Docker Build 概述

Docker Build 是 Docker 的核心功能之一，用于从 Dockerfile 构建容器镜像。本文将介绍 Docker Build 的基本概念、工作流程和主要特性。

构建系统演进

1.1 传统构建器

Docker 早期版本使用传统的构建器：

传统构建器架构：
┌─────────────────────────────────────────┐
│           Docker Client                  │
└─────────────┬───────────────────────────┘
              │ 发送构建上下文
              ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│           Docker Daemon                  │
│  ┌─────────────────────────────────┐   │
│  │      Legacy Builder              │   │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐      │   │
│  │  │ Parser  │  │ Executor│      │   │
│  │  │(Dockerfile│ │(Sequential│    │   │
│  │  │ parsing)│  │ execution)│    │   │
│  │  └─────────┘  └─────────┘      │   │
│  └─────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────┘

特点：

顺序执行指令
有限的缓存机制
不支持并行构建
功能相对简单

1.2 BuildKit 构建器

BuildKit 是新一代构建工具，从 Docker 18.09 开始引入：

BuildKit 架构：
┌─────────────────────────────────────────┐
│           Docker Client                  │
└─────────────┬───────────────────────────┘
              │ gRPC / LLB
              ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│           BuildKit Daemon                │
│  ┌─────────────────────────────────┐   │
│  │      Frontend (Dockerfile)       │   │
│  │  - 解析 Dockerfile               │   │
│  │  - 生成 LLB (Low Level Builder)  │   │
│  └─────────────────────────────────┘   │
│                   │                     │
│                   ▼                     │
│  ┌─────────────────────────────────┐   │
│  │      Solver (DAG Executor)       │   │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐      │   │
│  │  │ Parallel│  │  Cache  │      │   │
│  │  │Execution│  │ Manager │      │   │
│  │  └─────────┘  └─────────┘      │   │
│  └─────────────────────────────────┘   │
│                   │                     │
│                   ▼                     │
│  ┌─────────────────────────────────┐   │
│  │      Worker (Snapshotter)        │   │
│  │  - overlay2 / btrfs / zfs       │   │
│  └─────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────┘

BuildKit 优势：

特性	传统构建器	BuildKit
并发执行	❌	✅
高级缓存	有限	完整
多平台构建	❌	✅
秘密挂载	❌	✅
SSH 转发	❌	✅
缓存导出	❌	✅
分布式构建	❌	✅

1.3 启用 BuildKit

bash

# 方法 1: 环境变量
export DOCKER_BUILDKIT=1

# 方法 2: daemon.json 配置
{
  "features": {
    "buildkit": true
  }
}

# 方法 3: 构建命令
DOCKER_BUILDKIT=1 docker build .

# Docker 23.0+ BuildKit 默认启用

构建流程

2.1 标准构建流程

构建流程：

1. 发送构建上下文
   ├─ 读取 .dockerignore
   ├─ 打包上下文目录
   └─ 发送到 Docker Daemon
        │
        ▼
2. 解析 Dockerfile
   ├─ 词法分析
   ├─ 语法分析
   └─ 生成指令序列
        │
        ▼
3. 执行构建指令
   ├─ FROM: 拉取基础镜像
   ├─ RUN: 创建容器执行命令
   ├─ COPY/ADD: 复制文件
   ├─ 提交层
   └─ 重复直到完成
        │
        ▼
4. 输出镜像
   ├─ 创建镜像配置
   ├─ 计算 digest
   └─ 存储到本地

2.2 BuildKit 构建流程

BuildKit 构建流程：

1. 前端解析
   ├─ Dockerfile 解析
   ├─ 生成 LLB 定义
   └─ 创建 DAG（有向无环图）
        │
        ▼
2. 求解器执行
   ├─ 分析依赖关系
   ├─ 并行执行独立节点
   ├─ 缓存查询
   └─ 懒加载（需要时拉取）
        │
        ▼
3. 工作器执行
   ├─ 执行具体操作
   ├─ 管理快照
   └─ 内容寻址存储
        │
        ▼
4. 导出结果
   ├─ 合并层
   ├─ 压缩
   └─ 输出到目标

2.3 构建命令详解

bash

# 基本构建
docker build -t myapp:1.0 .

# 指定 Dockerfile
docker build -f Dockerfile.prod -t myapp:1.0 .

# 指定构建上下文
docker build -t myapp:1.0 /path/to/context

# 从 URL 构建
docker build -t myapp:1.0 https://github.com/user/repo.git

# 从 tar 归档构建
docker build -t myapp:1.0 - < context.tar.gz

# 使用 stdin 构建
docker build -t myapp:1.0 -f- . < Dockerfile

2.4 构建选项

bash

docker build [选项] 路径 | URL | -

  -t, --tag list          # 镜像名称和标签
  -f, --file string       # Dockerfile 名称
  --build-arg list        # 构建参数
  --target string         # 构建目标（多阶段）
  --platform string       # 目标平台
  --no-cache              # 不使用缓存
  --pull                  # 始终拉取最新基础镜像
  --squash                # 压缩层（实验性）
  --label list            # 设置镜像标签
  --secret stringArray    # 秘密文件（BuildKit）
  --ssh stringArray       # SSH 代理（BuildKit）
  --output stringArray    # 输出目的地（BuildKit）
  --cache-from string     # 缓存源
  --cache-to string       # 缓存导出（BuildKit）
  --progress string       # 进度输出类型
  --quiet, -q             # 静默模式

构建上下文

3.1 什么是构建上下文

构建上下文是传递给 Docker 引擎的文件集合，用于构建镜像：

构建上下文：

项目目录/
├── .dockerignore      # 排除文件
├── Dockerfile         # 构建指令
├── package.json       # 依赖
├── src/               # 源代码
│   ├── index.js
│   └── utils.js
├── tests/             # 测试文件
└── docs/              # 文档

构建上下文大小 = 所有文件（除 .dockerignore 排除）

3.2 优化构建上下文

dockerignore

# .dockerignore 示例

# 忽略所有
**

# 允许必要文件
!package*.json
!src/
!public/
!tsconfig.json
!vite.config.ts

# 但忽略 src 中的测试文件
src/**/*.test.ts
src/**/*.spec.ts
src/**/__tests__/
src/**/__mocks__/

# 忽略开发文件
.git
.gitignore
.env
.env.local
README.md
CHANGELOG.md

# 忽略 IDE
.vscode
.idea
*.swp
*.swo

# 忽略依赖和构建产物
node_modules
dist
build
coverage
.nyc_output

3.3 构建上下文大小对比

项目类型	无 .dockerignore	有 .dockerignore	减小比例
Node.js	500 MB	50 MB	90%
Python	300 MB	30 MB	90%
Go	200 MB	20 MB	90%
Java	1 GB	100 MB	90%

3.4 远程构建上下文

bash

# Git 仓库
docker build https://github.com/user/repo.git

# Git 仓库特定分支
docker build https://github.com/user/repo.git#develop

# Git 仓库子目录
docker build https://github.com/user/repo.git#main:docker

# 压缩归档
docker build http://server/context.tar.gz

# 纯文本 Dockerfile
docker build -f- . <<EOF
FROM alpine
RUN echo "Hello"
EOF

构建缓存

4.1 缓存机制

缓存工作原理：

Dockerfile 指令：
  FROM node:18-alpine  ←─ 检查镜像是否存在
  WORKDIR /app         ←─ 检查层缓存
  COPY package*.json . ←─ 检查文件内容哈希
  RUN npm ci           ←─ 检查 RUN 命令和输入层
  COPY . .             ←─ 检查文件内容哈希
  RUN npm run build    ←─ 检查 RUN 命令和输入层

缓存键计算：
- 指令字符串
- 父层哈希
- 输入文件哈希（COPY/ADD）

4.2 缓存优化策略

dockerfile

# 策略 1: 将不经常变化的指令放在前面
FROM node:18-alpine
WORKDIR /app

# 先复制依赖文件（变化频率低）
COPY package*.json ./
RUN npm ci --only=production

# 后复制代码（变化频率高）
COPY . .

# 策略 2: 合并相关命令
RUN apt-get update && apt-get install -y \
    curl \
    git \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 策略 3: 使用特定版本
FROM node:18.17.1-alpine3.18

# 策略 4: 多阶段构建
FROM node:18-alpine AS builder
# ... 构建步骤

FROM node:18-alpine AS production
COPY --from=builder /app/dist ./dist

4.3 BuildKit 高级缓存

dockerfile

# syntax=docker/dockerfile:1

# 使用外部缓存
RUN --mount=type=cache,target=/root/.cache/pip \
    pip install -r requirements.txt

# 使用持久缓存
RUN --mount=type=cache,target=/root/.npm \
    npm ci

构建命令：

bash

# 导出缓存
docker buildx build \
  --cache-to type=local,dest=/tmp/.buildx-cache \
  -t myapp:latest .

# 导入缓存
docker buildx build \
  --cache-from type=local,src=/tmp/.buildx-cache \
  -t myapp:latest .

# 推送到仓库的缓存
docker buildx build \
  --cache-to type=registry,ref=myregistry/myapp:cache \
  --cache-from type=registry,ref=myregistry/myapp:cache \
  -t myregistry/myapp:latest \
  --push .

多平台构建

4.1 多平台构建概述

多平台构建：

单一 Dockerfile ──► 多平台镜像
                      ├── linux/amd64
                      ├── linux/arm64
                      ├── linux/arm/v7
                      └── windows/amd64

4.2 启用 Buildx

bash

# 创建 Buildx 构建器
docker buildx create --name mybuilder --use
docker buildx inspect --bootstrap

# 查看可用平台
docker buildx ls

# 输出示例：
# NAME/NODE    DRIVER/ENDPOINT             STATUS  PLATFORMS
# mybuilder *  docker-container
#   mybuilder0 unix:///var/run/docker.sock running linux/amd64, linux/arm64, linux/riscv64, ...

4.3 多平台构建示例

dockerfile

# syntax=docker/dockerfile:1
FROM --platform=$BUILDPLATFORM golang:1.21-alpine AS builder
ARG TARGETOS
ARG TARGETARCH
WORKDIR /app
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=$TARGETOS GOARCH=$TARGETARCH go build -o app

FROM alpine:3.18
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/app .
CMD ["./app"]

构建命令：

bash

# 构建多平台镜像
docker buildx build \
  --platform linux/amd64,linux/arm64,linux/arm/v7 \
  -t myapp:latest \
  --push .

# 构建并加载到本地（单平台）
docker buildx build \
  --platform linux/amd64 \
  -t myapp:latest \
  --load .

# 构建并导出为 OCI 目录
docker buildx build \
  --platform linux/amd64,linux/arm64 \
  -o type=oci,dest=./image.tar \
  .

4.4 平台变量

变量	说明	示例
`BUILDPLATFORM`	构建平台	`linux/amd64`
`TARGETPLATFORM`	目标平台	`linux/arm64`
`TARGETOS`	目标操作系统	`linux`
`TARGETARCH`	目标架构	`arm64`
`TARGETVARIANT`	目标变体	`v8`

导出选项

5.1 输出类型

bash

# 导出到 Docker 镜像（默认）
docker buildx build -t myapp:latest --load .

# 推送到仓库
docker buildx build -t myregistry/myapp:latest --push .

# 导出为 Docker tar 归档
docker buildx build -o type=docker,dest=./image.tar .

# 导出为 OCI tar 归档
docker buildx build -o type=oci,dest=./image.tar .

# 导出为本地目录
docker buildx build -o type=local,dest=./output .

# 导出为 tar（包含所有层）
docker buildx build -o type=tar,dest=./image.tar .

5.2 高级导出

bash

# 多镜像导出
docker buildx build \
  --target production \
  -t myapp:prod \
  --output type=image,name=myapp:prod,push=true \
  .

# 同时导出镜像和缓存
docker buildx build \
  -t myapp:latest \
  --cache-to type=inline \
  --output type=image,name=myapp:latest,push-by-digest=true \
  .

# 导出为 Provenance 证明
docker buildx build \
  --provenance=true \
  -t myapp:latest \
  --push .

# 导出 SBOM
docker buildx build \
  --sbom=true \
  -t myapp:latest \
  --push .

Docker Build 概述 ​

目录 ​

构建系统演进 ​

1.1 传统构建器 ​

1.2 BuildKit 构建器 ​

1.3 启用 BuildKit ​

构建流程 ​

2.1 标准构建流程 ​

2.2 BuildKit 构建流程 ​

2.3 构建命令详解 ​

2.4 构建选项 ​

构建上下文 ​

3.1 什么是构建上下文 ​

3.2 优化构建上下文 ​

3.3 构建上下文大小对比 ​

3.4 远程构建上下文 ​

构建缓存 ​

4.1 缓存机制 ​

4.2 缓存优化策略 ​

4.3 BuildKit 高级缓存 ​

多平台构建 ​

4.1 多平台构建概述 ​

4.2 启用 Buildx ​

4.3 多平台构建示例 ​

4.4 平台变量 ​

导出选项 ​

5.1 输出类型 ​

5.2 高级导出 ​

下一步 ​

Docker Build 概述

目录

构建系统演进

1.1 传统构建器

1.2 BuildKit 构建器

1.3 启用 BuildKit

构建流程

2.1 标准构建流程

2.2 BuildKit 构建流程

2.3 构建命令详解

2.4 构建选项

构建上下文

3.1 什么是构建上下文

3.2 优化构建上下文

3.3 构建上下文大小对比

3.4 远程构建上下文

构建缓存

4.1 缓存机制

4.2 缓存优化策略

4.3 BuildKit 高级缓存

多平台构建

4.1 多平台构建概述

4.2 启用 Buildx

4.3 多平台构建示例

4.4 平台变量

导出选项

5.1 输出类型

5.2 高级导出

下一步