【Docker-Day 6】从零到一：精通 Dockerfile 核心指令 (FROM, WORKDIR, COPY, RUN)

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06-【Docker-Day 6】从零到一：精通 Dockerfile 核心指令 (FROM, WORKDIR, COPY, RUN)

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摘要

在前面的学习中，我们已经掌握了如何从 Docker Hub 拉取并运行现成的镜像。然而，在真实的项目中，我们往往需要根据自己的应用需求，创建专属的镜像。本文将深入探讨 Docker 中实现镜像构建自动化的核心工具——Dockerfile。我们将从其基本概念与结构入手，详细解析 FROM, WORKDIR, COPY, RUN 这四个最基础也最重要的指令，并通过一个完整的实战案例，手把手教你如何编写第一个 Dockerfile，并使用 docker build 命令构建出一个自定义的 Web 服务器镜像。

一、为什么需要 Dockerfile？

在我们深入指令之前，首先要理解 Dockerfile 扮演的角色。

想象一下，你新加入一个项目组，需要配置开发环境。通常，你会拿到一份长长的环境搭建文档，上面写着：“第一步，安装 Ubuntu 20.04；第二步，安装 Python 3.8；第三步，安装 Nginx；第四步，修改 Nginx 配置文件…”。这个过程繁琐、耗时且容易出错。

Dockerfile 就是这份“环境搭建文档”的代码化、自动化版本。它是一个包含了一系列指令的文本文件，这些指令按顺序描述了如何从一个基础镜像开始，一步步地安装依赖、复制文件、配置环境，最终构建出一个全新的、符合我们需求的 Docker 镜像。

使用 Dockerfile 的核心优势：

• 透明化与可追溯： Dockerfile 本身就是镜像构建过程的完整记录，任何人都可以通过阅读它来理解镜像的构成。
• 自动化与一致性： 只需一条 docker build 命令，即可在任何安装了 Docker 的机器上重现一模一样的环境，彻底告别“在我机器上是好的”这一魔咒。
• 版本控制： 我们可以像管理项目代码一样，将 Dockerfile 纳入 Git 等版本控制系统，轻松追踪环境的每一次变更。

二、Dockerfile 的基本结构与执行机制

2.1 文件结构与基本语法

一个 Dockerfile 通常由一系列的“指令+参数”组成，其基本语法非常直观：

# 这是一个注释 (Comment)
INSTRUCTION arguments

• #: 行首的 # 表示注释。
• INSTRUCTION: 指令不区分大小写，但官方推荐使用大写，以便与参数区分。
• arguments: 指令的参数。

Docker 引擎会从上到下，逐行解析并执行 Dockerfile 中的指令。

2.2 构建上下文 (Build Context)

执行 docker build 命令时，我们所在的目录被称为构建上下文 (Build Context)。Docker 客户端会将这个目录下的所有文件（可以被 .dockerignore 排除）打包发送给 Docker 守护进程（Docker Daemon）。这样，在 Dockerfile 中使用 COPY 或 ADD 指令时，Docker 才能找到我们想要复制到镜像中的本地文件。

2.3 分层构建 (Layered Build)

Docker 镜像最核心的概念之一就是分层。Dockerfile 中的每一条可执行指令（如 RUN, COPY, ADD）都会创建一个新的镜像层 (Image Layer)。

分层构建的好处：

1. 缓存复用 (Cache Reuse): 这是 Docker 构建如此高效的关键。如果 Dockerfile 的某一行指令没有发生变化，并且它所依赖的上一层也没有变化，那么 Docker 会直接使用之前构建时生成的缓存层，而不是重新执行该指令。这极大地加快了镜像的重复构建速度。
2. 资源共享: 多个镜像可以共享相同的底层。例如，你有十个基于 ubuntu:20.04 构建的应用镜像，它们在物理机上只会存储一份 ubuntu:20.04 的基础层。

三、核心指令详解（上）

下面我们来正式学习构建镜像的四大基础指令。

3.1 FROM：指定基础镜像

FROM 指令是 Dockerfile 的基石，它必须是 Dockerfile 中的第一条非注释指令。它告诉 Docker 我们要构建的新镜像是基于哪个镜像开始的。

（1） 语法

FROM <image>
FROM <image>:<tag>
FROM <image>@<digest>

• <image>: 基础镜像的名称，例如 ubuntu。
• <tag>: 镜像的标签（版本），例如 20.04。如果省略，默认为 latest。
• <digest>: 镜像的唯一内容摘要哈希值。使用摘要可以保证你使用的镜像是绝对确定的，不会因标签被覆盖而改变。

（2） 示例

如果我们想构建一个基于轻量级 Alpine Linux 的 Nginx 服务器，Dockerfile 的开头将是：

# 从 Docker Hub 拉取 alpine 标签的 nginx 镜像作为基础
FROM nginx:alpine

选择一个合适的基础镜像是优化的第一步。例如，nginx:alpine（约 23MB）就比 nginx:latest（基于 Debian，约 142MB）小得多。

3.2 WORKDIR：设定工作目录

WORKDIR 指令用于为 Dockerfile 中在其之后执行的任何 RUN, CMD, ENTRYPOINT, COPY, ADD 指令设置工作目录。

（1） 语法

WORKDIR /path/to/workdir

（2） 作用与特性

• 简化路径：避免在后续指令中不断重复书写长路径。
• 自动创建：如果指定的目录不存在，Docker 会自动创建它。
• 可多次使用：可以多次使用 WORKDIR 来切换当前目录。路径可以是相对路径，它会相对于前一个 WORKDIR 指令的路径。

（3） 示例

# 不推荐的写法
RUN mkdir /app
COPY config.json /app/config.json
RUN /app/my-script.sh# 推荐的写法
WORKDIR /app
COPY config.json .
RUN ./my-script.sh

在推荐的写法中，COPY . . 和 RUN ./my-script.sh 中的 . 和 ./ 都是相对于 /app 目录的，代码更清晰简洁。

3.3 COPY：复制文件或目录

COPY 指令用于将构建上下文中的文件或目录复制到镜像内的文件系统中。

（1） 语法

COPY [--chown=<user>:<group>] <src>... <dest>

• <src>: 源文件或目录，路径是相对于构建上下文的。支持通配符，例如 *.html。
• <dest>: 目标路径，在镜像内的绝对路径，或者是相对于 WORKDIR 的相对路径。
• --chown: (可选) 改变复制到镜像中文件的用户和用户组。

（2） 关键点

• 路径规则：源路径必须在构建上下文中。你不能 COPY ../somefile /app。
• 目录复制：如果源是目录，它会复制目录中的所有内容（包括元数据）。
• 目标路径：如果目标路径以 / 结尾，则源会被复制到该目录下。如果目标路径不存在，Docker 会自动创建它以及所有必需的父目录。

（3） 示例

假设我们的项目目录结构如下：

.
├── Dockerfile
├── html
│   └── index.html
└── conf└── default.conf

Dockerfile 内容：

# ...
WORKDIR /usr/share/nginx/html
# 将构建上下文中的 html/index.html 复制到镜像的 /usr/share/nginx/html/index.html
COPY html/index.html .WORKDIR /etc/nginx/conf.d
# 将构建上下文中的 conf/default.conf 复制到镜像的 /etc/nginx/conf.d/default.conf
COPY conf/default.conf .

3.4 RUN：执行命令

RUN 指令用于在镜像构建过程中执行命令。这通常用于安装软件包、创建目录、编译代码等。

（1） 两种形式

1. Shell 形式: RUN <command>

   • 命令在 shell 中执行，在 Linux 上默认是 /bin/sh -c <command>。
   • 可以直接使用 shell 语法，如环境变量替换 ($HOME)。
   • 示例: RUN apt-get update && apt-get install -y vim

2. Exec 形式: RUN ["executable", "param1", "param2"]

   • 命令直接由内核执行，不经过 shell 解析。
   • 更适合不希望被 shell 字符串插值影响的命令。
   • 参数必须是 JSON 数组格式。
   • 示例: RUN ["/bin/bash", "-c", "echo hello"]

（2） 最佳实践：合并 RUN 指令

由于每一条 RUN 指令都会创建新的一层，为了减少镜像层数、缩小镜像体积，应将多个相关的命令用 && 连接起来，合并成一条 RUN 指令。

# 不推荐：创建了两个镜像层
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y curl# 推荐：只创建一个镜像层
RUN apt-get update && apt-get install -y curl

四、实战：构建一个自定义 Nginx 镜像

现在，我们将运用所学知识，创建一个替换了默认欢迎页面的 Nginx 镜像。

4.1 准备工作

（1） 创建项目目录

在你的电脑上创建一个名为 my-nginx-app 的文件夹。

mkdir my-nginx-app
cd my-nginx-app

（2） 创建自定义网页

在 my-nginx-app 目录下，创建一个 index.html 文件，并写入以下内容：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>Welcome to My Custom Nginx!</title>
</head>
<body><h1>Hello from My First Dockerfile!</h1><p>This page is served by a custom Nginx image built by me.</p>
</body>
</html>

（3） 编写 Dockerfile

在 my-nginx-app 目录下，创建一个名为 Dockerfile 的文件（注意没有文件后缀），并写入以下内容：

# 步骤 1: 指定基础镜像
# 我们选择 Alpine Linux 版本的 Nginx，因为它非常小巧
FROM nginx:1.21-alpine# 步骤 2: 设置工作目录 (可选，但推荐)
# 这里我们将工作目录设置为 Nginx 默认存放网页文件的目录
WORKDIR /usr/share/nginx/html# 步骤 3: 复制文件
# 将构建上下文（当前目录）中的 index.html 文件
# 复制到镜像的当前工作目录（/usr/share/nginx/html）下
# 注意：会覆盖掉基础镜像中原有的 index.html
COPY index.html .# RUN 指令在这里不是必需的，因为我们只是替换静态文件
# 如果需要安装软件，才会用到 RUN，例如：
# RUN apk add --no-cache curl

此时，你的目录结构应该是：

my-nginx-app/
├── Dockerfile
└── index.html

4.2 构建镜像

打开终端，确保当前路径在 my-nginx-app 目录下，然后执行 docker build 命令：

# -t 参数用于给镜像打上标签，格式为 <name>:<tag>
# . 表示将当前目录作为构建上下文
docker build -t my-custom-nginx:1.0 .

你会看到类似以下的输出：

Sending build context to Docker daemon  3.072kB
Step 1/3 : FROM nginx:1.21-alpine---> a355830213b3
Step 2/3 : WORKDIR /usr/share/nginx/html---> Running in c8e2b1e3d4a5
Removing intermediate container c8e2b1e3d4a5---> 7d2f9a65b8f1
Step 3/3 : COPY index.html .---> 1a9b8f7c6e5d
Successfully built 1a9b8f7c6e5d
Successfully tagged my-custom-nginx:1.0

4.3 运行并验证

（1） 查看新镜像

使用 docker images 命令，你应该能看到我们刚刚创建的镜像：

REPOSITORY          TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
my-custom-nginx     1.0       1a9b8f7c6e5d   5 seconds ago   22.8MB

（2） 运行容器

使用 docker run 命令来运行这个新镜像：

# -d: 后台运行容器
# -p 8080:80: 将主机的 8080 端口映射到容器的 80 端口
# --name: 给容器取一个名字，方便管理
docker run -d -p 8080:80 --name my-nginx-server my-custom-nginx:1.0

（3） 验证结果

打开你的浏览器，访问 http://localhost:8080。如果一切顺利，你将看到我们自定义的 index.html 页面内容！

五、总结

本文作为 Dockerfile 的入门篇，详细介绍了其作为镜像构建蓝图的核心地位，并深入剖析了分层构建机制及其带来的缓存优势。通过本章学习，我们应掌握以下核心知识点：

1. Dockerfile 的作用：它是实现环境配置代码化、构建过程自动化的关键，确保了环境的一致性与可移植性。
2. 构建上下文与分层：理解了 docker build 时发送给守护进程的内容，以及每一条指令如何创建新镜像层的概念，这是理解 Docker 镜像构建效率和大小的关键。
3. 四大核心指令：
   • FROM：必须是第一条指令，用于定义所有构建步骤的基础。
   • WORKDIR：用于设定后续指令的工作目录，能让 Dockerfile 更清晰、易于维护。
   • COPY：将本地文件复制到镜像中的标准方式，是向镜像中添加应用代码和配置的主要手段。
   • RUN：在镜像构建时执行命令，主要用于安装系统依赖和软件包。
4. docker build 命令：掌握了使用 -t 参数为镜像打标签和指定构建上下文的基本用法，并成功构建了第一个自定义镜像。

在下一篇文章中，我们将继续深入 Dockerfile 的学习，探讨如何通过 CMD、ENTRYPOINT 指令让镜像真正“跑起来”，以及如何使用 ENV、ARG 等指令来传递变量和参数，敬请期待。

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