Optimieren von Windows-Dockerfile-Dateien
Mehrere Methoden können zur Optimierung des Docker Build-Prozesses sowie der sich ergebenden Docker-Images verwendet werden. In diesem Artikel wird erläutert, wie der Docker Build-Prozess funktioniert und wie Images für Windows-Container optimal erstellt werden.
Imageebenen in Docker build
Bevor Sie Ihren Docker build-Prozess optimieren können, müssen Sie wissen, wie Docker build funktioniert. Während des Docker Build-Prozesses wird eine Dockerfile-Datei genutzt, und die ausführbaren Anweisungen werden nacheinander ausgeführt, jede in einem eigenen temporären Container. Das Ergebnis ist eine neue Imageebene für jede ausführbare Anweisung.
Beispielsweise verwendet die folgende Dockerfile-Beispieldatei das mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019-Basisbetriebssystem-Image, installiert IIS und erstellt dann eine einfache Website.
# Sample Dockerfile
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN dism /online /enable-feature /all /featurename:iis-webserver /NoRestart
RUN echo "Hello World - Dockerfile" > c:\inetpub\wwwroot\index.html
CMD [ "cmd" ]
Sie erwarten möglicherweise, dass diese Dockerfile-Datei ein Image mit zwei Ebenen generiert: eines für das Containerbetriebssystem-Image und ein zweites, das IIS und die Website enthält. Das tatsächliche Image weist jedoch viele Ebenen auf, und jede Ebene hängt von der jeweils vorherigen Ebene ab.
Um dies zu verdeutlichen, führen wir den Befehl docker history für das Image aus, das von der Dockerfile-Beispieldatei erstellt wurde.
docker history iis
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
f4caf476e909 16 seconds ago cmd /S /C REM (nop) CMD ["cmd"] 41.84 kB
f0e017e5b088 21 seconds ago cmd /S /C echo "Hello World - Dockerfile" > c 6.816 MB
88438e174b7c About a minute ago cmd /S /C dism /online /enable-feature /all / 162.7 MB
6801d964fda5 4 months ago 0 B
Die Ausgabe zeigt, dass dieses Image vier Ebenen besitzt: die Basisebene und drei zusätzliche Ebenen, die jeder Anweisung in der Dockerfile-Datei zugeordnet sind. Die unterste Ebene (6801d964fda5 in diesem Beispiel) stellt das Basis-Betriebssystemimage dar. Eine Ebene darüber findet die IIS-Installation statt. Die nächste Ebene enthält die neue Website usw.
Dockerfile-Dateien können geschrieben werden, um Imageebenen zu minimieren, die Buildleistung zu optimieren und Barrierefreiheit durch bessere Lesbarkeit zu verbessern. Schließlich stehen viele Alternativen zur Durchführung einer bestimmten Buildaufgabe zur Verfügung. Das Wissen darüber, wie sich das Format einer Dockerfile-Datei auf die Builddauer und das generierte Image auswirkt, verbessert die Automatisierungserfahrung.
Optimieren der Imagegröße
Abhängig von Ihren Speicherplatzanforderungen kann die Imagegröße ein wichtiger Faktor bei der Erstellung von Docker-Containerimages sein. Containerimages werden zwischen Registrierungen und Host verschoben, exportiert und importiert und verbrauchen so letztendlich Speicherplatz. In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Sie die Imagegröße während des Docker build-Prozesses für Windows-Container minimieren.
Weitere Informationen zu bewährten Methoden für Dockerfile-Dateien finden Sie unter Bewährte Methoden für das Schreiben von Dockerfile-Dateien auf Docker.com.
Gruppieren von verwandten Aktionen
Da jede RUN-Anweisung eine neue Ebene in dem Containerimage erstellt, kann die Gruppierung von Aktionen in einer RUN-Anweisung die Anzahl der Ebenen in einer Dockerfile-Datei reduzieren. Das Minimieren der Ebenen wirkt sich möglicherweise nicht auf die Imagegröße aus, aber das Gruppieren verwandter Aktionen kann eine Einfluss haben, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.
In diesem Abschnitt werden zwei Docker-Beispieldateien verglichen, die dieselben Aktionen ausführen. Allerdings weist eine Dockerfile-Datei eine Anweisung pro Aktion auf, während bei der anderen zusammengehörige Aktionen gruppiert wurden.
In der folgenden nicht gruppierten Dockerfile-Beispieldatei wird Python für Windows heruntergeladen, installiert und die heruntergeladene Setup Datei entfernt, nachdem die Installation abgeschlossen ist. In dieser Dockerfile-Datei erhält jede Aktion eine eigene RUN-Anweisung.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell.exe -Command Invoke-WebRequest "https://www.python.org/ftp/python/3.5.1/python-3.5.1.exe" -OutFile c:\python-3.5.1.exe
RUN powershell.exe -Command Start-Process c:\python-3.5.1.exe -ArgumentList '/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1' -Wait
RUN powershell.exe -Command Remove-Item c:\python-3.5.1.exe -Force
Das resultierende Image besteht aus drei zusätzliche Ebenen, einer für jede RUN-Anweisung.
docker history doc-example-1
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
a395ca26777f 15 seconds ago cmd /S /C powershell.exe -Command Remove-Item 24.56 MB
6c137f466d28 28 seconds ago cmd /S /C powershell.exe -Command Start-Proce 178.6 MB
957147160e8d 3 minutes ago cmd /S /C powershell.exe -Command Invoke-WebR 125.7 MB
Das zweite Beispiel ist eine Dockerfile-Datei, die genau denselben Vorgang ausführt. Alle zusammengehörigen Aktionen wurden jedoch unter einer einzigen RUN-Anweisung gruppiert. Jeder Schritt in der RUN-Anweisung befindet sich in einer neuen Zeile der Dockerfile-Datei, wobei der Zeilenumbruch mit dem Zeichen „\“ erfolgt.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell.exe -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
Invoke-WebRequest https://www.python.org/ftp/python/3.5.1/python-3.5.1.exe -OutFile c:\python-3.5.1.exe ; \
Start-Process c:\python-3.5.1.exe -ArgumentList '/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1' -Wait ; \
Remove-Item c:\python-3.5.1.exe -Force
Das sich ergebende Image besitzt nur eine zusätzlichen Ebene für die RUN-Anweisung.
docker history doc-example-2
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
69e44f37c748 54 seconds ago cmd /S /C powershell.exe -Command $ErrorAct 216.3 MB
Entfernen überflüssiger Dateien
Wenn eine Datei in ihrer Dockerfile-Datei vorhanden ist (z. B. ein Installer), die Sie nicht mehr benötigen, nachdem sie verwendet wurde, können Sie sie entfernen, um die Imagegröße zu verringern. Dies muss in dem gleichen Schritt erfolgen, in dem die Datei in die Imageebene kopiert wurde. So wird verhindert, dass die Datei auf einer niedrigeren Imageebene beibehalten wird.
In der folgenden Dockerfile-Beispieldatei wird das Python-Paket heruntergeladen, ausgeführt und dann entfernt. Dies alles wird in einem einzigen RUN-Vorgang ausgeführt und resultiert in einer einzelnen Imageebene.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell.exe -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
Invoke-WebRequest https://www.python.org/ftp/python/3.5.1/python-3.5.1.exe -OutFile c:\python-3.5.1.exe ; \
Start-Process c:\python-3.5.1.exe -ArgumentList '/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1' -Wait ; \
Remove-Item c:\python-3.5.1.exe -Force
Optimieren der Buildgeschwindigkeit
Mehrere Zeilen
Sie können Vorgänge in mehrere einzelne Anweisungen aufteilen, um die Docker build-Geschwindigkeit zu optimieren. Mehrere RUN-Vorgänge erhöhen die Zwischenspeicherungseffektivität, weil einzelne Ebenen für jede RUN-Anweisung erstellt werden. Wenn eine identische Anweisung bereits in einem anderen Docker build-Vorgang ausgeführt wurde, wird dieser zwischengespeicherte Vorgang (Imageebene) erneut verwendet und führt zu einer verringerten Docker build-Laufzeit.
Im folgenden Beispiel werden sowohl Apache als auch die verteilbaren Pakete von Visual Studio heruntergeladen, installiert und dann bereinigt, indem nicht benötigte Dateien entfernt werden. Dies alles erfolgt mit einer einzigen RUN-Anweisung. Wenn eine dieser Aktionen aktualisiert wird, werden alle Aktionen erneut ausgeführt.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell -Command \
# Download software ; \
wget https://www.apachelounge.com/download/VC11/binaries/httpd-2.4.18-win32-VC11.zip -OutFile c:\apache.zip ; \
wget "https://download.microsoft.com/download/1/6/B/16B06F60-3B20-4FF2-B699-5E9B7962F9AE/VSU_4/vcredist_x86.exe" -OutFile c:\vcredist.exe ; \
wget -Uri http://windows.php.net/downloads/releases/php-5.5.33-Win32-VC11-x86.zip -OutFile c:\php.zip ; \
# Install Software ; \
Expand-Archive -Path c:\php.zip -DestinationPath c:\php ; \
Expand-Archive -Path c:\apache.zip -DestinationPath c:\ ; \
Start-Process c:\vcredist.exe -ArgumentList '/quiet' -Wait ; \
# Remove unneeded files ; \
Remove-Item c:\apache.zip -Force; \
Remove-Item c:\vcredist.exe -Force; \
Remove-Item c:\php.zip
Das sich ergebende Image weist zwei Ebenen auf: eine Ebene für das Betriebssystem-Basisimage und eine Ebene, die alle Vorgänge aus der einzelnen RUN-Anweisung enthält.
docker history doc-sample-1
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
9bdf3a21fd41 8 minutes ago cmd /S /C powershell -Command Invoke-WebR 205.8 MB
6801d964fda5 5 months ago 0 B
Zum Vergleich sehen Sie hier die gleichen Aktionen auf drei RUN-Anweisungen verteilt. In diesem Fall wird jede RUN-Anweisung in einer Containerimageebene zwischengespeichert, und nur solche, die geändert wurden, müssen in nachfolgenden Dockerfile-Builds neu ausgeführt werden.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
wget https://www.apachelounge.com/download/VC11/binaries/httpd-2.4.18-win32-VC11.zip -OutFile c:\apache.zip ; \
Expand-Archive -Path c:\apache.zip -DestinationPath c:\ ; \
Remove-Item c:\apache.zip -Force
RUN powershell -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
wget "https://download.microsoft.com/download/1/6/B/16B06F60-3B20-4FF2-B699-5E9B7962F9AE/VSU_4/vcredist_x86.exe" -OutFile c:\vcredist.exe ; \
Start-Process c:\vcredist.exe -ArgumentList '/quiet' -Wait ; \
Remove-Item c:\vcredist.exe -Force
RUN powershell -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
wget http://windows.php.net/downloads/releases/php-5.5.33-Win32-VC11-x86.zip -OutFile c:\php.zip ; \
Expand-Archive -Path c:\php.zip -DestinationPath c:\php ; \
Remove-Item c:\php.zip -Force
Das sich ergebende Image besteht aus vier Ebenen: einer Ebene für das Betriebssystem-Basisimage und jede der drei RUN-Anweisungen. Da jede RUN-Anweisung in einer eigenen Ebene ausgeführt wurde, verwenden alle nachfolgenden Ausführungen dieser Dockerfile-Datei oder eines identischen Satzes von Anweisungen in einer anderen Dockerfile-Datei die zwischengespeicherte Imageebene, wodurch die Buildzeit reduziert wird.
docker history doc-sample-2
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
ddf43b1f3751 6 days ago cmd /S /C powershell -Command Sleep 2 ; Inv 127.2 MB
d43abb81204a 7 days ago cmd /S /C powershell -Command Sleep 2 ; Inv 66.46 MB
7a21073861a1 7 days ago cmd /S /C powershell -Command Sleep 2 ; Inv 115.8 MB
6801d964fda5 5 months ago
Es ist wichtig, wie Sie die Anweisungen anordnen, wenn Sie mit Imagecaches arbeiten, wie Sie im nächsten Abschnitt sehen werden.
Anordnen von Anweisungen
Eine Dockerfile-Datei wird von oben nach unten verarbeitet und jede Anweisung mit den zwischengespeicherten Ebenen verglichen. Wenn eine Anweisung gefunden wird, der keine zwischengespeicherte Ebene zugeordnet ist, werden diese Anweisung und alle nachfolgenden Anweisungen in neuen Containerimageebenen verarbeitet. Aus diesem Grund ist die Reihenfolge wichtig, in der die Anweisungen platziert werden. Platzieren Sie Anweisungen, die konstant bleiben werden, im oberen Teil der Dockerfile-Datei. Platzieren Sie Anweisungen, die sich ändern könnten, im unteren Teil der Dockerfile-Datei. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass der vorhandene Cache negiert wird.
Die folgenden Beispiele zeigen, wie die Reihenfolge von Dockerfile-Anweisungen die Wirksamkeit des Zwischenspeichers beeinflussen kann. Diese einfache Dockerfile-Beispieldatei weist vier nummerierte Ordner auf.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN mkdir test-1
RUN mkdir test-2
RUN mkdir test-3
RUN mkdir test-4
Das sich ergebende Image besteht aus fünf Ebenen: einer Ebene für das Betriebssystem-Basisimage und jede RUN-Anweisung.
docker history doc-sample-1
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
afba1a3def0a 38 seconds ago cmd /S /C mkdir test-4 42.46 MB
86f1fe772d5c 49 seconds ago cmd /S /C mkdir test-3 42.35 MB
68fda53ce682 About a minute ago cmd /S /C mkdir test-2 6.745 MB
5e5aa8ba1bc2 About a minute ago cmd /S /C mkdir test-1 7.12 MB
6801d964fda5 5 months ago 0 B
Diese nächste Dockerfile-Datei wurde nun geringfügig geändert, wobei die dritte RUN-Anweisung in eine neue Datei geändert wurde. Wenn Docker Build mit dieser Dockerfile-Datei ausgeführt wird, verwenden die ersten drei Anweisungen, die mit denen im letzten Beispiel identisch sind, zwischengespeicherte Imageebenen. Aber da die geänderte RUN-Anweisung nicht zwischengespeichert wurde, wird eine neue Ebene für die geänderte Anweisung und alle nachfolgenden Anweisungen erstellt.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN mkdir test-1
RUN mkdir test-2
RUN mkdir test-5
RUN mkdir test-4
Wenn Sie die Image-IDs des neuen Images mit denen im ersten Beispiel dieses Abschnitts vergleichen, werden Sie feststellen, dass die ersten drei Ebenen von unten nach oben gemeinsam verwendet werden, die vierte und fünfte Ebene aber jeweils eindeutig ist.
docker history doc-sample-2
IMAGE CREATED CREATED BY SIZE COMMENT
c92cc95632fb 28 seconds ago cmd /S /C mkdir test-4 5.644 MB
2f05e6f5c523 37 seconds ago cmd /S /C mkdir test-5 5.01 MB
68fda53ce682 3 minutes ago cmd /S /C mkdir test-2 6.745 MB
5e5aa8ba1bc2 4 minutes ago cmd /S /C mkdir test-1 7.12 MB
6801d964fda5 5 months ago 0 B
Kosmetische Optimierung
Groß-/Kleinschreibung der Anweisung
Bei Dockerfile-Anweisungen wird nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden, üblicherweise werden jedoch Großbuchstaben verwendet. Dies verbessert die Lesbarkeit durch die Unterscheidung zwischen Anweisungsaufruf und Anweisungsvorgang. Die folgenden beiden Beispiele vergleichen eine Dockerfile-Datei ohne Großbuchstaben mit einer Dockerfile-Datei mit Großbuchstaben.
Das folgende Beispiel zeigt eine Dockerfile-Datei ohne Großbuchstaben:
# Sample Dockerfile
from mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
run dism /online /enable-feature /all /featurename:iis-webserver /NoRestart
run echo "Hello World - Dockerfile" > c:\inetpub\wwwroot\index.html
cmd [ "cmd" ]
Im Folgenden sehen Sie die gleiche Dockerfile-Datei, in der Großbuchstaben verwendet werden:
# Sample Dockerfile
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN dism /online /enable-feature /all /featurename:iis-webserver /NoRestart
RUN echo "Hello World - Dockerfile" > c:\inetpub\wwwroot\index.html
CMD [ "cmd" ]
Zeilenumbruch
Lange und komplexe Vorgänge können mit dem umgekehrten Schrägstrich (\) auf mehrere Zeilen verteilt werden. Die folgende Dockerfile-Datei installiert das verteilbare Paket von Visual Studio, entfernt die Dateien des Installationsprogramms und erstellt dann eine Konfigurationsdatei. Alle diese drei Vorgänge werden in einer Zeile angegeben.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell -Command c:\vcredist_x86.exe /quiet ; Remove-Item c:\vcredist_x86.exe -Force ; New-Item c:\config.ini
Der Befehl kann durch umgekehrte Schrägstriche unterteilt werden, damit jeder Vorgang der einen RUN-Anweisung in einer eigenen Zeile angegeben wird.
FROM mcr.microsoft.com/windows/servercore:ltsc2019
RUN powershell -Command \
$ErrorActionPreference = 'Stop'; \
Start-Process c:\vcredist_x86.exe -ArgumentList '/quiet' -Wait ; \
Remove-Item c:\vcredist_x86.exe -Force ; \
New-Item c:\config.ini
Weitere Informationen und Referenzen
Bewährte Methoden zum Schreiben von Dockerfile-Dateien auf Docker.com