下面這三個指令的結果是一模一樣的：

docker run --rm -it --name new vim
docker run --rm -it --name new vim:latest
docker run --rm -it --name new f17e5e8e4781

今日自我回顧

Docker 可以先建立 Debian image，再從 Debian 上安裝 PHP 與 node.js。其中 PHP 上的 Wordpress 非常多人使用，因此為它建立一個專用的 image。

上述過程的示意圖如下：

從這個示意圖可以發現，PHP 與 node.js 的 image 有共用到 Debian 的 image 內容。因 docker pull 是把 commit 各別下載的，所以如何在下載 image 時，先下載 PHP 再下載 node.js，剛好又遇到有共用 image 的話，它會有段訊息會提醒使用者 commit 已下載完成。

今天先有這些基本概念，明天就要正式為自己的服務建置 image 了

  • 了解 UnionFS，以及它能做到什麼事
  • 了解 image 與 container 之間的關係
  • 練習 docker build 與 Dockerfile
  • 練習 docker commit