创建优化的Go镜像文件以及踩过的坑

在Docker上创建Go镜像文件并不困难，但建立的文件很大，接近1G，使用起来不太方便。Docker镜像的一个主要难题就是如何优化，创建小的镜像。我们可以用多级构建的方法来创建Docker镜像文件，它也不复杂。但由于使用这种方法时，需要用简版的Linux（Alpine），它带来了一系列的问题。本文讲述如何解决这些问题并成功创建优化的Go镜像文件，优化之后只有14M。

单级构建：

我们用一个Go程序作为例子来展示如何创建Go镜像。下面就是这个程序的目录结构。

Go程序的具体内容并不重要，只要能运行就行了。我们重点关注“docker”子目录（“kubernetes”子目录里的文件有别的用途，会在另外的文章中讲解）。它里面有三个文件。“docker-backend.sh”是创建镜像的命令文件，“Dockerfile-k8sdemo-backend”是多级构建文件，“Dockerfile-k8sdemo-backend-full”是单级构建文件，

FROM golang:latest # 从Docker库中获取标准golang镜像

WORKDIR /app # 设置镜像内的当前工作目录

COPY go.mod go.sum ./ # 拷贝Go的包管理文件

RUN go mod download # 下载依赖包中的依赖库

COPY . . #从宿主机拷贝文件到镜像

WORKDIR /app/cmd # 设置新的镜像内的当前工作目录

RUN GOOS=linux go build -o main.exe #编译Go程序，并在生成可执行文件

CMD exec /bin/bash -c "trap : TERM INT; sleep infinity & wait" # 保持镜像一直运行，容器不被停掉

上面就是“Dockerfile-k8sdemo-backend-full”镜像文件。请阅读文件中的注释以获得解释。

生成镜像容器

cd /home/vagrant/jfeng45/k8sdemo/

docker build -f ./script/kubernetes/backend/docker/Dockerfile-k8sdemo-backend-full -t k8sdemo-backend-full .

运行镜像容器，“--name k8sdemo-backend-full”是给这个容器一个名字（k8sdemo-backend-full），最后的“k8sdemo-backend-full”是镜像的名字

docker run -td --name k8sdemo-backend-full k8sdemo-backend-full

登录镜像容器, 其中“a95c”是容器ID的前四位。

docker exec -it a95c /bin/bash

文件里有一条语句需要特别解释一下“COPY . .”，它把文件从宿主机拷贝到镜像里，在镜像里已经用“WORKDIR”设置了当前工作目录，那么宿主机的“.”（当前目录）是哪个目录呢？它不是Dockerfile文件所在的目录，而是你运行“Docker build”命令时所在的目录。

我们要把整个程序都拷贝到镜像里，那么在运行docker命令时一定是在程序的根目录，也就是“k8sdemo”目录。但是与容器有关的文件都在“script”目录的子目录下，那么当你运行“Docker build”命令时，它是怎么找到Docekrfile的呢？这里有一个重要的概念就是“build cotext”（构建上下文），由它来决定Dockerfile的缺省目录。当你运行“docker build -t k8sdemo-backend .”创建镜像时，它会从“build cotext”的根目录去找Dockerfile文件，缺省值是你运行docker命令的目录。但由于我们的Dockerfile在另外的目录里，因此需要在命令里加一个“-f”选项来指定Dockerfile的位置，命令如下。其中“-t k8sdemo-backend-full” 是指明镜像名，格式是“name:tag”, 我们这里没有tag，就只有镜像名。

docker build -f ./script/kubernetes/backend/docker/Dockerfile-k8sdemo-backend-full -t k8sdemo-backend-full .

详情请参见Dockerfile reference

这样创建的镜像用的是全版的Linux系统，因此比较大，大概接近1G。如果要想优化，就要用多级构建。

Multi-stage builds(多级构建）：

单级构建只有一个“From”语句，而在多级构建中，有多个“From”，每个“From”构成一级。例如，下面的文件有两个“From”，是一个二级构建。每一级都可以根据需要选择适合自己的基础（base）镜像来构造本级镜像。每级镜像完成之后，下一级镜像可选择只保留上一级构建中对自己有用的最终文件，而删除所有的中间产物，这样就大大节省了空间。详情请参见Use multi-stage builds

下面就是多级构建的dockerfile(“Dockerfile-k8sdemo-backend”).

FROM golang:latest as builder # 本级镜像用“builder”标识

# Set the Current Working Directory inside the container

WORKDIR /app

COPY go.mod go.sum ./

RUN go mod download

COPY . .

WORKDIR /app/cmd

# Build the Go app

#RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o main.exe

RUN go build -o main.exe

######## Start a new stage from scratch #######

FROM alpine:latest

RUN apk --no-cache add ca-certificates

WORKDIR /root/

RUN mkdir /lib64 && ln -s /lib/libc.musl-x86_64.so.1 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2

# Copy the Pre-built binary file from the previous stage

COPY --from=builder /app/cmd/main.exe . #把“/app/cmd/main.exe”文件从“builder”中拷贝到本级的当前目录

# Command to run the executable

CMD exec /bin/sh -c "trap : TERM INT; (while true; do sleep 1000; done) & wait"

创建镜像：

cd /home/vagrant/jfeng45/k8sdemo/

docker build -f ./script/kubernetes/backend/docker/Dockerfile-k8sdemo-backend -t k8sdemo-backend .

登录镜像：

docker run -it --name k8sdemo-backend k8sdemo-backend /bin/sh

上面的文件把构造过程分成两部分，第一部分编译并生成Go可执行文件，用的是是全版Linux. 第二部分是拷贝可执行文件到合适的目录并保持容器运行，用的是简化版Linux。第一部分的命令与单级构建指令基本相同，第二部分的命令会在后面解释。

使用这种方法大大减少了空间占用，创建的Docker镜像只有14M，但由于它使用的简化版的Linux（Alpine），导致我踩了很多坑，下面看看这些坑是如何被填上的。

踩过的坑：

1. 找不到文件

创建镜像成功后，登录镜像：

docker run -it --name k8sdemo-backend k8sdemo-backend /bin/sh

运行编译后的Go可执行文件“main.exe”,错误信息如下：

~ # ./main.exe

./main.exe not found

Go是一个静态编译的语言，也就是说在编译时就把需要的库存放在编译好的程序里了，这样在执行时就不需要再动态链接其它库，使得运行起来非常方便。但并不是所有情况下都是这样，例如但当你使用了cgo(让Go程序可以调用C程序)时，通常需要动态链接libc库（在Linux里是glibc）。Go里的net和os/user库都用了cgo。但由于Apline的Linux版本没有libc库，这样在运行时就找不到动态链接，因此报错。它有两种办法来解决：

CGO_ENABLED=0：当你在编译Go时加了这个参数，编译时就不会使用cgo，当然也就意味着使用cgo的库都不能用了。这是最简单的办法，但它对你的程序有所限制。
使用musl：musl是一个轻量级的libc库。Apline的Linux版本里自带musl库，你只要加入如下命令就行了。

RUN mkdir /lib64 && ln -s /lib/libc.musl-x86_64.so.1 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2

关于musl的详情请参见Statically compiled Go programs, always, even with cgo, using musl

关于这个错误的讨论请参见Installed Go binary not found in path on Alpine Linux Docker

2. Zap报错

Zap是一个很流行的Go日志库，我在程序里用它来输出日志。当加上上面的语句后，原来的错误消失了，但又有一个新的错。它是由Zap产生的。

~ # ./main.exe

panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference

[signal SIGSEGV: segmentation violation code=0x1 addr=0x0 pc=0x6a37ab]

goroutine 1 [running]:

github.com/jfeng45/k8sdemo/config.initLog(0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, ...)

        /app/config/zap.go:94 +0x1fb

github.com/jfeng45/k8sdemo/config.RegisterLog(0x0, 0x0)

        /app/config/zap.go:42 +0x42

github.com/jfeng45/k8sdemo/config.BuildRegistrationInterface(0x751137, 0x5, 0x43ab77, 0x984940, 0xc00002c750, 0xc000074f50)

        /app/config/appConfig.go:23 +0x26

main.testRegistration()

        /app/cmd/main.go:18 +0x3a

main.main()

        /app/cmd/main.go:11 +0x20

我现在也不十分清楚出错的原因，应该是跟Musl库有关。估计是Zap用到的某个库与Musl不兼容。我把日志换成另一个库Logrus问题就不存在了。这确实有点小遗憾，Zap是迄今为止我发现的最好的Go日志库。如果你坚持用Zap的话就只能用全版Linux，忍受大的镜像文件；或者改用Logrus日志库，这样就可以享受小的镜像文件。

3. k8s部署不成功

换成Logrus之后，就没再报错，Docker里的程序运行正常。但如果你用这个镜像创建k8s部署时又出了问题。

下面是k8s创建部署的命令：

vagrant@ubuntu-xenial:~/jfeng45/k8sdemo/script/kubernetes/backend$ kubectl get pod k8sdemo-backend-deployment-6b99dc6b8c-2fwnm

NAME                                          READY   STATUS             RESTARTS   AGE

k8sdemo-backend-deployment-6b99dc6b8c-2fwnm   0/1     CrashLoopBackOff   42         3h10m

错误信息是“CrashLoopBackOff”。它产生的原因是容器要求里面的程序一直运行，一旦运行结束，容器就会停掉。k8s发现容器停掉之后会重新部署容器，然后又被停掉，这样就陷入了死循环。

解决的办法是在镜像文件里加入如下命令：

CMD exec /bin/bash -c "trap : TERM INT; sleep infinity & wait"

详情请参见How can I keep a container running on Kubernetes?和My kubernetes pods keep crashing with “CrashLoopBackOff” but I can't find any log

4. Pod出错

加入命令，重新生成镜像之后，果然解决了死循环的问题，k8s部署没有报错，但Pod又有了新的错误如下，“k8sdemo-backend-deployment-6b99dc6b8c-n6bnt”的“STATUS”是“Error”。

vagrant@ubuntu-xenial:~/jfeng45/k8sdemo/script/kubernetes/backend$ kubectl get pod

NAME                                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE

envar-demo                                     1/1     Running   8          16d

k8sdemo-backend-deployment-6b99dc6b8c-n6bnt    0/1     Error     1          6s

k8sdemo-database-deployment-578fc88c88-mm6x8   1/1     Running   2          4d21h

nginx-deployment-77fff558d7-84z9z              1/1     Running   3          10d

nginx-deployment-77fff558d7-dh2ms              1/1     Running   3          10d

原因是在Docker文件里运行了如下命令：

CMD exec /bin/bash -c "trap : TERM INT; sleep infinity & wait"

但Alpine里没有“/bin/bash”.需要改成“/bin/sh”，需要修改成如下命令：

CMD exec /bin/sh -c "trap : TERM INT; (while true; do sleep 1000; done) & wait"

修改之后，k8s部署成功，程序运行正常。

源码:

完整源码的github链接

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