构建Golang应用最小Docker镜像的实现

我通常使用docker运行我的 golang 程序，在这里分享一下我构建 docker 镜像的经验。我构建 docker 镜像不仅优化构建后的体积，还要优化构建速度。

示例应用

首先贴出代码例子，我们假设要构建一个 http 服务

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)
 }
}

说明：

这里选择 Gin 作为例子，是为了演示我们有第三方包条件下要优化构建速度
main函数第一行打印了一行字，为了演示后面启动时遇到的一个坑
跟路由打印了时间，为了演示后面遇到的关于时区的坑
路由 github 尝试访问 https://api.github.com，为了演示后面遇到的证书坑

这里我们可以先试一试构建后包的体积

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

14.6MB，这是一个http服务的 hello world，当然这是因为使用了 gin ，所以有些大，如果用标准包 net/http 写的 hello world，体积大概是接近 7 MB

Dockerfile 的进化

版本一，初步优化

先看看第一个版本

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"]

说明：

选择 golang:1.14-alpine 作为编译环境，是因为这是体积最小的golang编译环境
设置 GOPROXY 是为了提升构建速度
先复制 go.mod 和 go.sum ，然后 go mod download，是为了防止每次构建都会重新下载依赖包，利用docker构建缓存提升构建速度
go build 时加上 -ldflags "-s -w" 去除构建包的调试信息，减小go构建后程序体积，大概能减小 1/4 吧
使用了多阶段构建，也就是 FROM XXX as xxx ，在构建程序包的时候，使用带编译环境的镜像去构建，运行的时候其实完全不需要go的编译环境，所以在运行阶段使用docker的空镜像 scratch 去运行。这部是减小镜像体积最有效的方法了。

好了，下面开始构建镜像

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

到了这一步，构建成功，看看镜像大小

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

11MB，还行，现在运行一下

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

发现启动报错了，而且main函数的第一行打印语句都没有出现，所以整个程序完全没有运行。错误原因是缺少库依赖文件。这其实是构建的 go 程序还依赖底层的 so 库文件，不信可以在物理机编译后看看它的依赖

$ 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)

这是不是跟我们的认知有点出入呢，说好无依赖的呢，结果还是有几个依赖库文件呢，虽然这几个依赖都是最底层的，一般操作系统都会有，可谁叫我们选了 scratch，这个镜像里面除了linux内核以外真的什么都没了。

这是因为go build 是默认启用 CGO 的，不信你可以试试这个命令 go env CGO_ENABLED，在 CGO 开启情况下，无论代码有没有用CGO，都会有库依赖文件，解决方法也很简单，手动指定关闭CGO就行，而且包体积并不会增加哦，还会减少呢

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

版本二，解决运行时报错

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"]

改动点: 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

正常启动了，我们访问一下试试，访问之前看看当前时间

$ 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

发现有问题

当前系统时间是 13:11:28 ，但是根据由显示的时间是 05:11:53，其实是docker 容器内的时区不对，默认是 0 时区，可是我们国家是东8区
尝试访问 https://api.github.com/ 这是 https 站点，报证书错误

解决问题

在容器放置根证书
设置容器时区

版本三，解决运行环境时区与证书问题

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 阶段，安装了 ca-certificates tzdata 两个库，在runner阶段，将时区配置和根证书复制了一份

$ 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

访问一下试试

$ 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，看看当前镜像大小

$ docker images
server     latest     e0825838043d   9 minutes ago    11.3MB

才 11.3MB，已经很小了，但是，还可以更小，就是把构建后的包再压缩一次

版本四，进一步减小体积

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 阶段，安装了 upx ，并且go build 完成后，使用 upx 压缩了一下，执行一下构建，你会发现这个构建时间变长了，这是因为我给 upx 设置的参数是 --best ，也就是最大压缩级别，这样压缩出来的后会尽可能的小，如果嫌慢，可以降低压缩级别从 -1 到 -9 ，数字越大压缩级别越高，也越慢。我使用 --best 构建完成后看看镜像体积。

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

这下子可小了，才 4.26MB，再去试试那两个接口，一切正常。优化到此结束。

最终的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"]

总结

要减小镜像体积，首先多阶段构建这很重要，这样就可以把编译环境和运行环境分开。

另外，选择 scratch 这个镜像其实很不明智，它虽然很小，但是它太原始了，里面什么工具都没有，程序启动后，连容器都进不去，就算进去了什么都做不了。所以就算一昧的追求尽可能小的镜像体积，也不建议选择 scratch 作为运行环境，我暂时只踩到小部分的坑，后面还有更多坑没踩，我也没有兴趣继续踩 scratch 的坑。

建议选择 alpine ，alpine 的镜像大小是 5.61MB 这个大小其实还是镜像解压后的大小，实际上下载镜像的时候，只需要下载 2.68 MB 。还有，上文所有我说的镜像体积，全都是指解压后的镜像体积，和实际上传下载时的体积是不一样的，docker自己会压缩一次再传输镜像

还有个很小的镜像是 busybox，它的体积是 1.22MB，下载 705.6 KB ，有大部分的linux命令可用，但是运行环境还是很原始，有兴趣可以去尝试

无论是 alpine 还是 busybox ，他们都会上述时区和证书问题，同样按照上面方法就能解决，切换到 alpine 或者 busybox 也很简单，只需要修改 runner 基础镜像就行

-FROM scratch as runner
+FROM alpine as runner

或者

-FROM scratch as runner
+FROM busybox as runne

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