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構建Golang應用最小Docker鏡像的實現
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我通常使用docker運行我的 golang 程序，在這里分享一下我構建 docker 鏡像的經驗。我構建 docker 鏡像不僅優化構建后的體積，還要優化構建速度。

示例應用

首先貼出代碼例子，我們假設要構建一個 http 服務

package main

import (
 "fmt"
 "net/http"
 "time"

 "github.com/gin-gonic/gin"
)

func main() {
 fmt.Println("Server Ready")
 router := gin.Default()
 router.GET("/", func(c *gin.Context) {
 c.String(200, "hello world, this time is: "+time.Now().Format(time.RFC1123Z))
 })
 router.GET("/github", func(c *gin.Context) {
 _, err := http.Get("https://api.github.com/")
 if err != nil {
  c.String(500, err.Error())
  return
 }
 c.String(200, "access github api ok")
 })

 if err := router.Run(":9900"); err != nil {
 panic(err)
 }
}

說明：

  • 這里選擇 Gin 作為例子，是為了演示我們有第三方包條件下要優化構建速度
  • main函數第一行打印了一行字，為了演示后面啟動時遇到的一個坑
  • 跟路由打印了時間，為了演示后面遇到的關于時區的坑
  • 路由 github 嘗試訪問 https://api.github.com，為了演示后面遇到的證書坑

這里我們可以先試一試構建后包的體積

$ go build -o server
$ ls -alh | grep server
-rwxrwxrwx 1 eyas eyas 14.6M May 29 10:26 server

14.6MB，這是一個http服務的 hello world，當然這是因為使用了 gin ，所以有些大，如果用標準包 net/http 寫的 hello world，體積大概是接近 7 MB

Dockerfile 的進化

版本一，初步優化

先看看第一個版本

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

說明：

  • 選擇 golang:1.14-alpine 作為編譯環境，是因為這是體積最小的golang編譯環境
  • 設置 GOPROXY 是為了提升構建速度
  • 先復制 go.mod 和 go.sum ，然后 go mod download，是為了防止每次構建都會重新下載依賴包，利用docker構建緩存提升構建速度
  • go build 時加上 -ldflags "-s -w" 去除構建包的調試信息，減小go構建后程序體積，大概能減小 1/4 吧
  • 使用了多階段構建，也就是 FROM XXX as xxx ，在構建程序包的時候，使用帶編譯環境的鏡像去構建，運行的時候其實完全不需要go的編譯環境，所以在運行階段使用docker的空鏡像 scratch 去運行。這部是減小鏡像體積最有效的方法了。

好了，下面開始構建鏡像

$ docker build -t server .
...
Successfully built 8d3b91210721
Successfully tagged server:latest

到了這一步，構建成功，看看鏡像大小

$ docker images
server     latest     8d3b91210721   1 minutes ago    11MB

11MB，還行，現在運行一下

$ docker run -p 9900:9900 server
standard_init_linux.go:211: exec user process caused "no such file or directory"

發現啟動報錯了，而且main函數的第一行打印語句都沒有出現，所以整個程序完全沒有運行。錯誤原因是缺少庫依賴文件。這其實是構建的 go 程序還依賴底層的 so 庫文件，不信可以在物理機編譯后看看它的依賴

$ go build -o server
$ ldd server
    linux-vdso.so.1 (0x00007ffcfb775000)
    libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0 (0x00007f9a8dc47000)
    libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f9a8d856000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f9a8de66000)

這是不是跟我們的認知有點出入呢，說好無依賴的呢，結果還是有幾個依賴庫文件呢，雖然這幾個依賴都是最底層的，一般操作系統都會有，可誰叫我們選了 scratch，這個鏡像里面除了linux內核以外真的什么都沒了。

這是因為go build 是默認啟用 CGO 的，不信你可以試試這個命令 go env CGO_ENABLED，在 CGO 開啟情況下，無論代碼有沒有用CGO，都會有庫依賴文件，解決方法也很簡單，手動指定關閉CGO就行，而且包體積并不會增加哦，還會減少呢

$ CGO_ENABLED=0 go build -o server
$ ldd server
    not a dynamic executable

版本二，解決運行時報錯

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
-RUN go build -ldflags "-s -w" -o server
+RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

改動點: go build 前加了 CGO_ENABLED=0

$ docker build -t server .
...
Successfully built a81385160e25
Successfully tagged server:latest
$ docker run -p 9900:9900 server
[GIN-debug] GET  /             --> main.main.func1 (3 handlers)
[GIN-debug] GET  /github          --> main.main.func2 (3 handlers)
[GIN-debug] Listening and serving HTTP on :9900

正常啟動了，我們訪問一下試試，訪問之前看看當前時間

$ date
Fri May 29 13:11:28 CST 2020

$ curl http://localhost:9900    
hello world, this time is: Fri, 29 May 2020 05:18:28 +0000

$ curl http://localhost:9900/github
Get "https://api.github.com/": x509: certificate signed by unknown authority

發現有問題

  • 當前系統時間是 13:11:28 ，但是根據由顯示的時間是 05:11:53，其實是docker 容器內的時區不對，默認是 0 時區，可是我們國家是 東8區
  • 嘗試訪問 https://api.github.com/ 這是 https 站點，報證書錯誤

解決問題

  • 在容器放置根證書
  • 設置容器時區

版本三，解決運行環境時區與證書問題

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
+RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories  \

+ apk add --no-cache ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server

FROM scratch as runner
+COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
+COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

在 builder 階段，安裝了 ca-certificates tzdata 兩個庫，在runner階段，將時區配置和根證書復制了一份

$ docker build -t server .
...
Successfully built e0825838043d
Successfully tagged server:latest
$ docker run -p 9900:9900 server
[GIN-debug] GET  /             --> main.main.func1 (3 handlers)
[GIN-debug] GET  /github          --> main.main.func2 (3 handlers)
[GIN-debug] Listening and serving HTTP on :9900

訪問一下試試

$ date
Fri May 29 13:27:16 CST 2020

$ curl http://localhost:9900    
hello world, this time is: Fri, 29 May 2020 13:27:16 +0800

$ curl http://localhost:9900/github
access github api ok

一切正常了，看看當前鏡像大小

$ docker images
server     latest     e0825838043d   9 minutes ago    11.3MB

才 11.3MB，已經很小了，但是，還可以更小，就是把構建后的包再壓縮一次

版本四，進一步減小體積

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories  \

- apk add --no-cache ca-certificates tzdata
+ apk add --no-cache upx ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
-RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server
+RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server \

+ upx --best server -o _upx_server  \

+ mv -f _upx_server server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

在 builder 階段，安裝了 upx ，并且go build 完成后，使用 upx 壓縮了一下，執行一下構建，你會發現這個構建時間變長了，這是因為我給 upx 設置的參數是 --best ，也就是最大壓縮級別，這樣壓縮出來的后會盡可能的小，如果嫌慢，可以降低壓縮級別從 -1 到 -9 ，數字越大壓縮級別越高，也越慢。我使用 --best 構建完成后看看鏡像體積。

$ docker build -t server .
...
Successfully built 80c3f3cde1f7
Successfully tagged server:latest
$ docker images
server     latest     80c3f3cde1f7   1 minutes ago    4.26MB

這下子可小了，才 4.26MB，再去試試那兩個接口，一切正常。優化到此結束。

最終的Dockerfile

FROM golang:1.14-alpine as builder
WORKDIR /usr/src/app
ENV GOPROXY=https://goproxy.cn
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g' /etc/apk/repositories  \

 apk add --no-cache upx ca-certificates tzdata
COPY ./go.mod ./
COPY ./go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 go build -ldflags "-s -w" -o server \

 upx --best server -o _upx_server  \

 mv -f _upx_server server

FROM scratch as runner
COPY --from=builder /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
COPY --from=builder /usr/src/app/server /opt/app/
CMD ["/opt/app/server"]

總結

要減小鏡像體積，首先多階段構建這很重要，這樣就可以把編譯環境和運行環境分開。

另外，選擇 scratch 這個鏡像其實很不明智，它雖然很小，但是它太原始了，里面什么工具都沒有，程序啟動后，連容器都進不去，就算進去了什么都做不了。所以就算一昧的追求盡可能小的鏡像體積，也不建議選擇 scratch 作為運行環境，我暫時只踩到小部分的坑，后面還有更多坑沒踩，我也沒有興趣繼續踩 scratch 的坑。

建議選擇 alpine ，alpine 的鏡像大小是 5.61MB 這個大小其實還是鏡像解壓后的大小，實際上下載鏡像的時候，只需要下載 2.68 MB 。還有，上文所有我說的鏡像體積，全都是指解壓后的鏡像體積，和實際上傳下載時的體積是不一樣的，docker自己會壓縮一次再傳輸鏡像

還有個很小的鏡像是 busybox，它的體積是 1.22MB，下載 705.6 KB ，有大部分的linux命令可用，但是運行環境還是很原始，有興趣可以去嘗試

無論是 alpine 還是 busybox ，他們都會上述時區和證書問題，同樣按照上面方法就能解決，切換到 alpine 或者 busybox 也很簡單，只需要修改 runner 基礎鏡像就行

-FROM scratch as runner
+FROM alpine as runner

或者

-FROM scratch as runner
+FROM busybox as runne

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