Skip to content

イメージの仕組み

まずはDocker Image のおさらいです。
Docker Image はDockerfileによって作成される特定の環境のスナップショットです。
そしてそのDocker Image を実行することでDocker Container を起動することができることがわかりました。

ここで少し深掘りしてDocker Image/Containerの仕組みについて学びましょう。

Container

container

前提として、生成されたDockerImageはRead Onlyです。 Docker Containerを作成することで変更可能なレイヤーが新しく作成され、その上でプロセスを動かします。

コンテナ起動後、どのファイルが変更されたかは docker diff を使用して確認することができます。
docker diff は非常に有用で、Dockerfile記述時のデバッグによく使用します。

$ docker run --name hoge ubuntu touch /tmp/hoge.txt
$ docker container diff hoge
C /tmp
A /tmp/hoge.txt

Unison FileSystem

Unison FileSystem

最後に、Dockerのファイルシステムについです。
Docker Container から Docker Image へファイルを読み込む際、気をつけないとオーバーヘッドが大きくなります。
Containerレイヤーに操作対象のパスが存在しない場合、Imageレイヤーにファイルが無いかの捜査を行います。
この捜査は1レイヤーごとに見ていくため、レイヤーが多くなればなるほどオーバーヘッドが大きくなっていきます。

また、Dockerがデフォルトで使用しているファイルシステムではCopy On Write方式でファイルの読み書きを行います。
ファイルの更新がかかる度に捜査を実行するため、ログのように書き込みの激しいパスはDataVolumeを使用してUnison FileSystemを回避すると良いでしょう。

Dockerイメージ

Docker Image は復数のDocker Image の積み重ねでできています。
Node.jsのフレームワークExpressを構築しながらイメージがどのような作られ方をするのか見ていきましょう。

1. Expressプロジェクトの作成

ホスト上にNode.jsが存在しないことを確認します。

$ node -v
bash: node: command not found

Nodeのシェル起動します。
ここで重要なのは現在のディレクトリをコンテナの /data へマウントしていることです。

$ docker run -it -p 3000:3000 -v `pwd`:/data node:10-alpine ash

コンテナ内に入った後、Node.jsが存在することを確認します。

# node -v
v10.15.3

Expressプロジェクトの作成を行います。

# cd /data
# npm install -g express-generator
# express myapp
# cd myapp
# npm install

ここでシェルを抜けずに npm start でExpressを起動すると、3000ポートでExpressの起動を確認することができます。

2. Dockerfileの作成

ホストに戻り、作成したExpressが存在するか確認します。

$ cd  myapp/
$ ls
app.js             bin                node_modules       package-lock.json  package.json       public             routes             views

さて、ここからは本題のDockerfileに取り掛かります。
早速作成していきましょう

$ vi Dockerfile
FROM node

WORKDIR /scripts

COPY . .

RUN npm install
RUN groupadd app
RUN useradd -g app -m app
RUN mv /root/.config /home/app/
RUN chown -R app:app /scripts /home/app/.config

USER app

EXPOSE 3000

CMD ["npm", "start"]

作成したDockerfileをビルドして起動してみましょう。

$ docker build -t myapp:1 .
$ docker run -p 3000:3000 myapp:1

開放された3000ポートへアクセスし、Expressプロジェクトが起動したことを確認します。

3. イメージの確認

イメージサイズを確認してみると916MBとかなり大きなサイズになっていることが確認できます。

$ docker images myapp:1
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED              SIZE
myapp               1                   873c0bd050b0        About a minute ago   916MB

イメージは1つのイメージで完結しているわけではなく、複数のイメージを積み重ねて最終的に1つのイメージになります。
また、積み重ねられたイメージのことを中間イメージと呼びます。 どのような歴史でイメージがビルドされたかを知るには docker history を使用することで可能です。

実際にどのようなイメージが作成されたか見てみましょう。

$ docker history myapp:1
IMAGE               CREATED             CREATED BY                                      SIZE                COMMENT
873c0bd050b0        2 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  CMD ["npm" "start"]          0B
6c87850e5b9c        2 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  EXPOSE 3000                  0B
adb2d5e15153        2 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  USER app                     0B
af240f408ef9        2 minutes ago       /bin/sh -c chown -R app:app /scripts /home/a…   6.04MB
3a643e18ceb1        2 minutes ago       /bin/sh -c cp -R /root/.config /home/app/.co…   55B
0250e7178b8c        2 minutes ago       /bin/sh -c useradd -g app -m app                333kB
be4f90a23b4e        2 minutes ago       /bin/sh -c groupadd app                         1.74kB
dac4f811a2c5        2 minutes ago       /bin/sh -c npm install                          405B
af2f3ac02ec0        2 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) COPY dir:6879f71a2469a6c1c…   6.04MB
28d1563a64f5        2 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) WORKDIR /scripts              0B
a9c1445cbd52        24 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  CMD ["node"]                 0B
<missing>           24 hours ago        /bin/sh -c set -ex   && for key in     6A010…   5.07MB
<missing>           24 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  ENV YARN_VERSION=1.15.2      0B
<missing>           24 hours ago        /bin/sh -c ARCH= && dpkgArch="$(dpkg --print…   63.1MB
<missing>           24 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  ENV NODE_VERSION=11.13.0     0B
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c groupadd --gid 1000 node   && use…   333kB
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c set -ex;  apt-get update;  apt-ge…   562MB
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c apt-get update && apt-get install…   142MB
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c set -ex;  if ! command -v gpg > /…   7.81MB
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c apt-get update && apt-get install…   23.2MB
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c #(nop)  CMD ["bash"]                 0B
<missing>           3 days ago          /bin/sh -c #(nop) ADD file:843b8a2a9df1a0730…   101MB

"CREATED" が特別大きく容量をとっているものはありませんね。
そもそも FROM node で設定したイメージサイズはどうだったでしょうか。

$ docker images node
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
node                latest              a9c1445cbd52        24 hours ago        904MB

904MBということで、一番の容量が大きいのはベースイメージの"node"でした。

中間イメージへアクセス

docker history で中間イメージにもIMAGEのIDを確認することができます。
このIMAGE IDを指定して実行することで、その時点までの実行結果を見ることが可能です。

4. ベースイメージがイメージサイズに及ぼす影響を確認する

ここでDockerHubを見て、そもそもどんなイメージが配布されているのか見てみましょう。
node - Docker Hub

imgs/image-dockerhub.png

様々なバージョンとが存在することがわかりました。
今回は軽量なイメージslimをすることでどれぐらい変わるのか確認してみましょう。

$ vi Dockerfile
-FROM node
+FROM node:slim

WORKDIR /scripts

COPY . .

RUN npm install
RUN groupadd app
RUN useradd -g app -m app
RUN mv /root/.config /home/app/
RUN chown -R app:app /scripts /home/app/.config

USER app

EXPOSE 3000

CMD ["npm", "start"]

myapp:2 でビルドして、ちゃんと動作するかの確認をします。

$ docker build -t myapp:2 .
$ docker run -p 3000:3000 myapp:2

さて、イメージの確認をします。
ベースイメージを変更したことで5倍以上の軽量化に成功したことが確認できます。

$ docker images myapp
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED              SIZE
myapp               1                   61d3ff752744        3 seconds ago        916MB
myapp               2                   919f447ae003        About a minute ago   160MB

docker history ではどのようになっているでしょうか。

$ docker history myapp:2
IMAGE               CREATED             CREATED BY                                      SIZE                COMMENT
919f447ae003        7 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  CMD ["npm" "start"]          0B
e37397084cd3        7 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  EXPOSE 3000                  0B
1ff40a8123e8        7 minutes ago       /bin/sh -c #(nop)  USER app                     0B
51e11e9a3d86        7 minutes ago       /bin/sh -c chown -R app:app /scripts /home/a…   6.04MB
1b91ba45db2d        7 minutes ago       /bin/sh -c mv /root/.config /home/app/          55B
b3c9309ed6a6        7 minutes ago       /bin/sh -c useradd -g app -m app                333kB
ef542eb3a946        7 minutes ago       /bin/sh -c groupadd app                         1.7kB
dc6fe46713a6        7 minutes ago       /bin/sh -c npm install                          405B
6fbe74ea79d6        7 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) COPY dir:b4b2e96b9cb91de8a…   6.04MB
c0f667326e1b        7 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) WORKDIR /scripts              0B
e52c23bbdd87        29 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  CMD ["node"]                 0B
<missing>           29 hours ago        /bin/sh -c set -ex   && for key in     6A010…   5.07MB
<missing>           29 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  ENV YARN_VERSION=1.15.2      0B
<missing>           29 hours ago        /bin/sh -c buildDeps='xz-utils'     && ARCH=…   87.3MB
<missing>           29 hours ago        /bin/sh -c #(nop)  ENV NODE_VERSION=11.13.0     0B
<missing>           4 days ago          /bin/sh -c groupadd --gid 1000 node   && use…   333kB
<missing>           4 days ago          /bin/sh -c #(nop)  CMD ["bash"]                 0B
<missing>           4 days ago          /bin/sh -c #(nop) ADD file:4fc310c0cb879c876…   55.3MB

ユーザーが作成した領域は変更がありませんね。
ここでは選択するベースイメージによってイメージサイズが大きく変わるということがわかりました。

5. 余計な中間イメージを作成させない

RUNはコマンドを実行しているので、パイプで繋げることも可能です。
複数実行していたRUNを1つにまとめてみましょう。

FROM node:slim

WORKDIR /scripts

COPY . .

-RUN npm install
-RUN groupadd app
-RUN useradd -g app -m app
-RUN mv /root/.config /home/app/
-RUN chown -R app:app /scripts /home/app/.config
+RUN npm install \
+  && groupadd app \
+  && useradd -g app -m app \
+  && mv /root/.config /home/app/ \
+  && chown -R app:app /scripts /home/app/.config

USER app

EXPOSE 3000

CMD ["npm", "start"]

サイズとhistoryを確認してみましょう。

$ docker images myapp
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
myapp               3                   87ea6e63c875        23 seconds ago      160MB
myapp               1                   61d3ff752744        39 minutes ago      916MB
myapp               2                   919f447ae003        41 minutes ago      160MB
$ docker history myapp:3
IMAGE               CREATED              CREATED BY                                      SIZE                COMMENT
87ea6e63c875        About a minute ago   /bin/sh -c #(nop)  CMD ["npm" "start"]          0B
84c2a9450a3c        About a minute ago   /bin/sh -c #(nop)  EXPOSE 3000                  0B
cb7bdcdfaeea        About a minute ago   /bin/sh -c #(nop)  USER app                     0B
b42cddfc14c6        About a minute ago   /bin/sh -c npm install   && groupadd app   &…   6.38MB
97429d35f0cc        About a minute ago   /bin/sh -c #(nop) COPY dir:0d7e6d3b214fb8d61…   6.04MB
c0f667326e1b        42 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) WORKDIR /scripts              0B
e52c23bbdd87        30 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  CMD ["node"]                 0B
<missing>           30 hours ago         /bin/sh -c set -ex   && for key in     6A010…   5.07MB
<missing>           30 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  ENV YARN_VERSION=1.15.2      0B
<missing>           30 hours ago         /bin/sh -c buildDeps='xz-utils'     && ARCH=…   87.3MB
<missing>           30 hours ago         /bin/sh -c #(nop)  ENV NODE_VERSION=11.13.0     0B
<missing>           4 days ago           /bin/sh -c groupadd --gid 1000 node   && use…   333kB
<missing>           4 days ago           /bin/sh -c #(nop)  CMD ["bash"]                 0B
<missing>           4 days ago           /bin/sh -c #(nop) ADD file:4fc310c0cb879c876…   55.3MB

少なくなりましたね。
レイヤーを作成する中間イメージが減ったことでより良いDockerイメージが作成できました。

レイヤーと中間イメージ

レイヤーと中間イメージは別物です。
Dockerfile上でコマンド( EXPOSE , ENV , COPY , etc)を実行するたびに中間イメージが作成されます。
レイヤーは RUN , COPY , ADD の実行時に増やし、UnisonFileSystemへの影響があります。
基本的に、中有間イメージではなくレイヤーを増やさないこと意識するのが良いでしょう。

まとめ

  • Dockerイメージは複数のイメージが積み重なったもの
  • Dockerfileの書き方によってファイルの読み書きがボトルネックとなり、遅いイメージができる