Dockerfile 介绍

Question

什么是 Dockerfile？

Dockerfile 是一个包含一系列指令的文本文件，用于定义一个 Docker 镜像的构建过程。这些指令告诉 Docker 如何从一个基础镜像出发，安装软件、复制文件、设置环境等，最终生成一个自定义的 Docker 镜像。

Dockerfile 的基本结构

Dockerfile 文件由一系列指令组成，每条指令执行一个任务，比如：

• FROM ：指定基础镜像。
• RUN ：运行命令来安装软件或配置环境。
• COPY/ADD ：将文件从本地复制到镜像内。
• CMD/ENTRYPOINT ：定义容器启动时执行的命令。
• ENV ：设置环境变量。
• EXPOSE ：声明容器内的端口号。
• WORKDIR ：设置工作目录。

一个简单的示例：

# 基础镜像
FROM ubuntu:20.04

# 设置环境变量
ENV LANG=C.UTF-8

# 安装必要的软件
RUN apt-get update && apt-get install -y python3 python3-pip

# 复制应用程序文件
COPY app.py /app/app.py

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 暴露端口
EXPOSE 5000

# 容器启动时运行的命令
CMD ["python3", "app.py"]

Dockerfile 的工作原理

1. 逐步构建镜像 ：Docker 使用 Dockerfile 的指令生成一个镜像，每条指令都会创建一个新的镜像层（layer）。
2. 镜像层的缓存机制 ：Docker 对每一层都进行缓存，只有当某一层发生变化时，才会重新构建该层及其之后的层，从而加快构建速度。
3. 联合文件系统（UnionFS） ：镜像的多层设计基于联合文件系统，允许镜像层以只读模式叠加，减少存储需求。
4. 最终生成镜像 ：所有层叠加后形成最终的镜像，镜像是只读的，容器启动时会在镜像之上添加一个可写层。

Dockerfile 的核心原理

1. 镜像分层 ：镜像由多个只读层组成，新增的每一层记录的是前一层的增量变化。
2. 指令触发动作 ：每条指令对应一个文件系统的变更或操作，比如复制文件、安装软件等。
3. 自动化与复用 ：通过 Dockerfile，可以实现镜像构建的自动化和重复利用。

你可以通过 docker build 命令构建镜像，例如：

docker build -f /path/to/dockerfile 文件 -t my-container-image /path/to/

总结

Dockerfile 是 Docker 自动化构建镜像的重要工具，其原理是通过分层机制和联合文件系统，将每条指令生成的变化叠加在一起，形成一个高效、灵活的镜像构建流程。

查看分层

在 Docker 中，镜像的分层信息可以通过以下几种方法查看。分层的核心思想是，每一层代表 Dockerfile 中的一条指令所生成的文件系统变更。

1. 使用 docker history 命令

docker history 命令可以列出镜像的分层信息，包括：

• 创建时间
• 大小
• 具体的 Dockerfile 指令

示例：

docker history <镜像名或镜像 ID>

输出格式：

IMAGE          CREATED         CREATED BY                                      SIZE      COMMENT
<image_id>     3 days ago      /bin/sh -c apt-get install -y python3           50MB      -
<image_id>     3 days ago      /bin/sh -c apt-get update                       5MB       -
<image_id>     3 days ago      /bin/sh -c #(nop) WORKDIR /app                  0B        -
<image_id>     3 days ago      /bin/sh -c #(nop) COPY file:abc1234 in /app/    10kB      -
<image_id>     3 days ago      FROM ubuntu:20.04                               29MB      -

• CREATED BY ：显示每一层是由哪条指令生成的。
• SIZE ：显示每一层的大小。
• IMAGE ：对应的镜像 ID（可以为空，如果是基础层）。

2. 使用 docker image inspect 命令

docker image inspect 命令提供更详细的镜像元信息，其中包括分层信息。

示例：

docker image inspect <镜像名或镜像 ID>

输出格式：

[
    {
        "Id": "sha256:...",
        "RepoTags": [
            "my-image:latest"
        ],
        "RootFS": {
            "Type": "layers",
            "Layers": [
                "sha256:12345...",
                "sha256:67890...",
                "sha256:abcde..."
            ]
        },
        ...
    }
]

• RootFS -> Layers ：列出了镜像的每一层的哈希值。
• 这些哈希值对应的是每一层的具体内容，可以与镜像缓存机制关联。

3. 使用第三方工具查看分层

如果想直观地查看镜像的每一层及其内容，可以使用一些可视化工具，如：

1. Dive ：
   • Dive 是一个开源工具，用于分析 Docker 镜像的分层，并显示每一层的文件变更。
   • 安装 ：

     brew install dive  # macOS
     apt install dive   # Ubuntu
     

   • 使用 ：

     dive <镜像名或镜像 ID>
     

   • 功能 ：
     • 直观查看每一层的文件系统变化。
     • 分析镜像中哪些文件占用空间，优化镜像大小。
2. Container-diff ：
   • Google 开发的工具，用于比较 Docker 镜像之间的差异，包括分层和文件变化。

4. 手动查看分层文件内容

在 Docker 的存储引擎中，镜像层实际存储在宿主机上的一个文件夹中，路径因存储驱动不同而异。以下是常见路径：

• 默认路径 ： /var/lib/docker/
• 分层目录 ：
  • 对于 overlay2 驱动： /var/lib/docker/overlay2/
  • 每一层的数据存储在该目录下。

注意：

直接查看文件层次适用于高级用户，一般情况下不推荐手动修改这些文件。

 

1. 使用 docker history 查看每一层的指令和大小。
2. 使用 docker image inspect 查看镜像的分层哈希。
3. 使用工具（如 Dive）直观查看和优化分层。
4. 通过文件系统查看原始数据（不建议手动操作）。

指令含义

基础指令

1. FROM
   指定基础镜像，必须是 Dockerfile 的第一条指令（除非使用 ARG 定义构建时变量）。

   FROM ubuntu:20.04
   

2. RUN
   在构建镜像时运行命令。通常用于安装依赖、配置环境等。

   RUN apt-get update && apt-get install -y curl
   

3. CMD
   指定容器启动时运行的默认命令或脚本。如果镜像中没有提供其他命令，容器启动时会运行该指令。

   CMD ["echo", "Hello World"]
   

4. ENTRYPOINT
   配置容器的主进程（可执行文件）。通常与 CMD 配合使用以添加默认参数。

   ENTRYPOINT ["python", "app.py"]
   

5. COPY
   将本地文件复制到镜像中。

   COPY . /app
   

6. ADD
   类似 COPY ，但支持自动解压压缩文件和从 URL 下载文件。

   ADD https://example.com/file.tar.gz /data/
   

7. WORKDIR
   设置后续指令的工作目录。

   WORKDIR /app
   

8. EXPOSE
   声明容器监听的网络端口。

   EXPOSE 8080
   

9. ENV
   设置环境变量。

   ENV APP_ENV=production
   

10. ARG
    定义构建时的变量。

    ARG VERSION=1.0
    

11. VOLUME
    定义挂载点，以便持久化数据。

    VOLUME /data
    

12. USER
    指定运行容器的用户。

    USER nonrootuser
    

13. ONBUILD
    定义触发器指令，仅在从此镜像构建其他镜像时运行。

    ONBUILD RUN echo "This is a parent image"
    

14. LABEL
    添加元数据到镜像中。

    LABEL maintainer="you@example.com"
    

15. SHELL
    修改默认的 shell 环境（如 sh 或 bash ）。

    SHELL ["powershell", "-Command"]
    

扩展功能指令

1. HEALTHCHECK
   配置容器健康检查指令。

   HEALTHCHECK --interval=30s CMD curl -f http://localhost/ || exit 1
   

2. STOPSIGNAL
   指定容器停止时发送的系统信号。

   STOPSIGNAL SIGKILL
   

3. MAINTAINER (已弃用，使用 LABEL 替代)
   设置镜像的维护者信息。

   MAINTAINER yourname@example.com
   

常见组合

• CMD 和 ENTRYPOINT 配合：

  ENTRYPOINT ["python"]
  CMD ["app.py"]
  

• 使用 ARG 配置版本：

  ARG APP_VERSION=1.0
  ENV VERSION=$APP_VERSION
  

• 使用 COPY 和 WORKDIR 构建项目：

  WORKDIR /app
  COPY . .
  RUN npm install
  

完整的 Dockerfile 指令及其说明可以在以下几个网站上找到：

Docker 官方文档
Docker 官方提供了权威的 Dockerfile 指令参考，包括每个指令的用法和示例： Dockerfile Reference

CMD 和 ENTRYPOINT 区别

CMD 和 ENTRYPOINT 是 Dockerfile 中用于指定容器启动时执行的命令，但它们的功能和用法有所不同。以下是它们的主要区别和使用场景：

1. 基本区别

特性	CMD	ENTRYPOINT
目的	为容器提供 默认命令 ，可以被运行时覆盖。	定义容器的 固定入口点 ，通常不可轻易覆盖。
覆盖性	在运行容器时，命令行参数可以直接 替换 CMD。	在运行容器时，命令行参数会被 附加到 ENTRYPOINT 后面 。
灵活性	灵活，可以让用户在运行时轻松指定新命令。	更适合固定功能的应用程序（如服务或脚本）。

2. 用法比较

CMD 示例

FROM ubuntu:20.04

# CMD 定义默认命令
CMD ["echo", "Hello, World!"]

运行容器：

docker run my-image

输出：

Hello, World!

如果运行时指定新命令：

docker run my-image ls

输出：

<当前目录文件列表>

• 覆盖性 ：运行时的 ls 替换了 CMD 的默认命令。

ENTRYPOINT 示例

FROM ubuntu:20.04

# ENTRYPOINT 定义固定入口点
ENTRYPOINT ["echo"]

运行容器：

docker run my-image Hello

输出：

Hello

如果运行时指定新参数：

docker run my-image "Hello, Docker!"

输出：

Hello, Docker!

• 附加性 ：运行时的参数被附加到 ENTRYPOINT 后面。

3. CMD 和 ENTRYPOINT 结合使用

可以在一个 Dockerfile 中同时使用 ENTRYPOINT 和 CMD ，它们的组合方式如下：

FROM ubuntu:20.04

# 定义固定的入口点
ENTRYPOINT ["echo"]

# 定义默认参数
CMD ["Hello, World!"]

运行容器：

docker run my-image

输出：

Hello, World!

运行容器时覆盖参数：

docker run my-image "Hello, Docker!"

输出：

Hello, Docker!

原理 ：

• CMD 只在没有运行时参数时才会生效，作为 ENTRYPOINT 的默认参数。

4. 覆盖 ENTRYPOINT 的方法

如果需要在运行时临时覆盖 ENTRYPOINT ，可以使用 --entrypoint 参数：

docker run --entrypoint /bin/bash my-image

5. 使用建议

• 使用 CMD ：
  • 用于提供容器的默认命令，但允许用户在运行时轻松替换。
  • 适用于通用镜像（如基础镜像）。
• 使用 ENTRYPOINT ：
  • 用于定义固定功能的容器，例如服务或脚本。
  • 适合需要强制执行特定命令逻辑的场景。
• 两者结合 ：
  • 当固定的命令需要配合默认参数时，使用 ENTRYPOINT + CMD 。
  • 例如： ENTRYPOINT 定义工具或服务， CMD 提供默认参数。

总结

• CMD 是默认命令，可被覆盖。
• ENTRYPOINT 是入口点，默认固定，但可附加参数。
• 根据镜像的用途和灵活性需求选择合适的指令。