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【提效】docker镜像构建优化-提速10倍

阿里开发者  · 公众号  · 科技公司  · 2024-11-13 08:30

正文

阿里妹导读


本文主要记录了自己通过查阅相关资料,一步步排查问题,最后通过优化Docerfile文件将docker镜像构建从十几分钟降低到1分钟左右,效率提高了10倍左右。

一、概述

最近在开发python应用程序,在部署应用的时候发现构建镜像过程十分缓慢,极大影响开发效率。既然遇到了问题就不要逃避,而应该尝试解决一下。本文主要记录了自己通过查阅相关资料,一步步排查问题,最后通过优化Docerfile文件将docker镜像构建从十几分钟降低到1分钟左右,效率提高了10倍左右。

本文通过如下几个部分进行介绍:

  • 现状:简单介绍一下未优化前的情况;
  • 优化效果:简单介绍优化后的情况;
  • 分析过程:介绍如何分析镜像构建存在的问题;
  • 优化过程:介绍如何通过优化Dockerfile提高镜像构建效率;
  • 优化总结:最后总结镜像构建的几个优化方法;

通过本文的学习,你将有如下收获:

1.了解镜像构建优化的过程。

2.了解一些常用的镜像构建优化的技巧。

二、优化前效果



未优化前可以看到镜像构建耗时16分钟,构建完成后镜像大小约8G,使用的Dockerfile文件如下:

FROM reg.docker.alibaba-inc.com/aci-images/python-service:3.8.0-63928922
# init folderRUN mkdir -p /home/admin/logs && mkdir -p /home/admin/bin && mkdir -p /home/admin/conf && mkdir -p /home/admin/nginx && mkdir -p /home/admin/.maxhub/env_helper_util/zeta-local-env
# install zetaRUN pushd /home/admin/.maxhub/env_helper_util/zeta-local-env && \ wget https://artifacts.antgroup-inc.cn/artifact/repositories/softwares-common/antcode/zeta/0.7.9/zeta-linux-amd64-0.7.9.sh -O zeta-release.sh && \ chmod +x zeta-release.sh && \ ./zeta-release.sh --prefix=/usr/local && \ popd
# init env and install softwareCOPY conf/docker/build.yaml /root/RUN python3.10 -m pip install -U antimgbuilder -i https://pypi.antfin-inc.com/simple && \ python3.10 -m antimgbuilder --config-file /root/build.yaml
# copy source file# COPY --chown=admin:admin mydemo /home/admin/release/mydemoCOPY --chown=admin:admin aml_core /home/admin/release/aml_coreCOPY --chown=admin:admin backend /home/admin/release/backend
# install requirements.txtCOPY --chown=admin:admin requirements.txt /home/admin/release/RUN python3.10 -m venv /home/admin/run && \ . /home/admin/run/bin/activate && \ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple-remote --upgrade pip &&\ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple -r /home/admin/release/requirements.txt
# copy scriptsCOPY --chown=admin:admin conf/docker/scripts/admin /home/adminCOPY --chown=admin:admin conf/nginx /home/admin/nginx
# 最后确保admin目录下文件权限RUN chown admin:admin -R /home/admin
RUN chmod a+xw /home/admin/bin/fetch_ollama.sh /tmp


三、优化后效果



优化后可以看到镜像构建时间为1分钟左右,镜像大小约5G,使用的Dockerfile如下:

# 第一阶段:下载依赖FROM reg.docker.alibaba-inc.com/antfin-sqa/amlregservermodel-dev:20241016125401_b0296dab as builder
# install requirements.txtCOPY --chown=admin:admin requirements.txt /home/admin/release/RUN python3.10 -m venv /home/admin/run && \ . /home/admin/run/bin/activate && \ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple-remote --upgrade pip &&\ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple -r /home/admin/release/requirements.txt --no-cache-dir

# 第二阶段:构建应用程序镜像FROM reg.docker.alibaba-inc.com/aci-images/python-service:3.8.0-63928922
# init folderRUN mkdir -p /home/admin/logs && mkdir -p /home/admin/bin && mkdir -p /home/admin/conf && mkdir -p /home/admin/nginx && mkdir -p /home/admin/.maxhub/env_helper_util/zeta-local-env
# install zetaRUN pushd /home/admin/.maxhub/env_helper_util/zeta-local-env && \ wget https://artifacts.antgroup-inc.cn/artifact/repositories/softwares-common/antcode/zeta/0.7.9/zeta-linux-amd64-0.7.9.sh -O zeta-release.sh && \ chmod +x zeta-release.sh && \ ./zeta-release.sh --prefix=/usr/local && \ rm -f zeta-release.sh && \ popd
# install virtualenv and uvicornRUN python3.10 -m venv /home/admin/run && \ . /home/admin/run/bin/activate && \ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple-remote --upgrade pip &&\ python3.10 -m pip install -i https://pypi.antfin-inc.com/simple uvicorn --no-cache-dir
# init env and install softwareCOPY conf/docker/build.yaml /root/RUN python3.10 -m pip install -U antimgbuilder -i https://pypi.antfin-inc.com/simple && \ python3.10 -m antimgbuilder --config-file /root/build.yaml

# copy scriptsCOPY --chown=admin:admin conf/docker/scripts/admin /home/adminCOPY --chown=admin:admin conf/nginx /home/admin/nginxCOPY --chown=admin:admin aml_core /home/admin/release/aml_core
RUN chmod a+xw /home/admin/bin/fetch_ollama.sh /tmp
# 从第一阶段复制下载的依赖到第二阶段COPY --from=builder /home/admin/run/lib/python3.10/site-packages/ /home/admin/run/lib/python3.10/site-packages/
# copy source fileCOPY --chown=admin:admin backend /home/admin/release/backend


四、分析过程


4.1. 镜像构建耗时分析

分析优化前的镜像构建构成,找到最耗时的阶段,进入镜像构建任务详情页:



点击 image-build-3 找到耗时最长的指令:



可以看到在指令:
COPY --chown=admin:admin conf/docker/scripts/admin /home/admin

的前一步耗时达到了 10 分钟左右,对照着 Dockerfile 文件可以看到,是下面下载依赖比较耗时。



由于构建出来的镜像比较大,导致推送镜像耗时约:4分钟



镜像构建耗时分析总结:

1.从构建的日志中可以看到是下载依赖比较耗时约:10 分钟。
2.并且前面的指令缓存失效, 则随后指令构建的镜像都不再使用缓存导致耗时增加。

3.构建出来的镜像比较大,导致推送镜像耗时约:4分钟。


4.2. 镜像构建体积较大分析

从前面的Dockfile文件中可以看到,使用的基础镜像是:

reg.docker.alibaba-inc.com/aci-images/python-service:3.8.0-63928922,拉取该镜像,查看基础镜像的体积:



可以看到该镜像的大小是:2.33G

我们进入Docker容器,查看下载依赖的大小以及缓存的大小,下载依赖的缓存目录一般是 /root/.cache/pip:



镜像构建体积较大分析总结:

1.基础镜像体积较大:2.33G。

2.安装的依赖较大,并且下载依赖时默认开启了缓存,导致占用更多的内存空间约:3.1G(包括下载的依赖和缓存占用:2.6G + 729M )。

为什么使用 pip install 安装依赖时没有添加 --no-cache-dir 参数会导致占用的内存更多?

如果在使用 pip install 安装依赖时没有添加 --no-cache-dir 参数,会导致缓存目录中的文件不断增加,占用更多的内存空间。每次使用 pip install 安装依赖时,pip 会默认将下载的依赖包保存在缓存目录 /root/.cache/pip 中,如果没有添加 --no-cache-dir 参数,pip 会在安装依赖时从缓存目录中检查已有的依赖包,如果有相同的包就会直接使用缓存中的包,而不是重新下载。因此,随着时间的推移,缓存目录中会存放越来越多的依赖包,占用更多的内存空间。

为了避免占用更多的内存空间,可以在使用 pip install 安装依赖时添加 --no-cache-dir 参数,这样将禁用缓存,使得每次安装依赖都会重新下载依赖包,从而避免占用更多的内存空间。


4.3. 使用 docker history 分析

接下来我们使用 docker history 进行分析。

docker history :用于查看 Docker 镜像的构建历史,显示每一层的提交信息,包括镜像 ID、创建人、创建时间和指令。这个命令可以帮助用户理解镜像是如何构建的,了解每个操作对镜像大小的影响,以及对镜像进行优化和精简。通过查看镜像的构建历史,用户可以更好地理解和管理镜像,提高镜像的性能和安全性。

下载镜像到本地或者在本地构建未优化的Dockerfile镜像,使用下面的命令构建镜像:

docker build -f conf/docker/Dockerfile  -t amlservermodel:latest .
使用下面的命令分析镜像,可以看到各个操作对镜像大小的影响如下:
docker history amlservermodel:latest


使用 docker history 分析镜像总结,占用镜像体积较大的两个层是:

1.下载依赖占用约:3.18G(包括下载的依赖和缓存)。

2.给目录设置权限:

在构建docker镜像时,Dockerfile文件中使用指令:RUN chown admin:admin -R /home/admin,为什么会导致镜像体积变大?

这条指令会导致镜像体积变大的原因是,每一条指令在Dockerfile中都会创建一个新的镜像层。当在Dockerfile中使用RUN chown命令时,会创建一个新的镜像层,其中包含了文件权限的更改。这意味着原本的文件和目录仍然存在于之前的镜像层中,而新的镜像层只是在其基础上进行了更改。因此,即使在新的镜像层中删除了一些文件或更改了文件权限,但之前的镜像层仍然包含了这些文件,导致镜像体积变大。

为了避免镜像体积变大,可以在Dockerfile中尽量减少使用RUN指令,或者在同一条RUN指令中一次性执行多个操作,以减少创建的镜像层数。也可以在构建镜像的过程中清理不必要的文件和缓存,以减小镜像的体积。

五、优化过程


5.1. 优化方案

在进行优化之前,我们需要了解一些docker镜像的构建原则:

5.1.1. 动静分离原则

我们应该把变化最少的部分放在 Dockerfile 的前面,这样可以充分利用镜像缓存。

1.每条指令只要前面的指令缓存失效, 则随后指令构建的镜像都不再使用缓存。

2.对应COPY和ADD文件会检验文件的校验和, 如果发现改变则缓存失效。

5.1.2. 多阶段构建

Docker多阶段构建镜像的原理是利用多个Docker容器来处理不同的构建阶段,并将最终构建产物传递给下一个容器。每个阶段可以定义自己的基础镜像、依赖和构建执行环境,使得镜像的构建过程更加灵活和高效。

多阶段构建镜像可以降低最终镜像的体积的原因包括以下几点:

1.优化构建产物:多阶段构建可以在不同的阶段处理不同的构建任务,比如编译、打包、测试等,从而避免将构建产物暴露给最终镜像,减小了最终镜像的体积。

2.移除构建环境:多阶段构建可以将构建时用到的工具、依赖等移除,只将必要的产物传递到最终镜像中,避免了构建环境对最终镜像的影响,减小了最终镜像的体积。

3.优化基础镜像:多阶段构建可以根据需要选择不同的基础镜像,每个阶段可以选择适合自己需求的基础镜像,从而避免了不必要的依赖和工具被打包到最终镜像中,减小了最终镜像的体积。

综上所述,多阶段构建镜像可以将构建过程分解成多个阶段,根据需要进行优化,避免了不必要的依赖和工具被打包到最终镜像中,从而降低了最终镜像的体积。


5.2. 优化分析

通过前面的分析,我们做出如下优化:

5.2.1. 构建耗时优化

通过多阶段构建的方式,可以并行的处理不同阶段的构建,只将必要的产物传递到最终镜像,为了提高下载依赖的效率,我们还可以将项目中使用的依赖提前下载好,构建在第一阶段或者基础镜像中,避免每次重新下载全部依赖。我的优化方案如下:

使用多阶段构建,第一阶段下载依赖,第二阶段构建应用程序镜像。

对于第一阶段下载依赖,我将应用程序需要的依赖构建在基础镜像中,避免重新下载全部依赖,如果依赖文件 requirements.txt有变化,则会重新下载依赖,并且和第二阶段的构建是并行进行,任然是可以提高构建效率的,我的修改如下:



最后将下载的依赖从第一阶段复制到第二阶段,因为应用程序会频繁修改,所以将应用程序的代码放在了Dockerfile文件的最后,将不经常变化的内容放在Dockerfile文件前面,可以充分利用镜像的缓存提高效率,修改后的Dockerfile文件如下:



我们查看优化后的构建过程如下:



5.2.2. 镜像体积优化

针对前面的分析,当前案例中镜像体积较大的原因有如下几点:

1.基础镜像较大;
2.安装的依赖较大,并且开启了缓存;
3.使用RUN chown 指令导致镜像较大;

4.由于镜像构建中发现有很多指令,构建了很多层,导致镜像体积变大;

针对的优化方案

1.基础镜像较大我们可以选择较小的基础镜像,可以在 蚂蚁的基础镜像中查找对应的基础镜像;
2.安装依赖时使用 pip install --no-cache-dir 关闭缓存;
3.移除 RUN chown指令,因为在这里可以针对特定的文件或者文件夹指定就行,不需要对所有的目录修改权限;

4.合并多个RUN指令,减少镜像的层数,进而减少镜像的体积;

最后通过针对性的优化,镜像体积减小到原来的一半,本来想找一个体积更小的基础镜像,但是在基础镜像库中没有找到合适的版本,并且通过前面的一系列优化,镜像的构建时间以及可以达到秒级了,所以后续有需要再自定义一个合适的基础镜像。

六、构建缓存失效

构建镜像时,Docker 会逐步执行 Dockerfile 中的指令,并按指定的顺序执行每条指令。对于每条指令, 构建器都会检查是否可以重用构建缓存中的指令。


6.1. 一般规则

构建缓存失效的基本规则如下:

  • 构建器首先检查基础镜像是否已缓存。随后的每个指令都会与缓存的层进行比较,如果没有缓存的层与指令完全匹配,则缓存将失效。
  • 在大多数情况下,将 Dockerfile 指令与相应的缓存层进行比较就足够了,但是有些指令需要额外的检查和解释。
  • 对于ADDCOPY指令以及RUN带有绑定挂载的指令(RUN --mount=type=bind),构建器会根据文件元数据计算缓存校验和,以确定缓存是否有效。在缓存查找期间,如果涉及的任何文件的文件元数据发生更改,则缓存将失效。计算缓存校验和时不考虑文件的修改时间(mtime),如果只有复制的文件的 mtime发生了更改,则缓存不会失效。
  • 除了ADDCOPY命令之外,缓存检查不会查看容器中的文件来确定缓存匹配。例如,在处理命令时,RUN apt-get -y update不会检查容器中更新的文件来确定是否存在缓存命中。在这种情况下,只使用命令字符串本身来查找匹配项。

一旦缓存失效,所有后续的 Dockerfile 命令都会生成新的图像,并且不会使用缓存。

如果构建的镜像包含多个层,并且想要确保构建缓存可重复使用,请尽可能按从更改频率较低的顺序排列指令。


6.2. RUN 指令

指令缓存RUN不会在构建之间自动失效。假设您的 Dockerfile 中有一步要安装curl:

FROM alpine:3.20 AS installRUN apk add curl
这并不意味着curl在镜像中的版本始终是最新的,一周后重建镜像仍将获得与之前相同的软件包,如果要强制重新执行该RUN指令,可以:
  • 确保之前的一个层已经改变;
  • 使用以下方法在构建之前清除构建缓存 docker builder prune
  • 使用--no-cache--no-cache-filter选项;

--no-cache-filter选项允许您指定特定的构建阶段以使缓存无效:

$ docker build --no-cache-filter install .
如果要使RUN指令的缓存失效,可以传递一个构建参数,该参数带有变化的值,构建参数确实会导致缓存失效,因为RUN指令是使用命令字符串本身来查找匹配缓存的。

七、优化总结

要对镜像进行优化和精简,你可以采取以下步骤:

1.使用多阶段构建:使用多阶段构建可以减少镜像的大小,因为你可以在不同的镜像中执行不同的构建步骤,并在最终镜像中只保留必要的文件和依赖。
2.清理不需要的文件和依赖:在Dockerfile中,你可以使用一系列命令来清理不需要的文件和依赖,例如使用rm命令删除不需要的文件,使用--no-cache选项来清理缓存等。
3.使用轻量的基础镜像:选择一个轻量的基础镜像作为你的镜像的基础,这样可以减少镜像的大小。
4.合并镜像层:在Dockerfile中,你可以使用多个命令来合并多个操作,这样可以减少镜像的层数和大小。

5.我们应该把变化最少的部分放在 Dockerfile 的前面,将经常变化的内容放在最后面,这样可以充分利用镜像缓存。

通过以上步骤,你可以对镜像进行优化和精简,减少其大小并提高性能。

Dockerfile 编码规约:

规约项

Level

说明

Dockerfile指令不应超过20条

WARN

层数过多

不应该超过3条连续RUN命令

WARN

层数过多

CMD/ENTRYPOINT/EXPOSE/LABEL指令位置应在COPY/RUN之前

INFO

动静分离原则

RUN 指令应在COPY主包指令之前

ERROR

动静分离原则

RUN yum指令后应以yum clean all收尾

WARN

最小原则

RUN pip install应该加--no-cache-dir参数

ERROR

最小原则

RUN npm install指令应加--no-cache参数

ERROR

最小原则

单层镜像最大的编译时间不应超过80秒

WARN

构建效率过低

单层镜像体积不应超过500M

WARN

最小原则

构建时发生变化的层不应该超过3层

INFO

动静分离

base镜像体积不应超过2G

WARN

最小原则

最后在网上找到一些其他的优化手段,在这里汇总一下:
  • 编写.dockerignore 文件

  • 容器只运行单个应用

  • 将多个 RUN 指令合并为一个

  • 基础镜像的标签不要用 latest

  • 每个 RUN 指令后删除多余文件

  • 选择合适的基础镜像(alpine 版本最好)

  • 设置 WORKDIR 和 CMD

  • 使用 ENTRYPOINT (可选)

  • 在 entrypoint 脚本中使用 exec

  • COPY 与 ADD 优先使用前者

  • 合理调整 COPY 与 RUN 的顺序

  • 设置默认的环境变量,映射端口和数据卷

  • 使用 LABEL 设置镜像元数据

  • 添加 HEALTHCHECK

参考文档

Building best practices:https://docs.docker.com/build/building/best-practices/