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TB一周萃选[第4期]

本文是首发于个人微信公众号的文章“TB一周萃选[第4期]”的归档。

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孩子,我要求你读书用功,不是因为我要你跟别人比成绩,而是因为,我希望你将来会拥有选择的权利,选择有意义、有时间的工作,而不是被迫谋生。当你的工作在你心中有意义,你就有成就感。当你的工作给你时间,不剥夺你的生活,你就有尊严。成就感和尊严,给你快乐。——龙应台 《亲爱的安德烈》

这两天中原大地的一场大雪正式宣告了深冬的到来。小寒节气已过,我们即将经历“三九天”的严寒。不过在这种寒冷的天气下,有一群人却不以为然,他们仍然绽放着天真无邪的笑脸,那就是低年级的孩子们,因为寒假来了

寒假意味着孩子们的阶段性“解脱”,因为中国孩子的学习是很辛苦的,而且这种“辛苦程度”丝毫没有减弱的趋势。就在刚才开车回家的路上还碰到一辆高中放学的校车,此时的时间已经指向了晚上20:30。这勾起了我高中时代的回忆,只不过那时我没有校车坐,而是自己骑车披星戴月地上下学。现在的我作为一名家长或多或少还是了解一些小学教育的实际情况的。就拿我家闺女来说吧,(市重点)小学二年级学生,平时还好些,一到期末复习阶段(一般提前一个月课程就学完了),几乎每天都在“刷题”,有时一天能刷五六张“大卷纸”。多么美好的校园童年时光,就在这“题海”中消耗了!

不得不承认,近三十年来,中国教育在硬件设施、教育普及程度是大幅提升了,但教育理念和方式方法依旧落后,甚至原地踏步。我的一种赶脚:中国现在不缺顶尖科学家、不缺顶尖工程师,不缺顶尖的工匠,唯独缺少的是顶尖的、能够影响社会、能够影响领导层决策的教育大家。

寒假即将开始,希望像我闺女一样的众多小朋友们能在这个寒假中开开心心地做一些自己想做的事情。

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一、一周文章精粹

1. C语言当选2017 TIBOE年度编程语言

时间飞逝!大脑中还满满是去年Go语言当选TIBOE年度编程语言的情景。在刚刚公布的2017年TIBOE年度编程语言中,老当益壮的C语言战胜了新秀Kotlin当选年度语言。C语言的当选,一方面反映了其他主流编程语言在2016年的表现不是很给力,另外一方面也说明了快速发展的制造行业、智能机器行业中,C语言的应用十分广泛。

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2. The Why of Go

Travis CI的Infrastructure工程师Carmen Andoh 从编程语言发展演化的角度讲述了Go的诞生的来龙去脉、Go的典型特性(并发、GC等)的设计考量及与其他主流语言的对比,137页的slides,内容很丰富。

原文链接:“The Why of Go”

3. Go 1.10解读

这是Gopher Academy BlogAdvent 2017系列的倒数第二篇文章,由gopherconeu和LondonGophers的联合发起人Florin Pățan(dlsniper)撰文对即将发布的Go 1.10的变化做了详尽说明,有些类似Go 1.10 release notes,但又有不同。

原文链接:“Go 1.10″

4. 使用istio治理微服务入门

做了一年多微服务开发,感受到了微服务的好,也困惑于微服务治理之痛。Service Mesh概念的出现,尤其是istio项目的发布让我眼前一亮。迎着2018年第一缕阳光,我亲自动手验证了如何使用istio治理微服务,虽说还不成熟,但未来可期。

原文链接:“使用istio治理微服务入门”

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5. 2018,关于区块链的18个预测

2017年,比特币价格像坐上了火箭,年底冲破20000美元大关。这让比特币背后的技术-区块链再次成为人们关注的焦点。国外专业人士提出了关于区块链在2018的18个预测,建议大家不妨看看,不要失去下一个风口哦!

原文链接:“18 Blockchain Predictions for 2018”

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6. Kubernetes入门教程

这是由一位Google Cloud Platform的员工编写的Kubernetes入门教程!

原文链接:“Kubernetes 101: Pods, Nodes, Containers, and Clusters”

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二、一周资料分享

1. Conduit官方文档中文版

在istio项目发布之后,service mesh概念的提出者、Buoyant公司的William Morgan在Kubecon 2017 austin大会上宣布发布Conduit项目。Conduit是Buoyant公司继linkerd之后的第二代专门面向Kubernetes的超轻量Service Mesh开源项目,它的控制平台由Go实现,数据平面则由Rust实现。这也是buoyant公司在service mesh针对istio项目的反制措施。servicemesh中文社区对conduit文档做了翻译。

资料分享链接:“Conduit官方文档中文版”

三、一周工具推荐

1. Android上运行linux环境的神器:Termux

Termux是一个Android terminal emulator,可以像那些terminal工具一样,提供基本的shell操作命令;除此之外它还可以提供一套模拟的Linux环境,你可以在无需root、无需root、无需root的情况下,像在PC linux环境下一样进行各种Linux操作,包括使用apt工具进行安装包管理、定制shell、访问网络、编写源码、编译和运行程序,甚至将手机作为反向代理、负载均衡服务器或是Web服务器,又或是做一些羞羞的hack行为等。

工具链接:Termux

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四、一周图书推荐

1. 21本关于开源的必读书单

2017岁尾,Linux Foundation上发表了一篇博客,给出了一份开源项目开发者、爱好者、企业开源程序负责人必读的书单。这些书涵盖开源项目开发、组织、工具使用、开源项目使用、社区维护、商业模式等诸多领域。

书单链接:“The Essential Open Source Reading List: 21 Must-Read Books”


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理解Docker的多阶段镜像构建

Docker技术从2013年诞生到目前已经4年有余了。对于已经接纳和使用Docker技术在日常开发工作中的开发者而言,构建Docker镜像已经是家常便饭。但这是否意味着Docker的image构建机制已经相对完美了呢?不是的,Docker官方依旧在持续优化镜像构建机制。这不,从今年发布的Docker 17.05版本起,Docker开始支持容器镜像的多阶段构建(multi-stage build)了。

什么是镜像多阶段构建呢?直接给出概念定义太突兀,这里先卖个关子,我们先从日常开发中用到的镜像构建的方式和所遇到的镜像构建的问题说起。

一、同构的镜像构建

我们在做镜像构建时的一个常见的场景就是:应用在开发者自己的开发机或服务器上直接编译,编译出的二进制程序再打入镜像。这种情况一般要求编译环境与镜像所使用的base image是兼容的,比如说:我在Ubuntu 14.04上编译应用,并将应用打入基于ubuntu系列base image的镜像。这种构建我称之为“同构的镜像构建”,因为应用的编译环境与其部署运行的环境是兼容的:我在Ubuntu 14.04下编译出来的应用,可以基本无缝地在基于ubuntu:14.04及以后版本base image镜像(比如:16.04、16.10、17.10等)中运行;但在不完全兼容的base image中,比如centos中就可能会运行失败。

1、同构镜像构建举例

这里举个同构镜像构建的例子(后续的章节也是基于这个例子的),注意:我们的编译环境为Ubuntu 16.04 x86_64虚拟机、Go 1.8.3和docker 17.09.0-ce

我们用一个Go语言中最常见的http server作为例子:

// github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/isomorphism/httpserver.go
package main

import (
        "net/http"
        "log"
        "fmt"
)

func home(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        w.Write([]byte("Welcome to this website!\n"))
}

func main() {
        http.HandleFunc("/", home)
        fmt.Println("Webserver start")
        fmt.Println("  -> listen on port:1111")
        err := http.ListenAndServe(":1111", nil)
        if err != nil {
                log.Fatal("ListenAndServe:", err)
        }
}

编译这个程序:

# go build -o myhttpserver httpserver.go
# ./myhttpserver
Webserver start
  -> listen on port:1111

这个例子看起来很简单,也没几行代码,但背后Go net/http包在底层做了大量的事情,包括很多系统调用,能够反映出应用与操作系统的“耦合”,这在后续的讲解中会体现出来。接下来我们就来为这个程序构建一个docker image,并基于这个image来启动一个myhttpserver容器。我们选择ubuntu:14.04作为base image:

// github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/isomorphism/Dockerfile
From ubuntu:14.04

COPY ./myhttpserver /root/myhttpserver
RUN chmod +x /root/myhttpserver

WORKDIR /root
ENTRYPOINT ["/root/myhttpserver"]

执行构建:

# docker build -t myrepo/myhttpserver:latest .
Sending build context to Docker daemon  5.894MB
Step 1/5 : FROM ubuntu:14.04
 ---> dea1945146b9
Step 2/5 : COPY ./myhttpserver /root/myhttpserver
 ---> 993e5129c081
Step 3/5 : RUN chmod +x /root/myhttpserver
 ---> Running in 104d84838ab2
 ---> ebaeca006490
Removing intermediate container 104d84838ab2
Step 4/5 : WORKDIR /root
 ---> 7afdc2356149
Removing intermediate container 450ccfb09ffd
Step 5/5 : ENTRYPOINT /root/myhttpserver
 ---> Running in 3182766e2a68
 ---> 77f315e15f14
Removing intermediate container 3182766e2a68
Successfully built 77f315e15f14
Successfully tagged myrepo/myhttpserver:latest

# docker images
REPOSITORY            TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myrepo/myhttpserver   latest              77f315e15f14        18 seconds ago      200MB

# docker run myrepo/myhttpserver
Webserver start
  -> listen on port:1111

以上是最基本的image build方法。

接下来,我们可能会遇到如下需求:
* 搭建一个Go程序的构建环境有时候是很耗时的,尤其是对那些依赖很多第三方开源包的Go应用来说,下载包就需要很长时间。我们最好将这些易变的东西统统打包到一个用于Go程序构建的builder image中;
* 我们看到上面我们构建出的myrepo/myhttpserver image的SIZE是200MB,这似乎有些过于“庞大”了。虽然每个主机node上的docker有cache image layer的能力,但我们还是希望能build出更加精简短小的image。

2、借助golang builder image

Docker Hub上提供了一个带有go dev环境的官方golang image repository,我们可以直接使用这个golang builder image来辅助构建我们的应用image;对于一些对第三方包依赖较多的Go应用,我们也可以以这个golang image为base image定制我们自己的专用builder image。

我们基于golang:latest这个base image构建我们的golang-builder image,我们编写一个Dockerfile.build用于build golang-builder image:

// github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/isomorphism/Dockerfile.build
FROM golang:latest

WORKDIR /go/src
COPY httpserver.go .

RUN go build -o myhttpserver ./httpserver.go

在同目录下构建golang-builder image:

# docker build -t myrepo/golang-builder:latest -f Dockerfile.build .
Sending build context to Docker daemon  5.895MB
Step 1/4 : FROM golang:latest
 ---> 1a34fad76b34
Step 2/4 : WORKDIR /go/src
 ---> 2361824677d3
Removing intermediate container 01d8f4e9f0c4
Step 3/4 : COPY httpserver.go .
 ---> 1ff14bb0bc56
Step 4/4 : RUN go build -o myhttpserver ./httpserver.go
 ---> Running in 37a1b76b7b9e
 ---> 2ac5347bb923
Removing intermediate container 37a1b76b7b9e
Successfully built 2ac5347bb923
Successfully tagged myrepo/golang-builder:latest

REPOSITORY              TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myrepo/golang-builder   latest              2ac5347bb923        3 minutes ago       739MB

接下来,我们就基于golang-builder中已经build完毕的myhttpserver来构建我们最终的应用image:

# docker create --name appsource myrepo/golang-builder:latest
# docker cp appsource:/go/src/myhttpserver ./
# docker rm -f appsource
# docker rmi myrepo/golang-builder:latest
# docker build -t myrepo/myhttpserver:latest .

这段命令的逻辑就是从基于golang-builder image启动的容器appsource中将已经构建完毕的myhttpserver拷贝到主机当前目录中,然后删除临时的container appsource以及上面构建的那个golang-builder image;最后的步骤和第一个例子一样,基于本地目录中的已经构建完的myhttpserver构建出最终的image。为了方便,你也可以将这一系列命令放到一个Makefile中去。

3、使用size更小的alpine image

builder image并不能帮助我们为最终的应用image“减重”,myhttpserver image的Size依旧停留在200MB。要想“减重”,我们需要更小的base image,我们选择了alpineAlpine image的size不到4M,再加上应用的size,最终应用Image的Size估计可以缩减到20M以下。

结合builder image,我们只需将Dockerfile的base image改为alpine:latest:

// github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/isomorphism/Dockerfile.alpine

From alpine:latest

COPY ./myhttpserver /root/myhttpserver
RUN chmod +x /root/myhttpserver

WORKDIR /root
ENTRYPOINT ["/root/myhttpserver"]

构建alpine版应用image:

# docker build -t myrepo/myhttpserver-alpine:latest -f Dockerfile.alpine .
Sending build context to Docker daemon  6.151MB
Step 1/5 : FROM alpine:latest
 ---> 053cde6e8953
Step 2/5 : COPY ./myhttpserver /root/myhttpserver
 ---> ca0527a62d39
Step 3/5 : RUN chmod +x /root/myhttpserver
 ---> Running in 28d0a8a577b2
 ---> a3833af97b5e
Removing intermediate container 28d0a8a577b2
Step 4/5 : WORKDIR /root
 ---> 667345b78570
Removing intermediate container fa59883e9fdb
Step 5/5 : ENTRYPOINT /root/myhttpserver
 ---> Running in adcb5b976ca3
 ---> 582fa2aedc64
Removing intermediate container adcb5b976ca3
Successfully built 582fa2aedc64
Successfully tagged myrepo/myhttpserver-alpine:latest

# docker images
REPOSITORY                   TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myrepo/myhttpserver-alpine   latest              582fa2aedc64        4 minutes ago       16.3MB

16.3MB,Size的确降下来了!我们基于该image启动一个容器,看应用运行是否有什么问题:

# docker run myrepo/myhttpserver-alpine:latest
standard_init_linux.go:185: exec user process caused "no such file or directory"

容器启动失败了!为什么呢?因为alpine image并非ubuntu环境的同构image。我们在下面详细说明。

二、异构的镜像构建

我们的image builder: myrepo/golang-builder:latest是基于golang:latest这个image。golang base image有两个模板:Dockerfile-debain.template和Dockerfile-alpine.template。而golang:latest是基于debian模板的,与ubuntu兼容。构建出来的myhttpserver对动态共享链接库的情况如下:

 # ldd myhttpserver
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffd0c355000)
    libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0 (0x00007ffa8b36f000)
    libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ffa8afa5000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x000055605ea5d000)

debian系的linux distribution使用了glibc。但alpine则不同,alpine使用的是musl libc的实现,因此当我们运行上面的那个容器时,加载器因找不到myhttpserver依赖的libc.so.6而失败退出。

这种构建环境与运行环境不兼容的情况我这里称之为“异构的镜像构建”。那么如何解决这个问题呢?我们继续看:

1、静态构建

在主流编程语言中,Go的移植性已经是数一数二的了,尤其是Go 1.5之后,Go将runtime中的C代码都用Go重写了,对libc的依赖已经降到最低了,但仍有一些feature提供了两个版本的实现:C实现和Go实现。并且默认情况下,即在CGO_ENABLED=1的情况下,程序和预编译的标准库都采用了C的实现。关于这方面的详细论述请参见我之前写的《也谈Go的可移植性》一文,这里就不赘述了。于是采用了不同libc实现的debian系和alpine系自然存在不兼容的情况。要解决这个问题,我们首先考虑对Go程序进行静态构建,然后将静态构建后的Go应用放入alpine image中。

我们修改一下Dockerfile.build,在编译Go源文件时加上CGO_ENABLED=0:

// github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/heterogeneous/Dockerfile.build

FROM golang:latest

WORKDIR /go/src
COPY httpserver.go .

RUN CGO_ENABLED=0 go build -o myhttpserver ./httpserver.go

构建这个builder image:

# docker build -t myrepo/golang-static-builder:latest -f Dockerfile.build .
Sending build context to Docker daemon  4.096kB
Step 1/4 : FROM golang:latest
 ---> 1a34fad76b34
Step 2/4 : WORKDIR /go/src
 ---> 593cd9692019
Removing intermediate container ee005d487ad5
Step 3/4 : COPY httpserver.go .
 ---> a095eb69e716
Step 4/4 : RUN CGO_ENABLED=0 go build -o myhttpserver ./httpserver.go
 ---> Running in d9f3b3a6c36c
 ---> c06fe8dccbad
Removing intermediate container d9f3b3a6c36c
Successfully built c06fe8dccbad
Successfully tagged myrepo/golang-static-builder:latest

# docker images
REPOSITORY                     TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myrepo/golang-static-builder   latest              c06fe8dccbad        31 seconds ago      739MB

接下来,我们再基于golang-static-builder中已经build完毕的静态连接的myhttpserver来构建我们最终的应用image:

# docker create --name appsource myrepo/golang-static-builder:latest
# docker cp appsource:/go/src/myhttpserver ./
# ldd myhttpserver
    not a dynamic executable
# docker rm -f appsource
# docker rmi myrepo/golang-static-builder:latest
# docker build -t myrepo/myhttpserver-alpine:latest -f Dockerfile.alpine .

运行新image:

# docker run myrepo/myhttpserver-alpine:latest
Webserver start
  -> listen on port:1111

Note: 我们可以用strace来证明静态连接时Go只使用的是Go自己的runtime实现,而并未使用到libc.a中的代码:

# CGO_ENABLED=0 strace -f go build httpserver.go 2>&1 | grep open | grep -o '/.*\.a'  > go-static-build-strace-file-open.txt

打开go-static-build-strace-file-open.txt文件查看文件内容,你不会找到libc.a这个文件(在Ubuntu下,一般libc.a躺在/usr/lib/x86_64-linux-gnu/下面),这说明go build根本没有尝试去open libc.a文件并获取其中的符号定义。

2、使用alpine golang builder

我们的Go应用运行在alpine based的container中,我们可以使用alpine golang builder来构建我们的应用(无需静态链接)。前面提到过golang有alpine模板:

REPOSITORY                   TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
golang                       alpine              9e3f14138abd        7 days ago          269MB

alpine版golang builder的Dockerfile内容如下:

//github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/heterogeneous/Dockerfile.alpine.build

FROM golang:alpine

WORKDIR /go/src
COPY httpserver.go .

RUN go build -o myhttpserver ./httpserver.go

后续的操作与前面golang builder的操作并不二致:利用alpine golang builder构建我们的应用,并将其打入alpine image,这里就不赘述了。

三、多阶段镜像构建:提升开发者体验

在Docker 17.05以前,我们都是像上面那样构建镜像的。你会发现即便采用异构image builder模式,我们也要维护两个Dockerfile,并且还要在docker build命令之外执行一些诸如从容器内copy应用程序、清理build container和build image等的操作。Docker社区看到了这个问题,于是实现了多阶段镜像构建机制(multi-stage)。

我们先来看一下针对上面例子,multi-stage build所使用Dockerfile:

//github.com/bigwhite/experiments/multi_stage_image_build/multi_stages/Dockerfile

FROM golang:alpine as builder

WORKDIR /go/src
COPY httpserver.go .

RUN go build -o myhttpserver ./httpserver.go

From alpine:latest

WORKDIR /root/
COPY --from=builder /go/src/myhttpserver .
RUN chmod +x /root/myhttpserver

ENTRYPOINT ["/root/myhttpserver"]

看完这个Dockerfile的内容,你的第一赶脚是不是把之前的两个Dockerfile合并在一块儿了,每个Dockerfile单独作为一个“阶段”!事实也是这样,但这个Docker也多了一些新的语法形式,用于建立各个“阶段”之间的联系。针对这样一个Dockerfile,我们应该知道以下几点:

  • 支持Multi-stage build的Dockerfile在以往的多个build阶段之间建立内在连接,让后一个阶段构建可以使用前一个阶段构建的产物,形成一条构建阶段的chain;
  • Multi-stages build的最终结果仅产生一个image,避免产生冗余的多个临时images或临时容器对象,这正是我们所需要的:我们只要结果。

我们来使用multi-stage来build一下上述例子:

# docker build -t myrepo/myhttserver-multi-stage:latest .
Sending build context to Docker daemon  3.072kB
Step 1/9 : FROM golang:alpine as builder
 ---> 9e3f14138abd
Step 2/9 : WORKDIR /go/src
 ---> Using cache
 ---> 7a99431d1be6
Step 3/9 : COPY httpserver.go .
 ---> 43a196658e09
Step 4/9 : RUN go build -o myhttpserver ./httpserver.go
 ---> Running in 9e7b46f68e88
 ---> 90dc73912803
Removing intermediate container 9e7b46f68e88
Step 5/9 : FROM alpine:latest
 ---> 053cde6e8953
Step 6/9 : WORKDIR /root/
 ---> Using cache
 ---> 30d95027ee6a
Step 7/9 : COPY --from=builder /go/src/myhttpserver .
 ---> f1620b64c1ba
Step 8/9 : RUN chmod +x /root/myhttpserver
 ---> Running in e62809993a22
 ---> 6be6c28f5fd6
Removing intermediate container e62809993a22
Step 9/9 : ENTRYPOINT /root/myhttpserver
 ---> Running in e4000d1dde3d
 ---> 639cec396c96
Removing intermediate container e4000d1dde3d
Successfully built 639cec396c96
Successfully tagged myrepo/myhttserver-multi-stage:latest

# docker images
REPOSITORY                       TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myrepo/myhttserver-multi-stage   latest              639cec396c96        About an hour ago   16.3MB

我们来Run一下这个image:

# docker run myrepo/myhttserver-multi-stage:latest
Webserver start
  -> listen on port:1111

四、小结

多阶段镜像构建可以让开发者通过一个Dockerfile,一次性地、更容易地构建出size较小的image,体验良好并且更容易接入CI/CD等自动化系统。不过当前多阶段构建仅是在Docker 17.05及之后的版本中才能得到支持。如果想学习和实践这方面功能,但又没有环境,可以使用play-with-docker提供的实验环境。

img{512x368}
Play with Docker labs

以上所有示例代码可以在这里下载到。


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