构建跨平台镜像：使用Docker Buildx

一、场景描述

一次构建多处部署的镜像分发显著提高了应用的交付效率。对于需要在不同平台部署应用的情况，利用 docker buildx 构建跨平台的镜像是一种快捷高效的解决方案。

通常，常见做法是为每个平台单独构建一个版本。但当用于开发的平台与部署的目标平台不同时，实现这一目标并不容易。例如，在 x86 架构上开发一个应用程序，然后将其部署到 ARM 平台的机器上，通常需要准备 ARM 平台的基础设施用于开发和编译。

二、使用Buildx

默认的 docker build 命令无法实现跨平台构建任务，因此我们需要安装 buildx 插件来扩展其功能。Docker Buildx 提供了一种更灵活、高效且支持多平台构建的方法，适用于各种复杂的构建场景。它可以通过简单的命令行参数来扩展 Docker 构建的功能，使得容器镜像的构建变得更加便捷和高效。

在 Linux 环境中，QEMU 提供了一个称为用户态模式（User mode）的模拟模式。通过在 Linux 内核中注册一个二进制转换处理程序，QEMU 在程序运行时会动态地翻译目标架构的二进制文件，以便在当前系统的 CPU 架构上运行。这种模式的最终效果就是，我们可以在本地环境中仿真运行目标 CPU 架构的二进制文件。

借助 QEMU 的用户态模式，我们能够创建轻量级的虚拟机环境（如 chroot 或容器），在这个环境中进行编译工作，与在本地环境中进行编译没有本质区别，操作简单高效。事实上，这个特性也被广泛地应用于 Docker 镜像的跨平台构建。

通过利用用户态模式，我们能够在不同 CPU 架构之间灵活切换，为软件开发和部署提供了极大的便利性和灵活性。这种技术不仅在开发过程中有着广泛的应用，也是在容器技术中实现跨平台构建的重要基础。

Buildx 允许你在单个命令中构建多个架构的容器镜像，从而支持在不同的 CPU 架构上运行。这对于跨平台开发和部署非常有用，特别是在混合架构的环境中。

Buildx 支持本地原文链接：https://www.dqzboy.com和远程的构建缓存，可以显著加快构建过程。它可以缓存前一次构建的结果，避免重复下载和构建。

Buildx 提供了对一些实验性功能的支持，比如使用 --platform 选项指定目标平台、使用 --build-arg BUILDKIT_INLINE_CACHE=1 开启内联缓存等。

Buildx 允许同时在多个节点上构建多个镜像，从而提高构建效率。

通过与外部构建器（如 QEMU）结合使用，Buildx 可以支持在一个架构上构建另一个架构的镜像。

Buildx 可以将构建的镜像导出为 tar 文件，方便在没有 Docker 环境的地方使用。原文链接：https://www.dqzboy.com

macOS 或 Windows 系统的 Docker Desktop，以及 Linux 发行版通过 deb 或者 rpm 包所安装的 docker 内置了 buildx，不需要另行安装。

• 查看buildx是否可用

docker buildx version

如果你的 docker 没有 buildx 命令，可以下载二进制包进行安装：

1. 首先从 Docker buildx 项目的 release 页面找到适合自己平台的二进制文件。
2. 将下载的二进制文件下载到你的本地机器上，并确保文件名为 docker-buildx。
3. 将 docker-buildx 二进制文件移动到 Docker 的插件目录 ~/.docker/cli-plugins。如果该目录不存在，可以先创建它。

mv docker-buildx ~/.docker/cli-plugins/

4. 确保二进制文件具有执行权限。

chmod +x ~/.docker/cli-plugins/docker-buildx

Docker for Linux 不支持构建 arm 架构镜像，我们可以运行一个新的容器让其支持该特性。如果你使用的是 Docker 桌面版（MacOS 和 Windows），默认已经启用了 binfmt_misc，可以跳过这一步。

[root@DevOps ~]# docker run --rm --privileged tonistiigi/binfmt:latest --install all

# 验证是 binfmt_misc 否开启：
[root@DevOps ~]# ls -al /proc/sys/fs/binfmt_misc

• 验证是否启用了相应的处理器

[root@DevOps ~]# cat /proc/sys/fs/binfmt_misc/qemu-arm
# 这表示 binfmt_misc 对象（在这里是 qemu-arm）是启用的
enabled
# 这是指定用于解释目标架构二进制文件的解释器。这里使用的是/usr/bin/qemu-arm
interpreter /usr/bin/qemu-arm
# 这是一组标志，它们指示了如何处理目标二进制文件。
flags: OCF
# 这个字段指示了在目标文件的哪个偏移量开始执行解释器。
offset 0
# 这个字段描述了目标文件的特征码，也就是一个标志序列，用于识别文件的格式。
magic 7f454c4601010100000000000000000002002800
# 这个字段定义了哪些部分是需要匹配的，哪些部分是通配符。
mask ffffffffffffff00fffffffffffffffffeffffff

由于 Docker 默认的构建器实例不支持同时指定多个 --platform，因此我们需要首先手动创建一个新的构建器实例并进行相应的替换。

1. 创建 /etc/buildkit/buildkitd.toml 配置文件，并填写下面的配置内容

[root@DevOps ~]# vim /etc/buildkit/buildkitd.toml
debug = true
# insecure-entitlements allows insecure entitlements, disabled by default.
insecure-entitlements = [ "network.host", "security.insecure" ]

# optionally mirror configuration can be done by defining it as a registry.
[registry."私有仓库地址IP或者域名"]
  http = true
  insecure = true

2. 创建一个名为 my-builder 的新构建器，并将其设置为当前活动构建器

[root@DevOps ~]# docker buildx create --name my-builder --use --driver-opt network=host --config /etc/buildkit/buildkitd.toml

上面指令介绍：

• docker buildx create: 这是创建 Docker Buildx 构建器的命令。
• --name my-builder: 这个选项用于指定构建器的名称，这里构建器被命名为 my-builder。
• --use: 这个选项表示在创建后立即使用新创建的构建器。
• --driver-opt network=host: 这是一个构建器驱动选项，它在构建器后台运行的时候将使用宿主机的网络命名空间。这样构建器就可以访问宿主机上的网络资源。
• --config /etc/buildkit/buildkitd.toml: 这个选项用于指定构建器的配置文件路径。在这里，它指定了配置文件为 /etc/buildkit/buildkitd.toml。

[root@DevOps ~]# docker buildx inspect

[root@DevOps ~]# docker buildx inspect my-builder --bootstrap

• 查看当前使用的构建器及构建器支持的 CPU 架构

[root@DevOps ~]# docker buildx ls

三、构建多平台镜像

• 创建一个最简单的容器应用来进行操作说明

[root@DevOps ~]# vim Dockerfile
# 通过 --platform=$TARGETPLATFORM指定平台的Alpine 镜像作为基础
FROM --platform=$TARGETPLATFORM alpine

# 运行 uname 命令并将输出写入 os.txt 文件
RUN uname -a > /os.txt

# 设置容器启动时默认执行的命令
CMD cat /os.txt

• 推送之前，先登入私有镜像仓库

[root@DevOps ~]# docker login <私有镜像仓库>
Username: 用户
Password: 密码

Login Succeeded

[root@DevOps ~]#  docker buildx build --platform linux/arm64,linux/amd64 -t 私有仓库地址/public/REPOSITORY[:TAG] --push .

[root@DevOps ~]# docker buildx imagetools inspect 私有仓库地址/public/REPOSITORY[:TAG]

[root@DevOps ~]# docker run -it --rm 私有仓库地址/public/demo:v1.0@sha256:xxx