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Baohua Yang
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10_buildx/10.1_buildkit.md Normal file
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## 10.1 使用 `BuildKit` 构建镜像
**BuildKit** 是下一代的镜像构建组件 https://github.com/moby/buildkit 开源。
> **重要** Docker 23.0 BuildKit 已成为 **默认稳定构建器**无需手动启用Docker Engine v29 进一步将 Containerd 镜像存储设为默认提升与 Kubernetes 的互操作性
目前Docker Hub 自动构建已经支持 BuildKit具体请参考 https://github.com/docker-practice/docker-hub-buildx
### 10.1.1 `Dockerfile` 新增指令详解
BuildKit 引入了多项新指令旨在优化构建缓存和安全性以下将详细介绍这些指令的用法
使用 BuildKit 我们可以使用下面几个新的 `Dockerfile` 指令来加快镜像构建
要使用最新的 Dockerfile 语法特性建议在 Dockerfile 开头添加语法指令
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
```
这将使用最新的稳定版语法解析器确保你可以使用所有最新特性
#### `RUN --mount=type=cache`
目前几乎所有的程序都会使用依赖管理工具例如 `Go` 中的 `go mod``Node.js` 中的 `npm` 等等当我们构建一个镜像时往往会重复的从互联网中获取依赖包难以缓存大大降低了镜像的构建效率
例如一个前端工程需要用到 `npm`
```docker
FROM node:alpine as builder
WORKDIR /app
COPY package.json /app/
RUN npm i --registry=https://registry.npmmirror.com \
&& rm -rf ~/.npm
COPY src /app/src
RUN npm run build
FROM nginx:alpine
COPY --from=builder /app/dist /app/dist
```
使用多阶段构建构建的镜像中只包含了目标文件夹 `dist`但仍然存在一些问题 `package.json` 文件变动时`RUN npm i && rm -rf ~/.npm` 这一层会重新执行变更多次后生成了大量的中间层镜像
为解决这个问题进一步的我们可以设想一个类似 **数据卷** 的功能在镜像构建时把 `node_modules` 文件夹挂载上去在构建完成后这个 `node_modules` 文件夹会自动卸载实际的镜像中并不包含 `node_modules` 这个文件夹这样我们就省去了每次获取依赖的时间大大增加了镜像构建效率同时也避免了生成了大量的中间层镜像
`BuildKit` 提供了 `RUN --mount=type=cache` 指令可以实现上边的设想
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
FROM node:alpine as builder
WORKDIR /app
COPY package.json /app/
RUN --mount=type=cache,target=/app/node_modules,id=my_app_npm_module,sharing=locked \
--mount=type=cache,target=/root/.npm,id=npm_cache \
npm i --registry=https://registry.npmmirror.com
COPY src /app/src
RUN --mount=type=cache,target=/app/node_modules,id=my_app_npm_module,sharing=locked \
## --mount=type=cache,target=/app/dist,id=my_app_dist,sharing=locked \
npm run build
FROM nginx:alpine
## COPY --from=builder /app/dist /app/dist
## 为了更直观的说明 from 和 source 指令,这里使用 RUN 指令
RUN --mount=type=cache,target=/tmp/dist,from=builder,source=/app/dist \
# --mount=type=cache,target/tmp/dist,from=my_app_dist,sharing=locked \
mkdir -p /app/dist && cp -r /tmp/dist/* /app/dist
```
第一个 `RUN` 指令执行后`id` `my_app_npm_module` 的缓存文件夹挂载到了 `/app/node_modules` 文件夹中多次执行也不会产生多个中间层镜像
第二个 `RUN` 指令执行时需要用到 `node_modules` 文件夹`node_modules` 已经挂载命令也可以正确执行
第三个 `RUN` 指令将上一阶段产生的文件复制到指定位置`from` 指明缓存的来源这里 `builder` 表示缓存来源于构建的第一阶段`source` 指明缓存来源的文件夹
上面的 `Dockerfile` `--mount=type=cache,...` 中指令作用如下
|Option |Description|
|---------------------|-----------|
|`id` | `id` 设置一个标志以便区分缓存|
|`target` (必填项) | 缓存的挂载目标文件夹|
|`ro`,`readonly` | 只读缓存文件夹不能被写入 |
|`sharing` | `shared` `private` `locked` 值可供选择`sharing` 设置当一个缓存被多次使用时的表现由于 `BuildKit` 支持并行构建当多个步骤使用同一缓存时 (同一 `id`) 会发生冲突`shared` 表示多个步骤可以同时读写`private` 表示当多个步骤使用同一缓存时每个步骤使用不同的缓存`locked` 表示当一个步骤完成释放缓存后后一个步骤才能继续使用该缓存|
|`from` | 缓存来源 (构建阶段)不填写时为空文件夹|
|`source` | 来源的文件夹路径|
#### `RUN --mount=type=bind`
该指令可以将一个镜像 (或上一构建阶段) 的文件挂载到指定位置
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
RUN --mount=type=bind,from=php:alpine,source=/usr/local/bin/docker-php-entrypoint,target=/docker-php-entrypoint \
cat /docker-php-entrypoint
```
#### `RUN --mount=type=tmpfs`
该指令可以将一个 `tmpfs` 文件系统挂载到指定位置
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
RUN --mount=type=tmpfs,target=/temp \
mount | grep /temp
```
#### `RUN --mount=type=secret`
该指令可以将一个文件 (例如密钥) 挂载到指定位置
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
RUN --mount=type=secret,id=aws,target=/root/.aws/credentials \
cat /root/.aws/credentials
```
```bash
$ docker build -t test --secret id=aws,src=$HOME/.aws/credentials .
```
#### `RUN --mount=type=ssh`
该指令可以挂载 `ssh` 密钥
```docker
## syntax=docker/dockerfile:1
FROM alpine
RUN apk add --no-cache openssh-client
RUN mkdir -p -m 0700 ~/.ssh && ssh-keyscan gitlab.com >> ~/.ssh/known_hosts
RUN --mount=type=ssh ssh git@gitlab.com | tee /hello
```
```bash
$ eval $(ssh-agent)
$ ssh-add ~/.ssh/id_rsa
(Input your passphrase here)
$ docker build -t test --ssh default=$SSH_AUTH_SOCK .
```
### 10.1.2 使用 `docker compose build` BuildKit
Docker Compose 同样支持 BuildKit这使得多服务应用的构建更加高效
Docker 23.0 BuildKit 已默认启用无需额外配置如果使用旧版本可设置 `DOCKER_BUILDKIT=1` 环境变量启用
### 10.1.3 官方文档
* https://github.com/moby/buildkit/blob/master/frontend/dockerfile/docs/experimental.md

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10_buildx/10.2_buildx.md Normal file
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## 10.2 使用 Buildx 构建镜像
本节涵盖了相关内容与详细描述主要探讨以下几个方面
### 10.2.1 使用
Buildx 的使用非常直观绝大多数情况下可以替代 `docker build` 命令
你可以直接使用 `docker buildx build` 命令构建镜像
```bash
$ docker buildx build .
[+] Building 8.4s (23/32)
=> ...
```
Buildx 使用 [BuildKit 引擎](9.1_buildkit.md)进行构建支持许多新的功能具体参考 [Buildkit](9.1_buildkit.md) 一节
#### 使用 `bake`
`docker buildx bake` 是一个高级构建命令支持从 HCLJSON Compose 文件中定义构建目标实现复杂的流水线构建
```bash
## 从 Compose 文件构建所有服务
$ docker buildx bake
## 仅构建指定目标
$ docker buildx bake web
```
#### 生成 SBOM
Buildx 支持在构建时直接生成 SBOM (Software Bill of Materials)这对于软件供应链安全至关重要
```bash
$ docker buildx build --sbom=true -t myimage .
```
该命令会在构建结果中包含 SPDX CycloneDX 格式的 SBOM 数据
### 10.2.2 官方文档
* https://docs.docker.com/engine/reference/commandline/buildx/

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## 10.3 构建多种系统架构支持的 Docker 镜像
Docker 镜像可以支持多种系统架构这意味着你可以在 `x86_64``arm64` 等不同架构的机器上运行同一个镜像这是通过一个名为 manifest list (或称为 fat manifest) 的文件来实现的
### 10.3.1 Manifest List 是什么
为了理解多架构镜像的原理我们需要先了解 Manifest List 的概念
Manifest list 是一个包含了多个指向不同架构镜像的 manifest 的文件当你拉取一个支持多架构的镜像时Docker 会自动根据你当前的系统架构选择并拉取对应的镜像
例如官方的 `hello-world` 镜像就支持多种架构你可以使用 `docker manifest inspect` 命令来查看它的 manifest list
```bash
$ docker manifest inspect hello-world
{
"schemaVersion": 2,
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.list.v2+json",
"manifests": [
{
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"size": 525,
"digest": "sha256:80852a401a974d9e923719a948cc5335a0a4435be8778b475844a7153a2382e5",
"platform": {
"architecture": "amd64",
"os": "linux"
}
},
{
"mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",
"size": 525,
"digest": "sha256:3adea81344be1724b383d501736c3852939b33b3903d02474373700b25e5d6e3",
"platform": {
"architecture": "arm",
"os": "linux",
"variant": "v5"
}
},
// ... more architectures
]
}
```
### 10.3.2 使用 `docker buildx` 构建多架构镜像
`docker buildx` 是构建多架构镜像的最佳实践工具它屏蔽了底层的复杂性提供了一键构建多架构镜像的能力
Docker 19.03+ 版本中`docker buildx` 是推荐的用于构建多架构镜像的工具它使用 `BuildKit` 作为后端可以大大简化构建过程
#### 新建 `builder` 实例
首先你需要创建一个新的 `builder` 实例因为它支持同时为多个平台构建
```bash
$ docker buildx create --name mybuilder --use
$ docker buildx inspect --bootstrap
```
#### 构建和推送
使用 `docker buildx build` 命令并指定 `--platform` 参数可以同时构建支持多种架构的镜像`--push` 参数会将构建好的镜像和 manifest list 推送到 Docker 仓库
```dockerfile
## Dockerfile
FROM --platform=$TARGETPLATFORM alpine
RUN uname -a > /os.txt
CMD cat /os.txt
```
```bash
$ docker buildx build --platform linux/amd64,linux/arm64,linux/arm/v7 -t your-username/multi-arch-image . --push
```
构建完成后你就可以在不同架构的机器上拉取并运行 `your-username/multi-arch-image` 这个镜像了
#### 架构相关的构建参数
`Dockerfile` 你可以使用一些预定义的构建参数来根据目标平台定制构建过程
* `TARGETPLATFORM`构建镜像的目标平台例如 `linux/amd64`
* `TARGETOS`目标平台的操作系统例如 `linux`
* `TARGETARCH`目标平台的架构例如 `amd64`
* `TARGETVARIANT`目标平台的变种例如 `v7`
* `BUILDPLATFORM`构建环境的平台
* `BUILDOS`构建环境的操作系统
* `BUILDARCH`构建环境的架构
* `BUILDVARIANT`构建环境的变种
例如你可以这样编写 `Dockerfile` 来拷贝特定架构的二进制文件
```dockerfile
FROM scratch
ARG TARGETOS
ARG TARGETARCH
COPY bin/dist-${TARGETOS}-${TARGETARCH} /dist
ENTRYPOINT ["/dist"]
```
### 10.3.3 使用 `docker manifest` (底层工具)
除了 `docker buildx`我们也可以直接操作 Manifest List 来手动组合不同架构的镜像
`docker manifest` 是一个更底层的命令可以用来创建检查和推送 manifest list虽然 `docker buildx` 在大多数情况下更方便但了解 `docker manifest` 仍然有助于理解其工作原理
#### 创建 manifest list
运行以下命令
```bash
## 首先,为每个架构构建并推送镜像
$ docker buildx build --platform linux/amd64 -t your-username/my-app:amd64 . --push
$ docker buildx build --platform linux/arm64 -t your-username/my-app:arm64 . --push
## 然后,创建一个 manifest list将它们组合在一起
$ docker manifest create your-username/my-app:latest \
--amend your-username/my-app:amd64 \
--amend your-username/my-app:arm64
## 最后,推送 manifest list
$ docker manifest push your-username/my-app:latest
```
#### 检查 manifest list
你可以使用 `docker manifest inspect` 来查看一个 manifest list 的详细信息如上文所示

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10_buildx/README.md Normal file
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# 第十章 Docker Buildx
Docker Buildx 是一个 docker CLI 插件其扩展了 docker 命令支持 [Moby BuildKit](9.1_buildkit.md) 提供的功能提供了与 docker build 相同的用户体验并增加了许多新功能
> Buildx 需要 Docker v19.03+在较新版本中已更常用且功能更完整
## 概述
总体概述了以下内容
## 本章内容
本章将详细介绍 Docker Buildx 的使用包括
* [使用 BuildKit 构建镜像](9.1_buildkit.md)
* [使用 Buildx 构建镜像](9.2_buildx.md)
* [构建多种系统架构支持的 Docker 镜像](9.3_multi-arch-images.md)

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10_buildx/summary.md Normal file
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## 10.4 本章小结
Docker Buildx Docker 构建系统的重要进化提供了高效安全且支持多平台的镜像构建能力
| 概念 | 要点 |
|------|------|
| **BuildKit** | 下一代构建引擎Docker 23.0+ 默认启用 |
| **缓存挂载** | `RUN --mount=type=cache` 加速依赖安装 |
| **Secret 挂载** | `RUN --mount=type=secret` 安全传递密钥 |
| **buildx build** | 替代 `docker build`支持更多构建功能 |
| **多架构构建** | `--platform` 参数一键构建多种架构镜像 |
| **Manifest List** | 多架构镜像的索引文件 |
| **SBOM** | 通过 `--sbom=true` 生成软件物料清单 |
### 10.4.1 延伸阅读
- [Dockerfile 指令详解](../07_dockerfile/README.md)Dockerfile 编写基础
- [多阶段构建](../07_dockerfile/7.17_multistage_builds.md)优化镜像体积
- [Dockerfile 最佳实践](../appendix/20.1_best_practices.md)编写高效 Dockerfile