Docker学习——Dockerfile 指令详解（五）

我们已经介绍了 FROM （指定基础镜像） ， RUN（执行命令） ，还提及了 COPY , ADD ，其实 Dockerfile 功能很强大，它提供了十多个指令。下面我们继续讲解其他的指令。

COPY 复制文件

COPY 指令将从构建上下文目录中 <源路径> 的文件/目录复制到新的一层的镜像内的 <目标路径> 位置。
格式：
COPY <源路径>... <目标路径>
COPY ["<源路径1>",... "<目标路径>"]
和 RUN 指令一样，也有两种格式，一种类似于命令行，一种类似于函数调用。

比如：
COPY package.json /usr/src/app/
<源路径> 可以是多个，甚至可以是通配符，其通配符规则要满足 Go 的 filepath.Match 规则，如：
COPY hom* /mydir/
COPY hom?.txt /mydir/
<目标路径> 可以是容器内的绝对路径，也源路径> 可以是一个 URL ，这种情况下，Docker 引擎会试图去下载这个链接的文件放到 <目标路径> 去。
下载后的文件权限自动设置为 600 ，如果这并不是想要的权限，那么还需要增加额外的一层 RUN 进行权限调整，另外，如果下载的是个压缩包，需要解压缩，也一样还需要额外的一层 RUN 指令进行解压缩。
所以不如直接使用 RUN 指令，然后使用 wget 或者 curl 工具下载，处理权限、解压缩、然后清理无用文件更合理。因此，这个功能其实并不实用，而且不推荐使用。
如果 源路径> 为一个 tar 压缩文件的话目标路径> 去。
在某些情况下，这个自动解压缩的功能非常有用，
比如官方镜像 ubuntu 中：
FROM scratch
ADD ubuntu-xenial-core-cloudimg-amd64-root.tar.gz /
...
但在某些情况下，如果我们真的是希望复制个压缩文件进去，而不解压缩，这时就不可以使用 ADD 命令了。
在 Docker 官方的 Dockerfile 最佳实践文档 中要求，尽可能的使用 COPY ，因为 COPY 的语义很明确，就是复制文件而已，而 ADD 则包含了更复杂的功能，其行为也不一定很清晰。最适合使用 ADD 的场合，就是所提及的需要自动解压缩的场合。
另外需要注意的是， ADD 指令会令镜像构建缓存失效，从而可能会令镜像构建变得比较缓慢。
因此在 COPY 和 ADD 指令中选择的时候，可以遵循这样的原则，所有的文件复制均使用COPY 指令，仅在需要自动解压缩的场合使用 ADD 。

CMD 容器启动命令

CMD 指令的格式和 RUN 相似，也是两种格式：
shell 格式： CMD <命令>
exec 格式："]

ENTRYPOINT 入口点

ENTRYPOINT 的格式和 RUN 指令格式一样，分为 exec 格式和 shell 格式。
ENTRYPOINT 的目的"<CMD>"
那么有了 CMD 后，为什么还要有 ENTRYPOINT 呢？
这种 <ENTRYPOINT> "<CMD>" 有什么好处么？让我们来看几个场景。

场景一：让镜像变成像命令一样使用
假设我们需要一个得知自己当前公网 IP 的镜像，那么可以先用 CMD 来实现：
FROM ubuntu:16.04
RUN apt-get update \
&& apt-get install -y curl \
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/*
CMD [ "curl", "-s", "http://ip.cn" ]
假如我们使用 docker build -t myip . 来构建镜像的话，如果我们需要查询当前公网 IP，只需要执行：
$ docker run myip
当前 IP: 112.74.185.172 来自: 广东省深圳市 阿里云

嗯，这么看起来好像可以直接把镜像当做命令使用了，不过命令总有参数，如果我们希望加参数呢？比如从上面的 CMD 中可以看到实质的命令是 curl ，那么如果我们希望显示 HTTP头信息，就需要加上 -i 参数。那么我们可以直接加 -i 参数给 docker run myip 么？
$ docker run myip -i
docker: Error response from daemon: invalid header field value "oci runtime error: container_linux.go:247: starting container process caused \"exec: \\\"-i\\\": executable file not found in $PATH\"\n".

我们可以看到可执行文件找不到的报错， executable file not found 。之前我们说过，跟在镜像名后面的是 command ，运行时会替换 CMD 的默认值。因此这里的 -i 替换了原来的CMD ，而不是添加在原来的 curl -s http://ip.cn 后面。而 -i 根本不是命令，所以自然找不到。
那么如果我们希望加入 -i 这参数，我们就必须重新完整的输入这个命令：
$ docker run myip curl -s http://ip.cn -i
这显然不是很好的解决方案，而使用 ENTRYPOINT 就可以解决这个问题。
现在我们重新用ENTRYPOINT 来实现这个镜像：
FROM ubuntu:16.04
RUN apt-get update \
&& apt-get install -y curl \
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/*
ENTRYPOINT [ "curl", "-s", "http://ip.cn" ]

$ docker build -t myip . 
$ docker run myip
当前 IP: 112.74.185.172 来自: 广东省深圳市 阿里云

$ docker run myip -i
HTTP/1.1 200 OK
Date: Wed, 07 Nov 2018 08:14:51 GMT
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Connection: keep-alive
Set-Cookie: __cfduid=dba4b6fb8f58508496e470c222fa3c86d1541578491; expires=Thu, 07-Nov-19 08:14:51 GMT; path=/; domain=.ip.cn; HttpOnly
Server: cloudflare
CF-RAY: 475e594650b193de-SJC
当前 IP: 112.74.185.172 来自: 广东省深圳市 阿里云

可以看到，这次成功了。这是因为当存在 ENTRYPOINT 后， CMD 的内容将会作为参数传给ENTRYPOINT ，而这里 -i 就是新的 CMD ，因此会作为参数传给 curl ，从而达到了我们预期的效果。

场景二：应用运行前的准备工作
启动容器就是启动主进程，但有些时候，启动主进程前，需要一些准备工作。
比如 mysql 类的数据库，可能需要一些数据库配置、初始化的工作，这些工作要在最终的mysql 服务器运行之前解决。
此外，可能希望避免使用 root 用户去启动服务，从而提高安全性，而在启动服务前还需要以 root 身份执行一些必要的准备工作，最后切换到服务用户身份启动服务。或者除了服务外，其它命令依旧可以使用 root 身份执行，方便调试等。
这些准备工作是和容器 CMD 无关的，无论 CMD 为什么，都需要事先进行一个预处理的工作。这种情况下，可以写一个脚本，然后放入 ENTRYPOINT 中去执行，而这个脚本会将接到的参数（也就是 <CMD> ）作为命令，在脚本最后执行。
比如官方镜像 redis 中就是这么做的：
FROM alpine:3.4
...
RUN addgroup -S redis && adduser -S -G redis redis
...
ENTRYPOINT ["docker-entrypoint.sh"]
EXPOSE 6379
CMD [ "redis-server" ]
可以看到其中为了 redis 服务创建了 redis 用户，并在最后then
chown -R redis .
exec su-exec redis "$0" "$@"
fi
exec "$@"
该脚本的内容就是根据 CMD 的内容来判断，如果是 redis-server 的话，则切换到 redis用户身份启动服务器，否则依旧使用 root 身份执行。
比如：
$ docker run -it redis id
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)

ENV 设置环境变量

格式有两种：
ENV <key> <value>
ENV <key1>=<value1> <key2>=<value2>...
这个指令很简单，就是设置环境变量而已，无论是后面的其它指令，如 RUN ，还是运行时的应用，都可以直接使用这里定义的环境变量。
ENV VERSION=1.0 DEBUG=on "https://nodejs.org/dist/v$NODE_VERSION/SHASUMS256.txt.asc" \
&& gpg --batch --decrypt --output SHASUMS256.txt SHASUMS256.txt.asc \
&& grep " node-v$NODE_VERSION-linux-x64.tar.xz\$" SHASUMS256.txt | sha256sum -c - \
&& tar -xJf "node-v$NODE_VERSION-linux-x64.tar.xz" -C /usr/local --strip-components=
1 \
&& rm "node-v$NODE_VERSION-linux-x64.tar.xz" SHASUMS256.txt.asc SHASUMS256.txt \
&& ln -s /usr/local/bin/node /usr/local/bin/nodejs
在这里先定义了环境变量 NODE_VERSION ，其后的 RUN 这层里，多次使用 $NODE_VERSION 来进行操作定制。
可以看到，将来升级镜像构建版本的时候，只需要更新 7.2.0 即可， Dockerfile 构建维护变得更轻松了。
下列指令可以支持环境变量展开：
ADD 、 COPY 、 ENV 、 EXPOSE 、 LABEL 、 USER 、 WORKDIR 、 VOLUME 、 STOPSIGNAL 、 ONBUILD 。
可以从这个指令列表里感觉到，环境变量可以使用的地方很多，很强大。
通过环境变量，我们可以让一份 Dockerfile 制作更多的镜像，只需使用不同的环境变量即可。

ARG 构建参数

格式： 
ARG <参数名>[=<默认值>]
构建参数和 ENV 的效果一样，都是设置环境变量。
所不同的是， ARG 所设置的构建环境的环境变量，在将来容器运行时是不会存在这些环境变量的。
但是不要因此就使用 ARG 保存密码之类的信息，因为 docker history 还是可以看到所有值的。
Dockerfile 中的 ARG 指令是定义参数名称，以及定义其默认值。
该默认值可以在构建命令docker build 中用 --build-arg <参数名>=<值> 来覆盖。
在 1.13 之前的版本，要求 --build-arg 中的参数名，必须在 Dockerfile 中用 ARG 定义过了，换句话说，就是 --build-arg 指定的参数，必须在 Dockerfile 中使用了。
如果对应参数没有被使用，则会报错退出构建。从 1.13 开始，这种严格的限制被放开，不再报错退出，而是显示警告信息，并继续构建。
这对于使用 CI 系统，用同样的构建流程构建不同的Dockerfile 的时候比较有帮助，避免构建命令必须根据每个 Dockerfile 的内容修改。

VOLUME 定义匿名卷

格式为：
VOLUME ["<路径1>", "<路径2>"...]
VOLUME <路径>
之前我们说过，容器运行时应该尽量保持容器存储层不发生写操作，对于数据库类需要保存动态数据的应用，其数据库文件应该保存于卷(volume)中，后面的章节我们会进一步介绍Docker 卷的概念。
为了防止运行时用户忘记将动态文件所保存目录挂载为卷，在Dockerfile 中，我们可以事先指定某些目录挂载为匿名卷，这样在运行时如果用户不指定挂载，其应用也可以正常运行，不会向容器存储层写入大量数据。
VOLUME /data
这里的 /data 目录就会在运行时自动挂载为匿名卷，任何向 /data 中写入的信息都不会记录进容器存储层，从而保证了容器存储层的无状态化。

当然，运行时可以覆盖这个挂载设置。比如：
docker run -d -v mydata:/data xxxx
在这行命令中，就使用了 mydata 这个命名卷挂载到了 /data 这个位置，替代了Dockerfile 中定义的匿名卷的挂载配置。

EXPOSE 声明端口

格式为 
EXPOSE <端口1> [<端口2>...] 
EXPOSE 指令是声明运行时容器提供服务端口，这只是一个声明，在运行时并不会因为这个声明应用就会开启这个端口的服务。
在 Dockerfile 中写入这样的声明有两个好处，一个是帮助镜像使用者理解这个镜像服务的守护端口，以方便配置映射；另一个用处则是在运行时使用随机端口映射时，也就是 docker run -P 时，会自动随机映射 EXPOSE 的端口。
此外，在早期 Docker 版本中还有一个特殊的用处。以前所有容器都运行于默认桥接网络中，因此所有容器互相之间都可以直接访问，这样存在一定的安全性问题。
于是有了一个 Docker引擎参数 --icc=false ，当指定该参数后，容器间将默认无法互访，
除非互相间使用了 --links 参数的容器才可以互通，并且只有镜像中 EXPOSE 所声明的端口才可以被访问。

这个--icc=false 的用法，在引入了 docker network 后已经基本不用了，通过自定义网络可以很轻松的实现容器间的互联与隔离。
要将 EXPOSE 和在运行时使用 宿主端口>:<容器端口> 区分开来。 -p ，是映射宿主端口和容器端口，换句话说，就是将容器的对应端口服务公开给外界访问，
而 EXPOSE 仅仅是声明容器打算使用什么端口而已，并不会自动在宿主进行端口映射。

WORKDIR 指定工作目录

格式为 
WORKDIR <工作目录路径> 
使用 WORKDIR 指令可以来指定工作目录（或者称为当前目录），以后各层的当前目录就被改为指定的目录，如该目录不存在， WORKDIR 会帮你建立目录。
之前提到一些初学者常犯的错误是把 Dockerfile 等同于 Shell 脚本来书写，这种错误的理解还可能会导致出现下面这样的错误：
RUN cd /app
RUN echo "hello" > world.txt
如果将这个 Dockerfile 进行构建镜像运行后，会发现找不到 /app/world.txt 文件，或者其内容不是 hello 。
原因其实很简单，在 Shell 中，连续两行是同一个进程执行环境，因此前一个命令修改的内存状态，会直接影响后一个命令；而在 Dockerfile 中，这两行 RUN 命令的执行环境根本不同，是两个完全不同的容器。这就是对 Dockerfile 构建分层存储的概念不了解所导致的错误。
之前说过每一个 RUN 都是启动一个容器、执行命令、然后提交存储层文件变更。
第一层 RUNcd /app 的执行仅仅是当前进程的工作目录变更，一个内存上的变化而已，其结果不会造成任何文件变更。
而到第二层的时候，启动的是一个全新的容器，跟第一层的容器更完全没关系，自然不可能继承前一层构建过程中的内存变化。

因此如果需要改变以后各层的工作目录的位置，那么应该使用 WORKDIR 指令。

USER 指定当前用户

格式： 
USER <用户名>
USER 指令和 WORKDIR 相似，都是改变环境状态并影响以后的层。
 WORKDIR 是改变工作目录， USER 则是改变之后层的执行 RUN , CMD 以及 ENTRYPOINT 这类命令的身份。
当然，和 WORKDIR 一样， USER 只是帮助你切换到指定用户而已，这个用户必须是事先建立好的，否则无法切换。
RUN groupadd -r redis && useradd -r -g redis redis
USER redis
RUN [ "redis-server" ]
如果以 root 执行的脚本，在执行期间希望改变身份，比如希望以某个已经建立好的用户来运行某个服务进程，不要使用 su 或者 sudo ，这些都需要比较麻烦的配置，而且在 TTY 缺失的环境下经常出错。建议使用 gosu 。
# 建立 redis 用户，并使用 gosu 换另一个用户执行命令
RUN groupadd -r redis && useradd -r -g redis redis
# 下载 gosu
RUN wget -O /usr/local/bin/gosu "https://github.com/tianon/gosu/releases/download/1.7/
gosu-amd64" \
&& chmod +x /usr/local/bin/gosu \
&& gosu nobody true
# 设置 CMD，并以另外的用户执行
CMD [ "exec", "gosu", "redis", "redis-server" ]

HEALTHCHECK 健康检查

格式：
命令> ：设置检查容器健康状况的命令

间隔> ：两次健康检查的间隔，默认为 30 秒；
--timeout=<时长> ：健康检查命令运行超时时间，如果超过这个时间，本次健康检查就被视为失败，默认 30 秒；
--retries=<次数> ：当连续失败指定次数后，则将容器状态视为 unhealthy ，默认 3次。和 CMD , ENTRYPOINT 一样， HEALTHCHECK 只可以出现一次，如果写了多个，只有最后一个生效。

在 HEALTHCHECK [选项] CMD 后面的命令，格式和 ENTRYPOINT 一样，分为 shell 格式，和exec 格式。
命令的返回值决定了该次健康检查的成功与否： 0 ：成功； 1 ：失败； 2 ：保留，不要使用这个值。

假设我们有个镜像是个最简单的 Web 服务，我们希望增加健康检查来判断其 Web 服务是否在正常工作，
我们可以用 curl 来帮助判断，其 Dockerfile 的 HEALTHCHECK 可以这么写：

FROM nginx
RUN apt-get update && apt-get install -y curl && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s \
CMD curl -fs http://localhost/ || exit 1
这里我们设置了每 5 秒检查一次（这里为了试验所以间隔非常短，实际应该相对较长），如果健康检查命令超过 3 秒没响应就视为失败，并且使用 curl -fs http://localhost/ || exit1 作为健康检查命令。

使用 docker build 来构建这个镜像：
$ docker build -t myweb:v1 .
构建好了后，我们启动一个容器：
$ docker run -d --name web -p 80:80 myweb:v1
当运行该镜像后，可以通过 docker container ls 看到最初的状态为 (health: starting) ：
$ docker container ls
CONTAINER ID        IMAGE                 COMMAND                  CREATED             STATUS                            PORTS                    NAMES
9a5d766dbd5b        myweb:v1              "nginx -g 'daemon of…"   4 seconds ago       Up 3 seconds (health: starting)   0.0.0.0:80->80/tcp       web

在等待几秒钟后，再次 docker container ls ，就会看到健康状态变化为了 (healthy) ：
$ docker container ls
CONTAINER ID        IMAGE                 COMMAND                  CREATED             STATUS                    PORTS                    NAMES
9a5d766dbd5b        myweb:v1              "nginx -g 'daemon of…"   35 seconds ago      Up 34 seconds (healthy)   0.0.0.0:80->80/tcp       web

如果健康检查连续失败超过了重试次数，状态就会变为 (unhealthy) 。
为了帮助排障，健康检查命令的输出（包括 stdout 以及 stderr ）都会被存储于健康状态里，可以用 docker inspect 来查看。

$ docker inspect --format '{{json .State.Health}}' web | python -m json.tool
{
    "FailingStreak": 0,
    "Log": [
        {
            "End": "2018-11-07T17:30:55.418758779+08:00",
            "ExitCode": 0,
            "Output": "<!DOCTYPE html>\n<html>\n<head>\n<title>Welcome to nginx!</title>\n<style>\n    body {\n        width: 35em;\n        margin: 0 auto;\n        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;\n    }\n</style>\n</head>\n<body>\n<h1>Welcome to nginx!</h1>\n<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and\nworking. Further configuration is required.</p>\n\n<p>For online documentation and support please refer to\n<a href=\"http://nginx.org/\">nginx.org</a>.<br/>\nCommercial support is available at\n<a href=\"http://nginx.com/\">nginx.com</a>.</p>\n\n<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>\n</body>\n</html>

ONBUILD 为他人做嫁衣裳

格式： 
ONBUILD <其它指令> 
ONBUILD 是一个特殊的指令，它后面跟的是其它指令，比如 RUN , COPY 等，而这些指令，在当前镜像构建时并不会被执行。
只有当以当前镜像为基础镜像，去构建下一级镜像的时候才会被执行。
Dockerfile 中的其它指令都是为了定制当前镜像而准备的，唯有 ONBUILD 是为了帮助别人定制自己而准备的。
假设我们要制作 Node.js 所写的应用的镜像。
我们都知道 Node.js 使用 npm 进行包管理，所有依赖、配置、启动信息等会放到 package.json 文件里。
在拿到程序代码后，需要先进行npm install 才可以获得所有需要的依赖。然后就可以通过 npm start 来启动应用。
因此，一般来说会这样写 Dockerfile ：
FROM node:slim
RUN mkdir /app
WORKDIR /app
COPY ./package.json /app
RUN [ "npm", "install" ]
COPY . /app/
CMD [ "npm", "start" ]
把这个 Dockerfile 放到 Node.js 项目的根目录，构建好镜像后，就可以直接拿来启动容器运行。
但是如果我们还有第二个 Node.js 项目也差不多呢？好吧，那就再把这个 Dockerfile 复制到第二个项目里。
那如果有第三个项目呢？再复制么？文件的副本越多，版本控制就越困难，让我们继续看这样的场景维护的问题。
如果第一个 Node.js 项目在开发过程中，发现这个 Dockerfile 里存在问题，比如敲错字了、或者需要安装额外的包，然后开发人员修复了这个 Dockerfile ，再次构建，问题解决。
第一个项目没问题了，但是第二个项目呢？虽然最初 Dockerfile 是复制、粘贴自第一个项目的，但是并不会因为第一个项目修复了他们的 Dockerfile ，而第二个项目的 Dockerfile 就会被自动修复。
那么我们可不可以做一个基础镜像，然后各个项目使用这个基础镜像呢？这样基础镜像更新，各个项目不用同步 Dockerfile 的变化，重新构建后就继承了基础镜像的更新？
好吧，可以，让我们看看这样的结果。那么上面的这个 Dockerfile 就会变为：
FROM node:slim
RUN mkdir /app
WORKDIR /app
CMD [ "npm", "start" ]

这里我们把项目相关的构建指令拿出来，放到子项目里去。假设这个基础镜像的名字为 mynode的话，各个项目内的自己的 Dockerfile 就变为：
FROM my-node
COPY ./package.json /app
RUN [ "npm", "install" ]
COPY . /app/
基础镜像变化后，各个项目都用这个 Dockerfile 重新构建镜像，会继承基础镜像的更新。
那么，问题解决了么？没有。准确说，只解决了一半。如果这个 Dockerfile 里面有些东西需要调整呢？比如 npm install 都需要加一些参数，那怎么办？这一行 RUN 是不可能放入基础镜像的，因为涉及到了当前项目的 ./package.json ，难道又要一个个修改么？所以说，这样制作基础镜像，只解决了原来的 Dockerfile 的前4条指令的变化问题，而后面三条指令的变化则完全没办法处理。
ONBUILD 可以解决这个问题。
让我们用 ONBUILD 重新写一下基础镜像的 Dockerfile :
FROM node:slim
RUN mkdir /app
WORKDIR /app
ONBUILD COPY ./package.json /app
ONBUILD RUN [ "npm", "install" ]
ONBUILD COPY . /app/
CMD [ "npm", "start" ]
这次我们回到原始的 Dockerfile ，但是这次将项目相关的指令加上 ONBUILD ，这样在构建基础镜像的时候，这三行并不会被执行。然后各个项目的 Dockerfile 就变成了简单地：
FROM my-node
是的，只有这么一行。当在各个项目目录中，用这个只有一行的 Dockerfile 构建镜像时，之前基础镜像的那三行 ONBUILD 就会开始执行，成功的将当前项目的代码复制进镜像、并且针对本项目执行 npm install ，生成应用镜像。

参考文档
Dockerfie 官方文档：https://docs.docker.com/engine/reference/builder/
Dockerfile 最佳实践文档：https://docs.docker.com/engine/userguide/engimage/dockerfile_best-practices/
Docker 官方镜像 Dockerfile ：https://github.com/docker-library/docs