如何减少40%的Docker构建时间

随着Docker的普及，许多公司的产品会将组件构建为Docker镜像。但随着时间的推移，一些镜像变得越来越大，对应的CI构建也变得越来越慢。

如果能在喝完一杯咖啡的时间（不超过5分钟）内完成构建，将是一个理想状态。否则，则会减慢开发人员的生产力。

本篇文章带大家通过两个小的改变，来提升Docker的构建时间。

Docker最佳实践

在讲解改变之前，首先要确保遵循了编写Dockerfile的最佳实践：

• 容器应该是短暂的；
• 镜像层数尽可能少；
• 使用多阶段构建；
• 使用最小的基础镜像；
• 避免安装不必要的包；
• 一个容器只运行一个进程；
• 将多行参数排序；
• 构建缓存；
• …

Buildkit

Buildkit是改进后的后端，用于替代传统的Docker构建器。自2018年起，它已经与Docker捆绑在一起，并成为Docker引擎23.0版本的默认构建器。

它提供了一些特殊的功能：

• 改进的缓存能力；
• 并行构建不同的层；
• 延迟拉取基础镜像（≥Buildkit 0.9）；

使用Buildkit时，会发现docker build命令的输出看起来更清晰、更结构化。

在Docker版本低于23.0时，使用Buildkit的一种典型方法是设置Buildkit参数如下：

DOCKER_BUILDKIT=1 docker build --platform linux/amd64 . -t someImage:someVersion
DOCKER_BUILDKIT=1 docker push someImage:someVersion

Buildx

Buildx是Docker的一个插件，能够充分利用Docker中的Buildkit的潜力。它的创建是因为Buildkit支持许多新的配置选项，不能全部以向后兼容的方式集成到docker build命令中。

除了构建镜像之外，Buildx还支持管理多个构建器。这在CI中非常有用，可以定义具有不同配置的作用域环境，因为它们不会修改共享的Docker守护程序。

可以按照以下方式开始使用Buildx：

docker buildx create --bootstrap --name builder
docker buildx use builder

远程缓存

加快构建速度的第一种方法是将镜像缓存在远程注册表中。这样，即使构建在不同的机器上执行（通常在CI中会这样），也可以从构建缓存中受益。

作为一种解决方法，许多人在构建新的镜像版本之前拉取了最新版本的镜像。好处是可以以拉取完整镜像的代价来缓存未更改的层。拉取完整镜像可能需要一些时间，但也不能保证层可以被重用。

为了说明这一点，可以使用以下命令：

docker pull someImage:latest || true
docker build --platform linux/amd64 . \
-t someImage:someVersion \
-f Dockerfile \
--cache-from someImage:latest

使用Buildx，可以将缓存信息存储在远程位置（例如容器注册表、Blob存储等）中。构建器将检查给定的层是否已经存在，如果存在，则会重新使用它，而不是再次创建它。

甚至可以在不将层拉取到本地的情况下完成此操作。为了能够从此机制中受益，我们对先前的命令进行了改进：

docker buildx build --platform linux/amd64 . \
-t someImage:someVersion --push \
--cache-to type=registry,ref=someCachedImage:someVersion,mode=max
--cache-from type=registry,ref=someCachedImage:someVersion

模式“max”表示为每个层存储构建信息，甚至包括在生成的镜像中未使用的层（例如在使用多阶段构建时）。默认情况下使用“min”模式，它仅存储关于最终镜像中存在的层的构建信息。

缓存的一个特殊情况是将缓存数据“内联”存储，这意味着它将与镜像一起被缓存。即使在不使用Buildx的情况下使用Buildkit时，该选项也是支持的。它是最容易使用的方法，但在使用多阶段构建时更加棘手，并且它不能清晰地区分输出的工件和缓存。

将缓存数据“内联”存储的命令如下所示：

docker buildx build --platform linux/amd64 . \
-t someImage:someVersion --push \
--cache-to type=inline,mode=max \
--cache-from someImage:somePreviousVersion

添加文件到Docker镜像的新方法

Docker引入了一种新版本的语法来编写Dockerfile，即：#syntax=docker/dockerfile:1.4。它为COPY和ADD命令提供了额外的链接选项。

以前，当使用COPY或ADD命令时，构建器会创建一个新的快照，将新文件与已存在的文件系统合并。结果是，在执行此操作之前，所有父层都需要存在，否则目标目录可能尚不存在。

最终，镜像（构建命令的结果）将由每个层的tarball组成，其中包含各个快照之间的差异。

FROM baseImage:version
COPY binary /opt/

使用链接选项时，新文件将放置在它们自己的快照中，而不依赖于先前的层。链接的文件存储在它们自己的tarball中，并且不依赖于现有的文件系统，如下图所示。

# syntax=docker/dockerfile:1.4
FROM baseImage:version
COPY [--chown=<user>:<group>] [--chmod=<perms>] --link binary /opt/

主要优势是文件不再依赖于先前的层。只要文件没有更改，层就可以被重复使用，即使父层发生了变化。

此外，这也可以提高构建速度，因为现在可以并行执行多个层的数据复制。

小论

本文介绍了两种小的改变，可以让整个Docker构建时间大幅缩减的方法，希望在实践的过程中对大家有所帮助。这两个小改变分别是：

• 将构建缓存信息存储在远程位置；
• 在将文件添加、复制到docker镜像时使用链接选项；

当然，在使用Docker时，关于Dockerfile编写的最佳实践，大家也要留意一下。