[Docker] Dockerfile 명령어와 이를 활용한 이미지 빌드 실습: 빌드 캐시 사용, 최적화

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1. IaC & Dockerfile

IaC가 필요한 이유

명령어 기반으로 인프라를 구성할 때 사용자 실수와 같은 인적 오류 가능성이 높다.
이러한 오류 가능성을 줄이기 위해 인프라 구성을 코드로 관리할 수 있는 IaC(Infrastructure as Code)를 사용한다.

2. 최적의 Dockerfile 작성법

경량의 컨테이너 서비스 제공: 불필요한 파일이나 라이브러리를 최소화하여 경량 컨테이너를 제공한다.
레이어 최소화: Dockerfile의 레이어 수가 많아지면 빌드 시간이 늘어나고 이미지가 커질 수 있다. 불필요한 레이어를 줄여 효율을 높인다.
하나의 애플리케이션, 하나의 컨테이너: 단일 컨테이너에 하나의 애플리케이션만 실행하도록 구성하는 것이 좋다.
캐시 활용: 캐시 기능을 활용해 중복된 빌드 작업을 피할 수 있다.
디렉토리 단위 작업: 디렉토리별로 작업을 나누면 가독성이나 관리가 용이하다.
서버리스 환경에서 개발: 서버리스 환경에서 동작하도록 별도의 서버를 필요로 하지 않도록 한다.

3. Dockerfile 명령어

FROM

FROM은 필수 항목이며, 이미지를 빌드할 때 사용할 베이스 이미지를 지정하는 명령어이다.
일반적으로 hub.docker.com에서 제공하는 다양한 베이스 이미지를 활용하는 것이 좋다. 특히 경량화된 이미지를 선호한다면, slim이나 Alpine과 같은 리눅스 배포판을 사용하는 것을 권장한다.
- 예: FROM alpine:latest
  Alpine 이미지는 매우 가볍고, 작은 용량을 요구하는 서비스나 빠른 시작 속도가 필요한 경우에 적합하다.

MAINTAINER

이미지를 만든 작성자의 정보(이름, 이메일 주소)를 명시하는 명령어이다.
- 예: MAINTAINER adam <itstudy@kakao.com>
  이는 이미지의 소유자나 책임자가 누구인지 기록하여 추후에 문제가 발생했을 때 관련된 사람을 식별할 수 있게 한다.

LABEL

이미지에 메타데이터(버전, 설명 등)를 추가하는 명령어이다. 여러 개의 라벨을 사용할 수 있으며, 이를 통해 이미지의 목적, 작성자, 버전 등의 정보를 기록할 수 있다.
- 예: LABEL version="1.0" description="A PHP web application"
  이 정보를 활용하면 나중에 이미지가 어떤 용도로 생성되었는지, 어떤 버전을 사용하는지 쉽게 파악할 수 있다.

RUN

기본 이미지에 추가적으로 필요한 패키지나 설정을 실행하는 명령어이다. 패키지 설치, 업데이트 등 다양한 작업을 처리할 수 있으며, 여러 개의 RUN 명령을 사용할 수 있다.
- 예: RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
  RUN 명령은 하나의 명령이 하나의 레이어로 저장되므로, 명령어의 개수를 최소화하여 이미지 크기를 줄이는 것이 중요하다. 예를 들어, 여러 패키지를 한 번에 설치하는 방식으로 명령을 합칠 수 있다.

CMD

컨테이너가 시작될 때 실행할 명령을 지정하는 명령어이다. 여러 개의 CMD를 작성해도 마지막에 선언된 하나만 실행된다.
- 예: CMD ["python", "app.py"]
  컨테이너 실행 시 기본적으로 실행될 명령을 지정하며, 일반적으로 애플리케이션을 실행하는 데몬 프로세스를 실행하는 데 유용하다.

ENTRYPOINT

CMD와 유사하게 컨테이너가 시작될 때 실행될 명령을 지정하지만, 필수적으로 실행해야 하는 명령을 지정할 때 사용된다.
- 예: ENTRYPOINT ["/usr/sbin/apache2ctl", "-D", "FOREGROUND"]
  ENTRYPOINT는 컨테이너 실행 시 꼭 필요한 명령을 지정할 때 유용하다. CMD는 기본 인자를 넘기는 용도로, ENTRYPOINT는 반드시 실행해야 하는 명령을 지정하는 데 사용된다.

COPY

호스트의 파일이나 디렉토리를 이미지 내부로 복사할 때 사용하는 명령어이다.
- 예: COPY ./src /app/src
  특정 파일이나 디렉토리를 이미지 빌드 과정에서 컨테이너 내에 복사한다.

ADD

COPY와 유사하지만, 추가적으로 URL에서 파일을 다운로드하여 이미지에 추가하거나, 압축 파일을 지정된 경로에 풀어서 추가할 수 있다.
- 예: ADD http://example.com/file.tar.gz /tmp/
  URL을 통해 외부 파일을 가져와 압축을 풀고, 이미지에 포함시킬 수 있다.

ENV

환경변수를 설정하는 명령어이다.
- 예: ENV APP_ENV=production
  이는 컨테이너 내부에서 애플리케이션이 실행될 때 참조할 수 있는 변수를 미리 설정하는 용도로 유용하다.

EXPOSE

컨테이너 내부에서 외부로 노출할 포트를 지정하는 명령어이다.
- 예: EXPOSE 80
  해당 포트는 애플리케이션이 외부와 통신할 수 있도록 열려 있다.

VOLUME

컨테이너 내부와 호스트 간의 데이터를 공유할 볼륨을 지정하는 명령어이다.
- 예: VOLUME /data
  이는 데이터를 영구적으로 저장하거나 컨테이너 간에 공유할 때 사용한다.

USER

기본적으로 root 사용자로 실행되는 컨테이너에서 다른 사용자를 지정할 때 사용하는 명령어이다.
- 예: USER www-data
  보안 상 이유로 권한이 낮은 사용자를 사용하는 것이 권장된다.

WORKDIR

컨테이너 내부에서 작업 디렉토리를 설정하는 명령어이다. 이 디렉토리를 기준으로 모든 명령이 실행된다.
- 예: WORKDIR /app
  작업 디렉토리를 미리 설정하면, 이후의 RUN, CMD, COPY, ADD 명령이 모두 해당 디렉토리에서 실행된다.

ARG

빌드 시점에 값을 전달하는 명령어이다.
- 예: ARG version=1.0
  빌드 과정에서 필요한 값을 동적으로 전달할 수 있다. --build-arg 옵션을 통해 값을 전달할 수 있다.

HEALTHCHECK

컨테이너 내부의 프로세스 상태를 주기적으로 확인하는 명령어이다. 여러 개의 HEALTHCHECK가 작성되었을 경우, 마지막에 선언된 것만 적용된다.
- 예: HEALTHCHECK --interval=1m --timeout=3s --retries=5 CMD curl -f http://localhost || exit 1
  헬스체크 간격, 타임아웃, 재시도 횟수를 설정하여 프로세스가 정상적으로 작동하는지 확인할 수 있다.

순서 및 빌드 캐시

FROM은 가장 먼저 선언해야 하지만, 나머지 명령어들의 순서는 빌드 캐시 무효화와 관련이 있다. 캐시가 무효화되는 빈도가 적은 명령어부터 배치하는 것이 효율적이다.

Dockerfile 명령 순서

Dockerfile의 순서는 명령어의 캐시 무효화와 관련이 있기 때문에, 자주 변경되지 않는 명령을 먼저 배치하는 것이 좋다.

4. Docker 이미지 빌드

docker build [옵션] 이미지이름[:태그] 경로 | URL | 압축파일

-t: 이미지에 태그를 지정할 때 사용한다.
-f: 다른 파일명을 사용하는 경우 Dockerfile을 지정한다.

5. Dockerfile이 필요한 이유

Dockerfile을 사용하지 않으면, 우분투 이미지를 이용해 컨테이너를 생성한 후 직접 컨테이너에 접속해 일일이 필요한 소프트웨어(예: 아파치 웹 서버, PHP)를 설치하고 웹 애플리케이션을 설정해야 한다. 이는 매번 반복 작업을 해야 한다는 단점이 있다.

반면, Dockerfile을 사용하면 이러한 설치 및 설정 과정을 자동화할 수 있다. 모든 명령어를 Dockerfile에 작성해두면 단 한 번의 명령어로 동일한 환경을 가진 컨테이너를 손쉽게 생성할 수 있다.

6. Dockerfile 작성 및 실행

작업 디렉토리 생성 및 이동

$ mkdir phpapp
$ cd phpapp

Dockerfile 생성 및 작성: `vi Dockerfile`

FROM ubuntu:14.04

MAINTAINER "yeonsu <bestdustn@gmail.com>"

LABEL title "IaC PHP application"

RUN apt-get update && apt-get -y install apache2 php5 git curl ssh wget

# Apache2 환경 변수 설정
ENV APACHE2_RUN_USER www-data \
APACHE2_LOG_DIR /var/log/apache2 \
APACHE2_WEB_DIR /var/www/html \
APACHE2_PID_FILE /var/run/apache2/apache2.pid

# 기본 웹 페이지 및 PHP 파일 작성
RUN echo 'Hello Docker Application' > /var/www/html/index.html
RUN echo '<?php phpinfo(); ?>' > /var/www/html/index.php

EXPOSE 80

WORKDIR /var/www/html

CMD ["/usr/sbin/apache2ctl", "-D", "FOREGROUND"]

Dockerfile 빌드

현재 디렉토리에 Dockerfile 로 존재 → build

docker build -t myphpapp:1.0 .

컨테이너 생성 및 실행

docker run -dit -p 8101:80 --name phpapp1 myphpapp:1.0

7. 이미지 빌드 과정

이미지 빌드는 대화형이 아닌 자동화된 과정이다. 빌드가 시작되면 도커가 작성한 Dockerfile에 따라 자동으로 이미지를 생성하며, 사용자는 빌드 과정에 개입하지 않는다.

Ubuntu 기반 이미지 생성 시 주의사항: apt-get update 명령을 먼저 실행해야 패키지를 정상적으로 설치할 수 있다. 또한 -y 옵션을 추가해 사용자 입력 없이 설치가 자동으로 진행되도록 해야 한다.

RUN apt-get update && apt-get install -y python

.dockerignore 파일 사용: 빌드 시 제외하고 싶은 파일이나 디렉토리를 .dockerignore 파일에 명시해 빌드 컨텍스트에서 제외할 수 있다.

node_modules/
*.log

Python 개발 환경 설정 예시

디렉토리 생성 및 이동

mkdir python_lab
cd python_lab

Dockerfile 작성

`nano Dockerfile` 명령을 통해 새로운 `Dockerfile`을 생성하고, 다음과 같은 내용을 작성한다:

FROM ubuntu:18.04
RUN apt-get update && apt-get install -y python

이 때, `apt-get update` 명령을 누락하게 되면 패키지 설치가 실패할 수 있으므로 주의해야 한다.

이미지 빌드

docker build -t mypyapp:1.0 .

→ apt-get update 명령을 반드시 포함해야 패키지 설치에 실패하지 않음.

Ubuntu 버전 14.04로 변경하여 빌드할 수도 있다.

FROM ubuntu:14.04
RUN apt-get update && apt-get install python

이미지 빌드 확인

이미지를 빌드하고 압축 파일이 해제된 후의 디렉토리를 확인할 수 있다.

이미지 용량 최적화: 불필요한 패키지와 파일을 삭제해 이미지 용량을 줄일 수 있다.

FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get -y install apache2 vim curl \
    && apt-get clean -y \
    && apt-get autoremove -y \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/*

RUN 명령을 하나로 합치고, 가능한 경우 alpine 기반 이미지를 사용해 성능을 최적화할 수 있다.

FROM python:3.9.2-alpine
COPY app.py /app
RUN pip install -r requirements.txt
CMD python /app/app.py

Dockerfile 작성 시 명령어들의 레이어 생성과 빌드 캐시의 동작을 고려해 효율적으로 작성하는 것이 중요하다.

빌드 캐시 사용을 위한 실습

Dockerfile 생성

FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get install -y nginx curl vim

RUN echo 'Docker Container Application.' > /var/www/html/index.html

EXPOSE 80

CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

이미지 빌드

docker build -f Dockerfile -t webapp:1.0 .

이미지 빌드 (다른 태그 사용)

docker build -f Dockerfile -t webapp:2.0 .

동일한 내용을 가지고 두 번째 빌드를 하면 "cached"라는 문구가 보인다. 이는 빌드 과정에서 이전 단계의 캐시를 사용한 것이며, 빌드 속도를 향상시킨다. 이렇게 사용되는 캐시를 빌드 캐시라고 한다.
빌드 캐시는 동일한 명령어의 연속된 부분까지 적용되며, 그 이후부터는 캐시가 적용되지 않는다.

Dockerfile 최적화

Python 설치 및 app.py 복사 후 실행하는 Dockerfile

FROM ubuntu:20.04

COPY app.py /app

RUN apt-get update && apt-get -y install python python-pip

RUN pip install -r requirements.txt

CMD python /app/app.py

Dockerfile을 빌드할 때 RUN, ADD, COPY 명령어는 각각의 레이어를 생성한다. 반면에 CMD, LABEL, ENV, EXPOSE 등은 레이어를 생성하지 않는다.
최적화 방법: 여러 RUN 명령어를 하나로 합치는 것이 좋다. 또한, 용량 최적화를 위해 Alpine과 같은 경량 이미지를 사용하는 것이 성능 향상에 유리하다.

FROM python:3.9.2-alpine

COPY app.py /app

RUN pip install -r requirements.txt

CMD python /app/app.py

변경 사항이 적은 명령어는 상단에 배치하여 빌드 캐시를 최대한 활용할 수 있도록 한다.

8. 다양한 방법의 Dockerfile 작성

쉘 스크립트를 이용한 환경 구성: 환경 변수들은 .sh 파일에 작성하고 이를 실행해 환경을 구성할 수 있다.
- 디렉토리를 생성하고 프롬프트 이동
- Dockerfile 생성 및 작성

FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get -y install apache2

RUN echo 'Docker Container Application' > /var/www/html/index.html

RUN mkdir /webapp

RUN echo './etc/apache2/envvars' > /webapp/run_http.sh && \
    echo 'mkdir -p /var/run/apache2' >> /webapp/run_http.sh

EXPOSE 80

CMD /webapp/run_http.sh

ADD 명령어의 자동 압축 해제 기능 활용: 압축 파일을 Dockerfile에서 가져와 자동으로 해제할 수 있다.

sudo apt install git
git clone <https://github.com/brayanlee/webapp.git>

압축 파일이 있는 곳으로 프롬프트를 이동: `cd webapp`
`ls` 명령으로 압축 파일이 있는지 확인

Dockerfile이 저장될 디렉터리를 생성: `mkdir dockerfiles`
Dockerfile 생성하고 작성: `nano dockerfiles/Dockerfile`

FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get -y install apache2 vim curl

ADD webapp.tar.gz /var/www/html

WORKDIR /var/www/html

EXPOSE 80

CMD /usr/sbin/apachectl -D FOREGROUND

이미지 빌드 후 컨테이너 실행

docker run -dit -p 8201:80 --name webapp8 webapp:8.0

압축된 파일이 해제되었는지 확인

docker exec -it webapp8 /bin/bash

ls

압축된 파일을 복사할 때는 개별 파일 복사보다 디렉토리 전체를 복사하거나 압축 파일 형태로 복사하는 것이 효율적이다.
기본 이미지를 사용하는 경우 불필요한 파일을 제거하여 이미지 크기를 줄일 수 있다. apt-get clean, apt-get autoremove, rm -rf 명령어를 사용하여 임시 파일과 패키지 캐시를 삭제한다.

이전에 사용한 도커 파일을 수정(`nano dockerfiles/Dockerfile`)

FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get -y install apache2 vim curl && \
    apt-get clean -y && \
    apt-get autoremove -y && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/*

ADD webapp.tar.gz /var/www/html

WORKDIR /var/www/html

EXPOSE 80

CMD /usr/sbin/apachectl -D FOREGROUND

이미지 빌드 및 크기 확인

docker build -t webapp:9.0 -f ./dockerfiles/Dockerfile .
docker images

이전보다 이미지 크기가 줄어든 것을 확인할 수 있다.

9. Python Flask 애플리케이션 빌드

Flask 애플리케이션 디렉토리 생성 및 소스 코드 작성

mkdir py_flask && cd py_flask
mkdir app && nano app/py_app.py

from flask import Flask

py_app = Flask(__name__)

@py_app.route('/')
def python_flask():
    return "<h1>Hello Flask</h1>"

if __name__ == "__main__":
    py_app.run(host="0.0.0.0", port=9000, debug=True)

패키지 의존성 파일 생성: `app/requirements.txt` 생성

nano app/requirements.txt

Flask==1.1.2

가상 환경을 사용하는 것이 의존성 관리에 유리하다.

`pip freeze > requirements.txt` 명령을 이용하여 파일 생성

→ 가상환경인 경우, 가상환경에 있는 패키지들만 올라가지만, 가상환경이 없으면 깔려있는 모든 패키지들이 몽땅 다 올라간다.

따라서 되도록이면 python을 이용할 때 가상환경을 사용하는 것이 좋다.

현재 디렉토리에 Dockerfile을 만들고 작성

FROM python:3.8-alpine

RUN apk update && apk add --no-cache bash build-base python3-dev py-pip

ENV LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib
ENV FLASK_APP=py_app
ENV FLASK_ENV=development

WORKDIR /py_app
COPY ./app/ .

RUN pip install -r requirements.txt

EXPOSE 9000

ENTRYPOINT ["python"]
CMD ["py_app.py"]

이미지 빌드 및 확인

docker build -t py_flask:1.0 .
docker images

py_flask 이미지가 만들어졌는지 확인