Eine umfassende Anleitung zur Erstellung von Docker-Images

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Einführung

Dieser umfassende Leitfaden vermittelt Ihnen alles, was Sie zum Erstellen von Docker-Images wissen müssen, von den Grundlagen bis hin zu fortgeschrittenen Techniken. Ob Entwickler, DevOps-Engineer oder IT-Experte, dieser Tutorial wird Ihnen ermöglichen, die Leistungsfähigkeit von Docker für die Erstellung, den Austausch und die Bereitstellung Ihrer Anwendungen mühelos zu nutzen.

Was ist ein Docker-Image?

Ein Docker-Image ist ein leichtgewichtiges, eigenständiges und ausführbares Softwarepaket, das alles enthält, was zum Ausführen einer Anwendung benötigt wird – den Code, die Laufzeitumgebung, Systemtools, Bibliotheken und Einstellungen. Es ist die Grundlage für die Erstellung von Docker-Containern, die die Laufzeitinstanzen von Docker-Images darstellen.

Docker-Images werden mithilfe einer Reihe von Anweisungen, dem Dockerfile, erstellt, die die Schritte zur Erstellung des Images definieren. Jede Anweisung im Dockerfile erzeugt eine neue Schicht im Image, und diese Schichten werden übereinander gestapelt, um das endgültige Image zu bilden.

Docker-Images sind portabel konzipiert und können einfach in verschiedenen Umgebungen geteilt und verteilt werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Anwendung unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur auf dieselbe Weise ausgeführt wird.

graph TD A[Docker-Image] --> B[Anwendungskode] A --> C[Laufzeitumgebung] A --> D[Systemtools] A --> E[Bibliotheken] A --> F[Einstellungen]

Docker-Images können verwendet werden, um:

| Anwendungsfall | Beschreibung

Verständnis der Docker-Image-Schichten und -Struktur

Docker-Images werden mithilfe einer mehrschichtigen Architektur erstellt, wobei jede Anweisung im Dockerfile eine neue Schicht erzeugt. Diese Schichten werden übereinander gestapelt, um das endgültige Image zu bilden.

Docker-Image-Schichten

Jede Schicht in einem Docker-Image repräsentiert eine Änderung oder Modifikation am Image. Wenn Sie ein neues Image erstellen, erzeugt Docker für jede Anweisung im Dockerfile eine neue Schicht. Diese Schichten werden von Docker zwischengespeichert, was bedeutet, dass Docker eine Schicht wiederverwenden kann, wenn sie sich nicht geändert hat, anstatt sie neu zu erstellen, wodurch der Erstellungsprozess beschleunigt wird.

graph TD A[Basis-Image] --> B[Schicht 1] B --> C[Schicht 2] C --> D[Schicht 3] D --> E[Schicht 4] E --> F[Oberste Schicht]

Docker-Image-Struktur

Die Struktur eines Docker-Images kann als Stapel von schreibgeschützten Schichten visualisiert werden. Die unterste Schicht ist das Basis-Image, das die Grundlage für das Image bildet. Jede nachfolgende Schicht repräsentiert eine Änderung oder Ergänzung am Image, wie z. B. die Installation eines Pakets oder das Kopieren einer Datei.

Wenn aus einem Image ein Docker-Container erstellt wird, wird eine neue schreibbare Schicht auf die Imageschichten gelegt. Diese schreibbare Schicht wird verwendet, um alle Änderungen zu speichern, die während der Lebensdauer des Containers vorgenommen werden, wie z. B. das Erstellen oder Ändern von Dateien.

graph TD A[Basis-Image] --> B[Schreibgeschützte Schicht 1] B --> C[Schreibgeschützte Schicht 2] C --> D[Schreibgeschützte Schicht 3] D --> E[Schreibbare Schicht] E --> F[Container]

Das Verständnis der mehrschichtigen Struktur von Docker-Images ist wichtig, um die Imagegröße zu optimieren, die Erstellung zu beschleunigen und Probleme im Zusammenhang mit der Imageerstellung und -bereitstellung zu beheben.

Erstellen eines Docker-Images von Grund auf

Das Erstellen eines Docker-Images von Grund auf beinhaltet die Erstellung eines Dockerfiles und die Verwendung des Docker-Build-Befehls, um das Image zu erstellen. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung:

Schritt 1: Erstellen eines Dockerfiles

Ein Dockerfile ist eine Textdatei, die eine Reihe von Anweisungen zum Erstellen eines Docker-Images enthält. Hier ist ein Beispiel-Dockerfile:

## Verwenden Sie ein offizielles Ubuntu-Basis-Image
FROM ubuntu:latest

## Legen Sie das Arbeitsverzeichnis auf /app fest
WORKDIR /app

## Kopieren Sie die Inhalte des aktuellen Verzeichnisses in den Container unter /app
COPY . /app

## Installieren Sie die notwendigen Pakete
RUN apt-get update && apt-get install -y \
  python3 \
  python3-pip \
  && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

## Installieren Sie die Python-Abhängigkeiten
RUN pip3 install --no-cache-dir -r requirements.txt

## Exponieren Sie den Port 8000
EXPOSE 8000

## Definieren Sie den Befehl zum Ausführen der Anwendung
CMD ["python3", "app.py"]

Schritt 2: Erstellen des Docker-Images

Um das Docker-Image zu erstellen, verwenden Sie den Befehl docker build:

docker build -t my-app .

Dieser Befehl erstellt das Image mithilfe des Dockerfiles im aktuellen Verzeichnis und markiert es als my-app.

Schritt 3: Ausführen des Docker-Containers

Sobald das Image erstellt wurde, können Sie einen Container aus dem Image erstellen und ausführen:

docker run -p 8000:8000 my-app

Dieser Befehl startet einen neuen Container basierend auf dem Image my-app und ordnet den Port 8000 des Hostsystems dem Port 8000 im Container zu.

Das Erstellen eines Docker-Images von Grund auf ermöglicht Ihnen die vollständige Kontrolle über den Inhalt des Images, wodurch sichergestellt wird, dass es alle notwendigen Komponenten enthält, damit Ihre Anwendung korrekt ausgeführt werden kann. Dieser Ansatz ist nützlich, wenn Sie das Basis-Image anpassen oder spezifische Abhängigkeiten oder Konfigurationen einbeziehen müssen.

Anpassen von Docker-Images mit Dockerfiles

Dockerfiles bieten eine Möglichkeit, Docker-Images anzupassen, indem eine Reihe von Anweisungen definiert werden, die Docker zum Erstellen des Images verwendet. Dockerfiles ermöglichen Ihnen Folgendes:

  • Starten Sie von einem Basis-Image und fügen Sie Ihre eigenen Anpassungen hinzu
  • Installieren Sie zusätzliche Softwarepakete und Abhängigkeiten
  • Kopieren Sie Anwendungscode und Konfigurationsdateien in das Image
  • Legen Sie Umgebungsvariablen fest, exponieren Sie Ports und definieren Sie Startbefehle

Dockerfile-Syntax

Dockerfiles verwenden eine einfache, menschenlesbare Syntax, um die Schritte zum Erstellen eines Images zu definieren. Hier ist ein Beispiel-Dockerfile:

## Verwenden Sie ein offizielles Python-Laufzeitumgebungs-Basis-Image
FROM python:3.9-slim

## Legen Sie das Arbeitsverzeichnis auf /app fest
WORKDIR /app

## Kopieren Sie die Inhalte des aktuellen Verzeichnisses in den Container unter /app
COPY . /app

## Installieren Sie alle benötigten Pakete, die in requirements.txt spezifiziert sind
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

## Machen Sie den Port 8000 für die Außenwelt dieses Containers verfügbar
EXPOSE 8000

## Definieren Sie den Befehl zum Ausführen der Anwendung
CMD ["python", "app.py"]

Dieses Dockerfile startet mit dem Basis-Image python:3.9-slim, legt das Arbeitsverzeichnis fest, kopiert den Anwendungscode, installiert die Python-Abhängigkeiten, exponiert den Port 8000 und definiert den Befehl zum Ausführen der Anwendung.

Anpassungsmethoden

Dockerfiles unterstützen eine Vielzahl von Anweisungen, mit denen Sie das Image anpassen können, wie z. B.:

  • FROM: Gibt das zu verwendende Basis-Image an
  • COPY: Kopiert Dateien oder Verzeichnisse vom Host in das Image
  • RUN: Führt einen Befehl im Image aus
  • ENV: Legt eine Umgebungsvariable fest
  • EXPOSE: Exponiert einen Port für den Container
  • CMD: Definiert den Standardbefehl, der beim Starten des Containers ausgeführt werden soll

Durch die Kombination dieser Anweisungen können Sie hochgradig angepasste Docker-Images erstellen, die die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung erfüllen.

Das Anpassen von Docker-Images mit Dockerfiles ist eine leistungsstarke Technik, die es Ihnen ermöglicht, reproduzierbare, portierbare und skalierbare Anwendungsumgebungen zu erstellen.

Teilen und Verteilen von Docker-Images

Sobald Sie ein Docker-Image erstellt haben, können Sie es teilen und verteilen, um es anderen zur Verfügung zu stellen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun:

Docker-Registries

Docker-Registries sind die Hauptmethode zum Teilen und Verteilen von Docker-Images. Das bekannteste Registry ist Docker Hub, ein öffentliches Registry von Docker. Sie können auch Ihr eigenes privates Registry einrichten, um die Images Ihrer Organisation zu hosten.

Um ein Image in ein Registry zu pushen, können Sie den Befehl docker push verwenden:

docker push username/my-app:latest

Dies pusht das Image my-app mit dem Tag latest in das Docker Hub-Registry unter dem Namespace username.

Lokales Teilen von Images

Wenn Sie kein öffentliches oder privates Registry verwenden möchten, können Sie Docker-Images auch lokal teilen. Sie können ein Image mit dem Befehl docker save in eine Datei speichern und es dann auf einem anderen Rechner mit dem Befehl docker load laden.

## Speichern Sie das Image in einer Datei
docker save username/my-app:latest > my-app.tar

## Laden Sie das Image aus der Datei
docker load < my-app.tar

Dieser Ansatz ist nützlich, um Images innerhalb eines Teams oder einer Organisation zu teilen oder um Images auf Rechner zu übertragen, die keinen direkten Zugriff auf ein Registry haben.

Automatisiertes Erstellen und Bereitstellen von Images

Um den Prozess des Erstellens, Teilens und Bereitstellens von Docker-Images zu optimieren, können Sie Ihren Docker-Workflow mit Continuous-Integration (CI) und Continuous-Deployment (CD)-Tools integrieren. Diese Tools können Ihre Docker-Images automatisch erstellen, testen und in ein Registry pushen, sobald Sie Änderungen an Ihrem Anwendungscode vornehmen.

Durch die Nutzung von Docker-Registries und der automatisierten Erstellung und Bereitstellung von Images stellen Sie sicher, dass Ihre Docker-Images leicht zugänglich, aktuell und konsistent in verschiedenen Umgebungen bereitgestellt werden.

Best Practices für die effiziente Erstellung von Docker-Images

Die Erstellung effizienter Docker-Images ist entscheidend für die Optimierung der Build-Zeiten, die Reduzierung der Imagegröße und die Sicherstellung konsistenter Deployments. Hier sind einige Best Practices zu beachten:

Verwendung geeigneter Basis-Images

Wählen Sie ein möglichst minimales Basis-Image, das aber dennoch die notwendigen Abhängigkeiten für Ihre Anwendung enthält. Die Verwendung eines schlanken oder leichten Basis-Images kann die Größe Ihres endgültigen Docker-Images erheblich reduzieren.

Nutzung von Caching

Docker zwischerspeichert jede Schicht des Images während des Build-Prozesses. Um dies zu nutzen, ordnen Sie Ihre Dockerfile-Anweisungen von den am wenigsten bis zu den am meisten veränderten Anweisungen. Dies stellt sicher, dass Docker so viele zwischengespeicherte Schichten wie möglich wiederverwenden kann, wodurch der Build-Prozess beschleunigt wird.

Optimierung der Dockerfile-Anweisungen

  • Verwenden Sie mehrstufige Builds, um Build- und Laufzeitabhängigkeiten zu trennen und die Größe des endgültigen Images zu reduzieren.
  • Kombinieren Sie mehrere RUN-Anweisungen zu einem einzigen Befehl, um die Anzahl der Schichten zu reduzieren.
  • Verwenden Sie die COPY-Anweisung anstelle von ADD, wenn möglich, da COPY vorhersehbarer ist.
  • Vermeiden Sie die Installation unnötiger Pakete oder Abhängigkeiten.

Minimierung der Image-Schichten

Jede Schicht in einem Docker-Image erhöht den Overhead und die Komplexität. Versuchen Sie, die Anzahl der Schichten zu minimieren, indem Sie Anweisungen kombinieren und mehrstufige Builds verwenden.

graph TD A[Basis-Image] --> B[Schicht 1] B --> C[Schicht 2] C --> D[Schicht 3] D --> E[Schicht 4] E --> F[Optimiertes Image]

Verwendung von .dockerignore

Erstellen Sie eine .dockerignore-Datei, um Dateien und Verzeichnisse auszuschließen, die im endgültigen Docker-Image nicht benötigt werden, wie z. B. Versionskontrolldateien, Build-Artefakte und temporäre Dateien.

Optimierung der Image-Tagging

Verwenden Sie aussagekräftige und konsistente Tags für Ihre Docker-Images, z. B. die Anwendungsversion oder den Git-Commit-Hash. Dies hilft Ihnen, Ihre Images effektiver zu verfolgen und zu verwalten.

Indem Sie diese Best Practices befolgen, können Sie effiziente und wartbare Docker-Images erstellen, die auf Build-Zeiten, Imagegröße und konsistente Deployments optimiert sind.

Fehlerbehebung bei gängigen Docker-Image-Problemen

Bei der Arbeit mit Docker-Images können verschiedene Probleme auftreten. Hier sind einige häufige Probleme und deren Schritte zur Fehlerbehebung:

Image-Build-Fehler

Wenn der Befehl docker build fehlschlägt, überprüfen Sie die Build-Logs auf Fehlermeldungen und versuchen Sie, die Ursache zu identifizieren. Häufige Probleme sind:

  • Syntaxfehler im Dockerfile
  • Fehlende oder falsche Dateipfade in COPY- oder ADD-Anweisungen
  • Nicht verfügbare Abhängigkeiten oder Pakete während des Build-Prozesses

Zur Fehlerbehebung überprüfen Sie das Dockerfile, prüfen Sie die Dateipfade und stellen Sie sicher, dass alle notwendigen Abhängigkeiten verfügbar sind.

Probleme mit der Imagegröße

Wenn Ihr Docker-Image zu groß ist, versuchen Sie Folgendes:

  • Verwenden Sie ein kleineres Basis-Image, z. B. eine schlanke oder minimale Version des Basis-Betriebssystems.
  • Optimieren Sie das Dockerfile, indem Sie Anweisungen kombinieren, mehrstufige Builds verwenden und unnötige Dateien ausschließen.
  • Nutzen Sie das Caching, indem Sie Ihre Dockerfile-Anweisungen von den am wenigsten bis zu den am meisten veränderten Anweisungen anordnen.

Kompatibilitätsprobleme mit dem Image

Wenn Ihr Docker-Image in einer anderen Umgebung nicht wie erwartet funktioniert, überprüfen Sie Folgendes:

  • Stellen Sie sicher, dass das Basis-Image und alle Abhängigkeiten mit der Zielumgebung kompatibel sind.
  • Überprüfen Sie, ob Umgebungsvariablen, Systemkonfigurationen und andere Einstellungen im Image korrekt eingestellt sind.
  • Testen Sie das Image in einer ähnlichen Umgebung, um Kompatibilitätsprobleme zu identifizieren und zu lösen.

Sicherheitsprobleme mit dem Image

Um Sicherheitsbedenken bei Ihren Docker-Images anzugehen:

  • Halten Sie Ihr Basis-Image und alle Abhängigkeiten mit den neuesten Sicherheitsupdates auf dem neuesten Stand.
  • Vermeiden Sie die Installation unnötiger Pakete oder die Ausführung von Prozessen mit erhöhten Berechtigungen.
  • Verwenden Sie ein Sicherheits-Scanning-Tool wie Trivy oder Snyk, um Sicherheitslücken in Ihren Images zu identifizieren und zu beheben.

Probleme mit Image-Tagging und -Versionierung

Um eine konsistente und übersichtlichere Docker-Image-Versionsstrategie zu gewährleisten:

  • Verwenden Sie aussagekräftige und konsistente Tags, z. B. Anwendungsversionen oder Git-Commit-Hashes.
  • Vermeiden Sie die Verwendung des Tags latest für Produktionsbereitstellungen, da dies zu unbeabsichtigten Aktualisierungen führen kann.
  • Implementieren Sie ein Versionschema, das mit dem Release-Zyklus Ihrer Anwendung übereinstimmt.

Durch das Verständnis und die Behebung dieser gängigen Docker-Image-Probleme können Sie sicherstellen, dass Ihre Docker-Images zuverlässig, sicher und einfach zu verwalten sind.

Zusammenfassung

Am Ende dieses Tutorials verfügen Sie über ein tiefes Verständnis von Docker-Images, einschließlich ihrer Struktur, Anpassung und bewährter Verfahren für eine effiziente Erstellung. Sie können Docker-Images von Grund auf erstellen, sie mithilfe von Dockerfiles anpassen und Ihre Images effektiv teilen und verteilen. Darüber hinaus lernen Sie, häufige Probleme zu beheben und Ihren Docker-Image-Erstellungsprozess zu optimieren, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendungen konsistent und zuverlässig in verschiedenen Umgebungen bereitgestellt werden.