前言

随着容器、芯片技术的进一步倒退，以及绿色、节能、信创等方面的要求，多 CPU 架构的场景越来越常见。典型的利用场景包含：

  1. 信创：x86 服务器 + 鲲鹏 ARM 等信创服务器；
  2. 个人电脑：苹果 Mac M1 + Windows 电脑（或旧的 Intel 芯片苹果电脑）；
  3. Edge：数据中心应用 x86 服务器，边缘 Edge 端应用低功耗的 arm 边缘设施（如树莓派等）。

容器云原生技术在这方面反对的是很好，然而理论应用中细节会有一些问题，举一个例子，就是：如何保留/同步多架构容器 Docker 镜像

本次先以将 Docker Hub 的镜像同步到本地镜像仓库为例阐明。

词汇表

英文中文阐明
multi-arch image多架构镜像
variant变体不同变体指的如：redis 镜像的 arm/v5 和 arm/v7 两种变体
manifest清单
manifest-list清单（的）列表
layer（镜像）层
image index镜像索引OCI 专有名词，含意和 manifest-list 雷同
manifest digest清单摘要

容器镜像如何反对多架构

一个多架构镜像（A multi-arch image）是一种容器镜像，它能够组合不同架构体系（如 amd64 和 arm）的变体（variants），有时还能够组合不同操作系统（如 windows 和 linux）的变体。运行反对多架构的镜像时，容器客户端会主动抉择与你的 OS 和架构相匹配的镜像变体。

多架构镜像是基于镜像清单和清单列表实现的。

清单（Manifests）

每个容器镜像都由一个“清单”示意。清单是一个 JSON 文件，用于惟一标识镜像，并援用其层（layer）及其相应的大小。

hello-world Linux 镜像的根本清单相似于以下内容：

{  "schemaVersion": 2,  "mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",  "config": {      "mediaType": "application/vnd.docker.container.image.v1+json",      "size": 1510,      "digest": "sha256:fbf289e99eb9bca977dae136fbe2a82b6b7d4c372474c9235adc1741675f587e"    },  "layers": [      {        "mediaType": "application/vnd.docker.image.rootfs.diff.tar.gzip",        "size": 977,        "digest": "sha256:2c930d010525941c1d56ec53b97bd057a67ae1865eebf042686d2a2d18271ced"      }    ]}

清单列表 (Manifest-lists)

多架构镜像的清单列表（通常称为 OCI 镜像 的镜像索引）是镜像的汇合（索引），您能够通过指定一个或多个镜像名称来创立一个。它包含无关每个镜像的详细信息，例如反对的操作系统和体系架构、大小和清单摘要 (manifest digest)。清单列表的应用形式与 docker pull 和 docker run 命令 中的镜像名称雷同。

docker CLI 应用 docker manifest命令治理清单和清单列表。

Warning:

目前，该命令 docker manifest 和子命令是实验性的。无关应用实验性命令的详细信息，请参阅 Docker 文档。

✍️笔者注：可能是因为实验性的起因，应用过程中有几个多架构镜像碰到了诡异的问题。

您能够应用该命令 docker manifest inspect 查看清单列表。以下是多架构镜像hello-world:latest 的输入，它有三个清单：两个用于 Linux 操作系统体系架构，一个用于 Windows 体系架构。

{  "schemaVersion": 2,  "mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.list.v2+json",  "manifests": [    {      "mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",      "size": 524,      "digest": "sha256:83c7f9c92844bbbb5d0a101b22f7c2a7949e40f8ea90c8b3bc396879d95e899a",      "platform": {        "architecture": "amd64",        "os": "linux"      }    },    {      "mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",      "size": 525,      "digest": "sha256:873612c5503f3f1674f315c67089dee577d8cc6afc18565e0b4183ae355fb343",      "platform": {        "architecture": "arm64",        "os": "linux"      }    },    {      "mediaType": "application/vnd.docker.distribution.manifest.v2+json",      "size": 1124,      "digest": "sha256:b791ad98d505abb8c9618868fc43c74aa94d08f1d7afe37d19647c0030905cae",      "platform": {        "architecture": "amd64",        "os": "windows",        "os.version": "10.0.17763.1697"      }    }  ]}

应用 docker manifest 保留多架构镜像

这里是将多架构的镜像推送到本地镜像仓库步骤：

  1. 标记每个特定于体系结构的镜像并将其推送到容器注册表。以下示例假设有两个 Linux 体系结构：arm64 和 amd64。

    docker tag myimage:arm64 \  192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64docker push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64docker tag myimage:amd64 \  192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64docker push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64

  2. 运行 docker manifest create 以创立清单列表，以将后面的镜像合并到多架构镜像中。

    docker manifest create 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:multi \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:arm64 \ 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:amd64

  3. 应用以下命令docker manifest push将清单推送到镜像仓库：

    docker manifest push 192.168.2.23:5000/multi-arch-samples/myimage:multi
  4. 应用命令docker manifest inspect查看清单列表。上一节显示了命令输入的示例。

将多架构清单推送到镜像仓库后，应用多架构镜像的形式与解决单架构镜像的形式雷同。例如，应用 docker pull 拉取镜像。

保留/同步多架构镜像实用脚本一 - 基于 docker manifest

场景一

已有多架构压缩包 须要 load 压缩包并将多架构镜像上传到本地镜像仓库

以 K3s 为例，官网在 release 时曾经公布了多架构的离线镜像压缩包，别离为：

  • k3s-airgap-images-amd64.tar.gz
  • k3s-airgap-images-arm.tar.gz
  • k3s-airgap-images-arm64.tar.gz
  • ...

这些包曾经下载好，并传到客户/用户的离线环境机器上。当初须要 load 压缩包并将多架构镜像上传到本地镜像仓库

大抵步骤

  1. docker load 压缩包
  2. 其中的镜像一一打 tag, 改为 <本地镜像仓库地址>/.../...:<tag>-<arch>
  3. push 镜像
  4. 以上步骤反复 3 遍，将 tag 带有-amd64 -arm -arm64的镜像都 push 到本地镜像仓库
  5. 镜像一一 docker manifest create 以创立清单列表
  6. 应用以下命令docker manifest push将清单一一推送到镜像仓库

残缺脚本如下：

Warning:

因为自己能力无限，在应用 k3s v1.21.7+k3s1 版本的 8*3 个离线镜像做测试的时候，总是 5 个胜利，另外 3 个呈现 manifest list 的 arch 和 manifest 对不上的状况。
不晓得是我脚本问题还是 docker manifest 命令是实验性导致的。
有教训的还请帮忙看看。谢谢~

#!/bin/bashamd64_images="k3s-airgap-images-amd64.tar.gz"arm64_images="k3s-airgap-images-arm64.tar.gz"arm_images=""list="k3s-images.txt"usage() {    echo "USAGE: $0 [--amd64-images k3s-airgap-images-amd64.tar.gz] [--arm64-images k3s-airgap-images-arm64.tar.gz] [---arm-images k3s-airgap-images-arm.tar.gz] --registry my.registry.com:5000"    echo "  [-l|--image-list path] text file with list of images; one image per line."    echo "  [-x|--amd64-images path] amd64 arch tar.gz generated by docker save."    echo "  [-a|--arm64-images path] arm64 arch tar.gz generated by docker save."    echo "  [---arm-images path] arm arch tar.gz generated by docker save."    echo "  [-r|--registry registry:port] target private registry:port."    echo "  [-h|--help] Usage message"}push_manifest() {    export DOCKER_CLI_EXPERIMENTAL=enabled    manifest_list=()    for i_arch in "${arch_list[@]}"; do        manifest_list+=("$1-${i_arch}")    done    echo "Preparing manifest $1, list[${arch_list[@]}]"    docker manifest create "$1" "${manifest_list[@]}" --insecure    docker manifest push "$1" --purge --insecure}while [[ $# -gt 0 ]]; do    key="$1"    case $key in    -r | --registry)        reg="$2"        shift # past argument        shift # past value        ;;    -l | --image-list)        list="$2"        shift # past argument        shift # past value        ;;    -x | --amd64-images)        amd64_images="$2"        shift # past argument        shift # past value        ;;    -a | --arm64-images)        arm64_images="$2"        shift # past argument        shift # past value        ;;    --arm-images)        arm_images="$2"        shift # past argument        shift # past value        ;;    -h | --help)        help="true"        shift        ;;    *)        usage        exit 1        ;;    esacdoneif [[ -z $reg ]]; then    usage    exit 1fiif [[ $help ]]; then    usage    exit 0fiarch_list=()if [[ -n "${amd64_images}" ]]; then    arch_list+=("amd64")fiif [[ -n "${arm64_images}" ]]; then    arch_list+=("arm64")fiif [[ -n "${arm_images}" ]]; then    arch_list+=("arm")fiimage_list=()while IFS= read -r i; do    [ -z "${i}" ] && continue    image_list+=("${i}")done <"${list}"for arch in "${arch_list[@]}"; do    [ -z "${arch}" ] && continue    case $arch in    amd64)        docker load --input ${amd64_images}        ;;    arm64)        docker load --input ${arm64_images}        ;;    arm)        docker load --input ${arm_images}        ;;    esac    for i in "${image_list[@]}"; do        [ -z "${i}" ] && continue        case $i in        */*)            image_name="${reg}/${i}"            ;;        *)            image_name="${reg}/library/${i}"            ;;        esac        docker tag "${i}" "${image_name}-${arch}"        docker rmi -f "${i}"        docker push "${image_name}-${arch}"    donedonefor i in "${image_list[@]}"; do    [ -z "${i}" ] && continue    case $i in    */*)        image_name="${reg}/${i}"        ;;    *)        image_name="${reg}/library/${i}"        ;;    esac    push_manifest "${image_name}"done

应用办法：

./load-images-multi-arch.sh --registry 192.168.2.23:5000 --arm-images k3s-airgap-images-arm.tar.gz

日志输入如下：

$ ./load-images-multi-arch.sh --registry 192.168.2.23:5000 --arm_images k3s-airgap-images-arm.tar.gz# docker load 镜像第一轮，是 amd64 架构的67f770da229b: Loading layer [==================================================>]   1.45MB/1.45MBLoaded image: rancher/library-busybox:1.32.1...# 打 tag 并 delete 原 tag 镜像，并 pushUntagged: rancher/coredns-coredns:1.8.3The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns]85c53e1bd74e: Pushed225df95e717c: Pushed1.8.3-amd64: digest: sha256:db4f1c57978d7372b50f416d1058beb60cebff9a0d5b8bee02bfe70302e1cb2f size: 739...# docker load 镜像第二轮，是 arm64 架构的...32626eb1fe89: Loading layer [==================================================>]  526.8kB/526.8kBLoaded image: rancher/pause:3.1...Untagged: rancher/pause:3.1The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/pause]32626eb1fe89: Pushed3.1-arm64: digest: sha256:2aac966ece8906a535395f92bb25f0e8e21dac737df75b381e8f9bdd3ed56528 size: 527# docker load 镜像第二轮，是 arm 架构的8e322dc9c333: Loading layer [==================================================>]  5.045MB/5.045MBefed3cfd1b26: Loading layer [==================================================>]  1.623MB/1.623MBa46153382f22: Loading layer [==================================================>]  3.584kB/3.584kBLoaded image: rancher/klipper-lb:v0.3.4...Untagged: rancher/coredns-coredns:1.8.3The push refers to repository [192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns]9f4a0b0fd8b2: Pushed225df95e717c: Layer already exists1.8.3-arm: digest: sha256:dfc241eae22da74dd378535b69d7927f897acf48424cdcb90991b33f412cb7ae size: 739# docker manifest createPreparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3sha256:dc76fece93e42f05e7013e159097a0d426734fd268467f242d5b155dd49b0221Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022sha256:e1c6842554ea37e66443cfab9a2422231bf8390b4c69711a74eb4cccde9d3dbaPreparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4sha256:98842bae8630a2aab1a94960185e152745ecf16ca69cf1eefdb53848cbc41063Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1sha256:0b93c11bfd89ee5c971deaf9f312d115b2e1d797f79a7f68a266baecfb09a99fPreparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8sha256:58464dda10504d271a17855541ed8d31a787ea25eb751ecce90e14256f23eb24Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19sha256:0c797ef85540a4934ea84a9471f4f5a10c93f749ee668d92527361c61bbe98c3Preparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6sha256:742595f61320bcaead987c5aafc3eb64b9a9151edb02b9e4d27f8abcae26d92ePreparing manifest 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1, list[amd64 arm64 arm]Created manifest list 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1sha256:f3ef3cbaf2ea466a0c2a2cf3db0d9fbc30f4c24e57a79603aa0fa8999d4813b0

Skopeo 简介

  • Skopeo 简介 - K8S 1.20 弃用 Docker 评估之 Docker CLI 的代替产品 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)

最近 Skopeo 版本更新到了 v1.8, 最近的版本减少了一些与多架构无关的 flags, 使得通过 skopeo 进行多架构镜像的保留/同步更为不便。

Notes:

目前对于多架构，只有 3 个选项，3 个选项都没有抉择源镜像多个架构的其中几个的能力，但正在开发中。
具体见这个 Issue: feature: Support list of archs for sync command · Issue #1694 · containers/skopeo (github.com)

以下是一些相干 flags:

  • skopeo

    • --override-arch <arch>: 应用 arch 代替机器的架构来抉择镜像。
    • --override-os <os>: 应用 os 代替机器的 OS 来抉择镜像。
    • --override-variant <variant>: 应用 variant 运行的架构的变体来抉择镜像。（不同变体指的如：redis 镜像的 arm/v5 和 arm/v7 两种变体）

  • skopeo copy

    • --all, -a: 如果 source-image 援用的是一个镜像列表，那么不要只复制与以后操作系统和体系架构匹配的镜像（取决于全局的--override-os、--override-arch和--override-variant选项的应用），而是尝试复制列表中的所有镜像，以及列表自身。

    • --multi-arch: 如果源镜像援用多架构镜像，则管制要复制的内容。默认设置是system。

      • system: 仅复制与零碎架构匹配的镜像
      • all: 复制残缺的多架构镜像
      • index-only: 仅复制镜像索引 (image index).(index-only选项通常会失败，除非指标中曾经存在每个架构所援用的镜像，或者指标注册核心反对稠密索引。)

  • skopeo sync

    • --all, -a: 同上

Notes:

依据 skopeo copy --multi-arch index-only 的形容，场景一 还有一种实现就是：

  1. docker manifest 之前的步骤，维持原状
  2. 将 docker manifest create 和 docker manifest push 替换为 skopeo copy --multi-arch index-only

保留/同步多架构镜像实用脚本二 - 基于 skopeo copy

场景二

间接从 docker.io 同步镜像到本地镜像仓库

以 K3s 某一版本为例，镜像列表为：

  • rancher/coredns-coredns:1.8.3
  • rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022
  • rancher/klipper-lb:v0.3.4
  • rancher/library-busybox:1.32.1
  • rancher/library-traefik:2.4.8
  • rancher/local-path-provisioner:v0.0.19
  • rancher/metrics-server:v0.3.6
  • rancher/pause:3.1

这里间接基于 镜像搬运工 skopeo 提供的脚本做批改，批改后如下：

Notes:

因为较新版本的 skopeo 才有下面说的一系列 flags, 我的 Ubuntu apt 装置的 skopeo 还停留在 v1.5 版本，没有上述性能。所以间接通过 docker run 形式运行
除此之外还增加了 --multi-arch all 选项。

#!/bin/bashGREEN_COL="\\033[32;1m"RED_COL="\\033[1;31m"NORMAL_COL="\\033[0;39m"SOURCE_REGISTRY=$1TARGET_REGISTRY=$2IMAGES_LIST_FILE=$3: ${IMAGES_LIST_FILE:="k3s-images.txt"}: ${TARGET_REGISTRY:="192.168.2.23:5000"}: ${SOURCE_REGISTRY:="docker.io"}set -eo pipefailCURRENT_NUM=0ALL_IMAGES="$(sed -n '/#/d;s/:/:/p' ${IMAGES_LIST_FILE} | sort -u)"TOTAL_NUMS=$(echo "${ALL_IMAGES}" | wc -l)skopeo_copy() {    if docker run -it quay.io/skopeo/stable:latest copy --insecure-policy --src-tls-verify=false --dest-tls-verify=false \        --src-creds caseycui:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx --multi-arch all --override-os linux -q docker://$1 docker://$2; then        echo -e "$GREEN_COL Progress: ${CURRENT_NUM}/${TOTAL_NUMS} sync $1 to $2 successful $NORMAL_COL"    else        echo -e "$RED_COL Progress: ${CURRENT_NUM}/${TOTAL_NUMS} sync $1 to $2 failed $NORMAL_COL"        exit 2    fi}for image in ${ALL_IMAGES}; do    let CURRENT_N192.168.2.23:5000UM=${CURRENT_NUM}+1    skopeo_copy ${SOURCE_REGISTRY}/${image} ${TARGET_REGISTRY}/${image}done

运行成果如下：

$ bash sync.sh Progress: 1/8 sync docker.io/rancher/coredns-coredns:1.8.3 to 192.168.2.23:5000/rancher/coredns-coredns:1.8.3 successful Progress: 2/8 sync docker.io/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022 to 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-helm:v0.6.6-build20211022 successful Progress: 3/8 sync docker.io/rancher/klipper-lb:v0.3.4 to 192.168.2.23:5000/rancher/klipper-lb:v0.3.4 successful Progress: 4/8 sync docker.io/rancher/library-busybox:1.32.1 to 192.168.2.23:5000/rancher/library-busybox:1.32.1 successful Progress: 5/8 sync docker.io/rancher/library-traefik:2.4.8 to 192.168.2.23:5000/rancher/library-traefik:2.4.8 successful Progress: 6/8 sync docker.io/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19 to 192.168.2.23:5000/rancher/local-path-provisioner:v0.0.19 successful Progress: 7/8 sync docker.io/rancher/metrics-server:v0.3.6 to 192.168.2.23:5000/rancher/metrics-server:v0.3.6 successful Progress: 8/8 sync docker.io/rancher/pause:3.1 to 192.168.2.23:5000/rancher/pause:3.1 successful

最终成果

最终本地的镜像成果如下：

️ Reference

  • K8S 1.20 弃用 Docker 评估之 Docker 和 OCI 镜像格局的差异 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)
  • Skopeo 简介 - K8S 1.20 弃用 Docker 评估之 Docker CLI 的代替产品 - 东风微鸣技术博客 (ewhisper.cn)
  • docker manifest | Docker Documentation
  • containers/skopeo: Work with remote images registries - retrieving information, images, signing content (github.com)
  • Multi-architecture images in your registry - Azure Container Registry | Microsoft Docs
  • 镜像搬运工 skopeo
本文由博客一文多发平台 OpenWrite 公布！