Kubernetes(K8s) – 镜像仓库:该怎样用好Docker Hub这个宝藏

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上一次课里我们学习了“Dockerfile”和“docker build”的用法,知道了如何创建自己的镜像。那么镜像文件应该如何管理呢,具体来说,应该如何存储、检索、分发、共享镜像呢?不解决这些问题,我们的容器化应用还是无法顺利地实施。

今天,我就来谈一下这个话题,聊聊什么是镜像仓库,还有该怎么用好镜像仓库。

什么是镜像仓库(Registry)

之前我们已经用过 docker pull 命令拉取镜像,也说过有一个“镜像仓库”(Registry)的概念,那到底什么是镜像仓库呢?

还是来看 Docker 的官方架构图(它真的非常重要):

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图里右边的区域就是镜像仓库,术语叫 Registry,直译就是“注册中心”,意思是所有镜像的 Repository 都在这里登记保管,就像是一个巨大的档案馆。

然后我们再来看左边的“docker pull”,虚线显示了它的工作流程,先到“Docker daemon”,再到 Registry,只有当 Registry 里存有镜像才能真正把它下载到本地。

当然了,拉取镜像只是镜像仓库最基本的一个功能,它还会提供更多的功能,比如上传、查询、删除等等,是一个全面的镜像管理服务站点。

你也可以把镜像仓库类比成手机上的应用商店,里面分门别类存放了许多容器化的应用,需要什么去找一下就行了。有了它,我们使用镜像才能够免除后顾之忧。

什么是 Docker Hub

不过,你有没有注意到,在使用 docker pull 获取镜像的时候,我们并没有明确地指定镜像仓库。在这种情况下,Docker 就会使用一个默认的镜像仓库,也就是大名鼎鼎的“Docker Hub”(https://hub.docker.com/)。

Docker Hub 是 Docker 公司搭建的官方 Registry 服务,创立于 2014 年 6 月,和 Docker 1.0 同时发布。它号称是世界上最大的镜像仓库,和 GitHub 一样,几乎成为了容器世界的基础设施。

Docker Hub 里面不仅有 Docker 自己打包的镜像,而且还对公众免费开放,任何人都可以上传自己的作品。经过这 8 年的发展,Docker Hub 已经不再是一个单纯的镜像仓库了,更应该说是一个丰富而繁荣的容器社区。

你可以看看下面的这张截图,里面列出的都是下载量超过 10 亿次(1 Billion)的最受欢迎的应用程序,比如 Nginx、MongoDB、Node.js、Redis、OpenJDK 等等。显然,把这些容器化的应用引入到我们自己的系统里,就像是站在了巨人的肩膀上,一开始就会有一个高水平的起点。

但和 GitHub、App Store 一样,面向所有人公开的 Docker Hub 也有一个不可避免的缺点,就是“良莠不齐”。

在 Docker Hub 搜索框里输入关键字,比如 Nginx、MySQL,它立即就会给出几百几千个搜索结果,有点“乱花迷人眼”的感觉,这么多镜像,应该如何挑选出最适合自己的呢?下面我就来说说自己在这方面的一些经验。

如何在 Docker Hub 上挑选镜像

首先,你应该知道,在 Docker Hub 上有官方镜像、认证镜像和非官方镜像的区别。

官方镜像是指 Docker 公司官方提供的高质量镜像(https://github.com/docker-library/official-images),都经过了严格的漏洞扫描和安全检测,支持 x86_64、arm64 等多种硬件架构,还具有清晰易读的文档,一般来说是我们构建镜像的首选,也是我们编写 Dockerfile 的最佳范例。

官方镜像目前有大约 100 多个,基本上囊括了现在的各种流行技术,下面就是官方的 Nginx 镜像网页截图:

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你会看到,官方镜像会有一个特殊的“Official image”的标记,这就表示这个镜像经过了 Docker 公司的认证,有专门的团队负责审核、发布和更新,质量上绝对可以放心。

第二类是认证镜像,标记是“Verified publisher”,也就是认证发行商,比如 Bitnami、Rancher、Ubuntu 等。它们都是颇具规模的大公司,具有不逊于 Docker 公司的实力,所以就在 Docker Hub 上开了个认证账号,发布自己打包的镜像,有点类似我们微博上的“大 V”。

这些镜像有公司背书,当然也很值得信赖,不过它们难免会带上一些各自公司的“烙印”,比如 Bitnami 的镜像就统一以“minideb”为基础,灵活性上比 Docker 官方镜像略差,有的时候也许会不符合我们的需求。

除了官方镜像和认证镜像,剩下的就都属于非官方镜像了,不过这里面也可以分出两类。

第一类是“半官方”镜像。因为成为“Verified publisher”是要给 Docker 公司交钱的,而很多公司不想花这笔“冤枉钱”,所以只在 Docker Hub 上开了公司账号,但并不加入认证。

这里我以 OpenResty 为例,看一下它的 Docker Hub 页面,可以看到显示的是 OpenResty 官方发布,但并没有经过 Docker 正式认证,所以难免就会存在一些风险,有被“冒名顶替”的可能,需要我们在使用的时候留心鉴别一下。不过一般来说,这种“半官方”镜像也是比较可靠的。

第二类就是纯粹的“民间”镜像了,通常是个人上传到 Docker Hub 的,因为条件所限,测试不完全甚至没有测试,质量上难以得到保证,下载的时候需要小心谨慎。

除了查看镜像是否为官方认证,我们还应该再结合其他的条件来判断镜像质量是否足够好。做法和 GitHub 差不多,就是看它的下载量、星数、还有更新历史,简单来说就是“好评”数量。

一般来说下载量是最重要的参考依据,好的镜像下载量通常都在百万级别(超过 1M),而有的镜像虽然也是官方认证,但缺乏维护,更新不及时,用的人很少,星数、下载数都寥寥无几,那么还是应该选择下载量最多的镜像,通俗来说就是“随大流”。

下面的这张截图就是 OpenResty 在 Docker Hub 上的搜索结果。可以看到,有两个认证发行商的镜像(Bitnami、IBM),但下载量都很少,还有一个“民间”镜像下载量虽然超过了 1M,但更新时间是 3 年前,所以毫无疑问,我们应该选择排在第三位,但下载量超过 10M、有 360 多个星的“半官方”镜像。

看了这么多 Docker Hub 上的镜像,你一定注意到了,应用都是一样的名字,比如都是 Nginx、Redis、OpenResty,该怎么区分不同作者打包出的镜像呢?

如果你熟悉 GitHub,就会发现 Docker Hub 也使用了同样的规则,就是“用户名 / 应用名”的形式,比如 bitnami/nginx、ubuntu/nginx、rancher/nginx 等等。

所以,我们在使用 docker pull 下载这些非官方镜像的时候,就必须把用户名也带上,否则默认就会使用官方镜像:

docker pull bitnami/nginx

docker pull ubuntu/nginx

Docker Hub 上镜像命名的规则是什么

确定了要使用的镜像还不够,因为镜像还会有许多不同的版本,也就是“标签”(tag)。

直接使用默认的“latest”虽然简单方便,但在生产环境里是一种非常不负责任的做法,会导致版本不可控。所以我们还需要理解 Docker Hub 上标签命名的含义,才能够挑选出最适合我们自己的镜像版本。

下面我就拿官方的 Redis 镜像作为例子,解释一下这些标签都是什么意思。

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通常来说,镜像标签的格式是应用的版本号加上操作系统。

版本号你应该比较了解吧,基本上都是主版本号 + 次版本号 + 补丁号的形式,有的还会在正式发布前出 rc 版(候选版本,release candidate)。而操作系统的情况略微复杂一些,因为各个 Linux 发行版的命名方式“花样”太多了。

Alpine、CentOS 的命名比较简单明了,就是数字的版本号,像这里的 alpine3.15 ,而 Ubuntu、Debian 则采用了代号的形式。比如 Ubuntu 18.04 是 bionic,Ubuntu 20.04 是 focal,Debian 9 是 stretch,Debian 10 是 buster,Debian 11 是 bullseye。

另外,有的标签还会加上 slim、fat,来进一步表示这个镜像的内容是经过精简的,还是包含了较多的辅助工具。通常 slim 镜像会比较小,运行效率高,而 fat 镜像会比较大,适合用来开发调试。

下面我就列出几个标签的例子来说明一下。

nginx:1.21.6-alpine,表示版本号是 1.21.6,基础镜像是最新的 Alpine。

redis:7.0-rc-bullseye,表示版本号是 7.0 候选版,基础镜像是 Debian 11。

node:17-buster-slim,表示版本号是 17,基础镜像是精简的 Debian 10。

该怎么上传自己的镜像

现在,我想你应该对如何在 Docker Hub 上选择镜像有了比较全面的了解,那么接下来的问题就是,我们自己用 Dockerfile 创建的镜像该如何上传到 Docker Hub 上呢?

这件事其实一点也不难,只需要 4 个步骤就能完成。

第一步,你需要在 Docker Hub 上注册一个用户,这个就不必再多说了。

第二步,你需要在本机上使用 docker login 命令,用刚才注册的用户名和密码认证身份登录,像这里就用了我的用户名“chronolaw”:

第三步很关键,需要使用 docker tag 命令,给镜像改成带用户名的完整名字,表示镜像是属于这个用户的。或者简单一点,直接用 docker build -t 在创建镜像的时候就起好名字。

这里我就用上次课里的镜像“ngx-app”作为例子,给它改名成 chronolaw/ngx-app:1.0:

docker tag ngx-app chronolaw/ngx-app:1.0

第四步,用 docker push 把这个镜像推上去,我们的镜像发布工作就大功告成了:

docker push chronolaw/ngx-app:1.0

你还可以登录 Docker Hub 网站验证一下镜像发布的效果,可以看到它会自动为我们生成一个页面模板,里面还可以进一步丰富完善,比如添加描述信息、使用说明等等:

现在你就可以把这个镜像的名字(用户名 / 应用名: 标签)告诉你的同事,让他去用 docker pull 下载部署了。

离线环境该怎么办

使用 Docker Hub 来管理镜像的确是非常方便,不过有一种场景下它却是无法发挥作用,那就是企业内网的离线环境,连不上外网,自然也就不能使用 docker push、docker pull 来推送拉取镜像了。

那这种情况有没有解决办法呢?

方法当然有,而且有很多。最佳的方法就是在内网环境里仿造 Docker Hub,创建一个自己的私有 Registry 服务,由它来管理我们的镜像,就像我们自己搭建 GitLab 做版本管理一样。

自建 Registry 已经有很多成熟的解决方案,比如 Docker Registry,还有 CNCF Harbor,不过使用它们还需要一些目前没有讲到的知识,步骤也有点繁琐,所以我会在后续的课程里再介绍。

下面我讲讲存储、分发镜像的一种“笨”办法,虽然比较“原始”,但简单易行,可以作为临时的应急手段。

Docker 提供了 save 和 load 这两个镜像归档命令,可以把镜像导出成压缩包,或者从压缩包导入 Docker,而压缩包是非常容易保管和传输的,可以联机拷贝,FTP 共享,甚至存在 U 盘上随身携带。

需要注意的是,这两个命令默认使用标准流作为输入输出(为了方便 Linux 管道操作),所以一般会用 -o、-i 参数来使用文件的形式,例如:

docker save ngx-app:latest -o ngx.tar

docker load -i ngx.tar

小结

好了,今天我们一起学习了镜像仓库,了解了 Docker Hub 的使用方法,整理一下要点方便你加深理解:

镜像仓库(Registry)是一个提供综合镜像服务的网站,最基本的功能是上传和下载。

Docker Hub 是目前最大的镜像仓库,拥有许多高质量的镜像。上面的镜像非常多,选择的标准有官方认证、下载量、星数等,需要综合评估。

镜像也有很多版本,应该根据版本号和操作系统仔细确认合适的标签。

在 Docker Hub 注册之后就可以上传自己的镜像,用 docker tag 打上标签再用 docker push 推送。

离线环境可以自己搭建私有镜像仓库,或者使用 docker save 把镜像存成压缩包,再用 docker load 从压缩包恢复成镜像。

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