深入剖析Python應用程式的Docker最佳實踐

– 30 分鐘閱讀

在現代軟體開發生態系統中，容器技術已成為不可或缺的重要組成部分。從使用 Kubernetes（K8s）進行佈署協調與簡化營運，到利用開發容器（Dev Containers）建立彈性與可重現的開發環境，容器技術的應用無所不在。然而，儘管容器使用普及，許多開發團隊在映像檔建構過程中仍未能達到最佳效能。本文將以一個 Python 應用程式為例，探討 Docker 建構的最佳實踐。

關於本文範例

本文所使用的範例來自於實際的客戶專案中的一個精簡 Python 元件。為了保護客戶隱私，玄貓僅對原始設定做了最小程度的修改（如更改 URL 和移除電子郵件地址）。玄貓將詳細解說每個設定的原因與考量。

雖然本文以 Python 為主要示範語言，但文中討論的原則和概念可以輕易地套用到其他程式語言上。玄貓會以足夠廣泛的視角來解釋，讓讀者能夠理解如何將這些概念轉換到不同的技術堆積積疊中。

建構目標

在這個探討中，玄貓的目標是建立一個符合以下特性的 Docker 建構流程：

  1. 完全可重現性（Reproducibility） - 確保相同的輸入總是產生相同的輸出
  2. 最佳效能 - 最佳化建構速度，減少等待時間
  3. 早期故障偵測 - 在開發週期早期即發現程式碼問題
  4. 測試隔離 - 將測試程式碼與佈署程式碼有效區隔
  5. 安全性保證 - 實施必要的安全措施

這個範例實作了許多機制來確保只有高品質的程式碼才能進入生產環境，同時保證建構過程盡可能快速。雖然並非所有使用 Docker 的專案都需要如此嚴謹的設定，但本文旨在展示 Docker 建構的極致可能性，讓讀者瞭解如何實作真正的持續整合與佈署（CI/CD）。

為什麼這些目標很重要？

可重現性的重要性

可重現的建構過程對於合規性要求和除錯工作極為重要：

  • 簡化除錯過程：無論在什麼環境、時間或地點進行建構，相同的輸入都會產生相同的輸出，大幅降低環境差異造成的問題
  • 提供穩定性：避免因上游程式函式庫具的更新而導致夜間建構突然失敗
  • 確保合規性：能夠精確追蹤並回溯到過去佈署的軟體狀態

若沒有可重現的建構流程，即使用 Git 追蹤程式碼的歷史版本，也無法完全掌握佈署時的完整環境狀態。

建構速度與早期故障偵測

快速與能及早發現問題的建構流程有以下好處：

  • 減少開發者等待時間
  • 避免在長時間建構後才發現問題
  • 加速開發反饋迴圈

測試隔離的必要性

將測試程式碼與佈署程式碼分開有其必要性：

  • 減少產品程式碼的複雜度
  • 降低潛在的錯誤風險
  • 最佳化最終佈署的映像檔大小

在現代軟體開發中，容器化技術已成為佈署應用程式的主流方式。然而，在將 Python 應用程式容器化時，玄貓需要特別注意安全性、效能和架構設計等多個層面的考量。讓玄貓探討這些關鍵議題。

測試框架與程式碼隔離

測試框架雖然能有效隔離測試程式碼和被測試的程式碼，但撰寫測試本身也可能引入新的錯誤風險。此外，測試程式碼對於執行階段的應用程式來說是多餘的負擔，因此應該妥善隔離。

容器安全性的迷思與實踐

許多人認為容器技術預設就能提供良好的安全性，但事實並非如此。容器技術確實有潛力增強某些安全措施的強健性，但必須透過正確的使用方式和安全導向的映像檔建置才能實作。

安全風險考量

  1. 工具程式的安全隱憂 當容器映像檔包含如 curl 或 wget 等網路工具時，會大幅增加容器逃逸攻擊的風險。攻擊者可能利用這些工具從容器突破到底層主機，破壞容器隔離帶來的安全防護。

  2. 直譯器的安全威脅 包含直譯器（如 Python）的容器特別需要注意安全性，因為這允許執行時期的使用者開啟、編輯和執行任意檔案。對於 Python 應用程式來說，這是一個必須認真看待的安全議題。

Python 容器化的特殊考量

Python 作為直譯語言，在容器化時有其獨特的考量點：

為何選擇容器化 Python？

雖然 Python 需要大量的作業系統支援才能執行，這似乎使虛擬機器（VM）成為更好的選擇，但容器化仍有其優勢：

  1. 映像檔最佳化 容器允許玄貓更容易地精簡映像檔，移除不必要的作業系統元件。這對於安全需求來說至關重要。

  2. 效能考量 在現代技術中，一個完整的 Linux 系統可在 2.5 秒內完成開機，精簡的 VM 甚至能在 250 毫秒內啟動。這與大型 Python 應用程式的直譯器載入時間相當。因此，效能並不是選擇容器化的主要原因。

  3. 系統精簡 儘管 Python 需要許多作業系統功能，但大部分作業系統元件對應用程式來說仍是多餘的。容器化技術讓玄貓能更有效地移除這些不必要的元件。

建置最佳實踐

在容器化 Python 應用程式時，玄貓應該注重：

  1. 最小化基礎映像檔 選擇適當的基礎映像檔，只包含必要的系統元件。

  2. 安全性設定 謹慎設定容器的許可權和存取控制，避免不必要的系統呼叫。

  3. 相依性管理 仔細管理相依套件，只安裝必要的函式庫少攻擊面。

容器化 Python 應用程式需要在安全性、效能和實用性之間取得平衡。透過正確的安全實踐和系統最佳化，玄貓能夠建立一個既安全又高效的容器化環境。重要的是要理解容器化並非萬能解決方案，而是要根據具體需求和安全考量做出適當的技術選擇。

我將替你重新組織並探討容器化應用程式的最佳實踐，特別聚焦於安全性、效能與開發流程。

容器化應用程式的關鍵優勢

安全性考量

在現代應用程式佈署中，安全性是首要考量。每一個未使用的元件都可能成為潛在的安全漏洞，這些未使用的元件可能存在需要修補的CVE（Common Vulnerabilities and Exposures，常見漏洞和暴露），即使玄貓並不實際使用這些軟體。這就是為什麼容器化解決方案比傳統虛擬機器更具優勢的原因之一。

標準化建置流程

Docker的建置流程相較於其他解決方案更加簡單與易於管理。雖然像Packer這類別工具也能為虛擬機器提供類別似的流程，但這些工具並未如開放容器計畫（Open Container Initiative，OCI）那樣被廣泛標準化。Docker遵循OCI標準，為容器化應用程式提供了一致與可靠的建置環境。

開發效率提升

容器化技術為開發團隊帶來顯著的效率提升：

  1. 本地開發與測試：開發者可以在本地環境快速建置、測試和執行Docker映像檔
  2. 一致性環境：確保開發、測試和生產環境的一致性
  3. 快速驗證：相較於虛擬機器或原始程式碼封裝，容器化應用更容易進行驗證

生態系統優勢

OCI生態系統不僅規範了映像檔的互動方式，還定義了關鍵元素的設定與設定：

  • 持久化儲存管理
  • 網路設定
  • 容器執行時管理
  • 安全性控制

這些方面在Docker中都得到了極大的簡化，而在其他技術中可能需要複雜的管理。

實際應用案例：反向代理門面系統

讓玄貓探討一個具體的應用案例。這是一個功能強大的反向代理門面系統，具有以下特點：

  • 提供標準化API介面
  • 實作複雜的路由演算法
  • 整合多個後端系統
  • 提供單一認證入口

系統架構特點

這個系統的核心功能包括：

  1. 請求路由：根據請求內容動態決定路由目標
  2. 後端整合：與Kubernetes、雲端入口網站等系統深度整合
  3. 透明代理：對客戶端隱藏後端複雜性
  4. 統一認證：簡化客戶端認證流程

這種設計模式超越了傳統API閘道的功能，特別適合需要複雜路由邏輯和多系統整合的場景。

Dockerfile最佳實踐

在實際實作中，玄貓採用多階段建置（Multi-stage Build）來最佳化映像檔：

FROM internal.registry/base/ca-bundle:20220405 AS cert-bundle
FROM internal.registry/base/python:3.9.2-slim AS builder

COPY --from=cert-bundle /certs/ /usr/local/share/ca-certificates/
RUN update-ca-certificates

WORKDIR /app
RUN pip install \
    --upgrade \
    --no-cache-dir \
    --ignore-installed \
    --trusted-host pypi.python.org \
    --trusted-host pypi.org \
    --trusted-host files.pythonhosted.org \

這種方式不僅確保了建置過程的安全性，還最佳化了最終映像檔的大小和效能。透過使用精簡的基礎映像檔和多階段建置，玄貓可以顯著減少潛在的攻擊面，同時維持應用程式的高效執行。

在現代容器化應用程式開發中，選擇適當的容器執行時環境至關重要。像RKE、RHOS和K3s這樣的容器執行時平台，提供了豐富的功能集和可靠的佈署選項，使得容器化應用程式的管理和維護變得更加簡單高效。 讓我重新組織並建立一篇關於 Python Docker 最佳實踐的技術文章：

在現代軟體開發中，容器化已經成為佈署應用程式的標準方式。然而，要建立一個生產級別的 Python 容器並非易事，需要考慮諸多因素，包括安全性、效能與維護性。本文將探討如何使用 Docker 多階段建構（Multi-stage Builds）來最佳化 Python 應用程式的容器化過程。

憑證管理與基礎映像選擇

在企業環境中，憑證管理是一個關鍵議題。讓玄貓先看如何處理憑證：

FROM internal.registry/base/ca-bundle:20220405 AS cert-bundle

這個基礎映像包含了兩個重要元素：

  • 生產環境網路代理憑證
  • 內部憑證授權機構（CA）憑證

選擇使用容器映像來分發憑證而非壓縮檔案（TAR）有以下優勢：

  • 版本控制：容器登入檔提供了完整的版本追蹤機制
  • 安全性：可以利用容器登入檔的安全掃描功能
  • 一致性：確保所有環境使用相同的憑證版本

建構階段的最佳化設計

建構階段（Builder Stage）是整個容器化過程的核心：

FROM python:3.9-slim AS builder

WORKDIR /app
ENV PIPENV_VENV_IN_PROJECT=1
ENV REQUESTS_CA_BUNDLE=/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt

COPY Pipfile Pipfile
COPY Pipfile.lock Pipfile.lock
RUN pipenv install --deploy

這個階段包含了幾個重要的最佳實踐：

  1. 選擇適當的基礎映像：使用 python:3.9-slim 而非完整版本，可以顯著減少映像大小

  2. 環境變數設定：

    • PIPENV_VENV_IN_PROJECT=1 確保虛擬環境建立在專案目錄中
    • REQUESTS_CA_BUNDLE 設定 SSL 憑證路徑，確保依賴項安裝過程的安全性

  3. 依賴項管理：

    • 使用 Pipenv 進行依賴項管理，提供更好的版本鎖定
    • --deploy 標誌確保安裝與 Pipfile.lock 完全比對

測試整合與品質把關

測試階段的設計體現了完整的品質保證流程：

FROM builder AS test

COPY ./pyproject.toml pyproject.toml
COPY ./assets ./assets
COPY ./features ./features
COPY ./tests ./tests
COPY ./src ./

RUN --mount=type=cache,target=./.mypy_cache/ \
    --mount=type=cache,target=./.pytest_cache/ \
    pipenv run mypy . && \
    pipenv run black --check . && \
    pipenv run bandit -ll ./*.py && \
    PYTHONPATH=./ pipenv run pytest

這個階段整合了多項品品檢查工具：

  • mypy：靜態型別檢查
  • black：程式碼格式化檢查
  • bandit：安全性掃描
  • pytest：單元測試與整合測試

使用 --mount=type=cache 來快取測試結果，可以顯著提升後續建構的效能。

最終執行階段最佳化

執行階段使用輕量級的 distroless 基礎映像：

FROM internal.registry/base/distroless-python:3.9.2

LABEL maintainer="玄貓（BlackCat）"

COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
ENV REQUESTS_CA_BUNDLE=/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt

WORKDIR /app/
USER 1000

COPY --from=builder --chown=1000 /app/.venv/lib/python3.9/site-packages ./my-app
WORKDIR /app/my-app
COPY --chown=1000 ./src ./

ENTRYPOINT ["python3"]
CMD ["./main.py"]

最終階段的最佳化重點包括：

  1. 安全性考量：

    • 使用非 root 使用者（UID 1000）執行應用
    • 正確設定檔案許可權
    • 僅複製必要的執行檔案

  2. 映像最小化：

    • 使用 distroless 基礎映像減少攻擊面
    • 只複製必要的相依套件
    • 移除建構工具與測試檔案

  3. 執行環境設定：

    • 明確設定工作目錄
    • 使用 ENTRYPOINT 與 CMD 提供彈性的啟動設定

透過這種多階段建構方式，玄貓可以在保證應用程式品質的同時，產生一個安全與輕量的容器映像。這個方法不僅最佳化了建構過程，還確保了最終產物的生產就緒性。在實際佈署時，這樣的容器映像將具有更好的安全性、可維護性與效能表現。

建立優質的容器映像需要在多個層面進行權衡與最佳化，包括安全性、效能、維護性等。透過採用這些最佳實踐，玄貓可以確保容器化的 Python 應用程式能夠在生產環境中穩定可靠地執行。這些實踐不僅適用於 Python 應用程式，也可以作為其他語言容器化的參考範本。

在現代軟體開發中，統一與安全的建置流程管理變得越來越重要。本文將探討如何在 Docker 容器環境中有效管理 SSL 憑證，並建立可靠的 CI/CD 流程。

為何選擇 Docker 管理憑證？

採用 Docker 管理憑證的主要優勢在於能夠統一建置流程和 CI/CD 管道的管理方式。這種方法讓玄貓能夠：

  1. 整合現有的 Docker 基礎設施，包括：

    • 持續整合/持續佈署（CI/CD）工具，如 Jenkins、UCD 或 Tekton
    • 容器映像檔登入檔（Registry）用於發布管理
    • 安全性掃描與品質管控機制

  2. 避免建立額外的憑證管理系統，降低維護成本與複雜度

版本固定的重要性

在建置過程中，玄貓特別強調憑證版本的固定。例如，使用特定日期標記（如 20220405）來指定憑證組合的確切狀態。這種做法有幾個關鍵優點：

  1. 確保建置過程的可重現性（Reproducibility）
  2. 避免因憑證更新導致的非預期建置失敗
  3. 提高建置過程的穩定性與可預測性

Docker 建置流程解析

基礎映像檔選擇

FROM internal.registry/base/python:3.9.2-slim AS builder

這行定義了建置階段的基礎映像檔：

  • 使用精簡版（slim）的 Python 3.9.2 映像檔
  • 從內部登入檔提取，確保映像檔安全性
  • 使用 builder 別名標記建置階段
  • 版本固定確保建置環境的一致性

憑證注入

COPY --from=cert-bundle /certs/ /usr/local/share/ca-certificates/

這個步驟將憑證從憑證映像檔複製到建置環境中：

  • 使用多階段建置的方式引入憑證
  • 將憑證放置在標準的系統憑證目錄
  • 確保應用程式能夠存取必要的 SSL 憑證

安全性考量

在實施 Docker 憑證管理時，需要特別注意以下安全性考量：

  1. 使用內部登入檔儲存基礎映像檔，降低供應鏈攻擊風險
  2. 實施嚴格的版本控制，確保使用經過驗證的憑證版本
  3. 建立完整的安全性掃描機制，定期檢查容器映像檔漏洞
  4. 實施存取控制，限制憑證的使用範圍

建置流程最佳實踐

為了確保建置流程的可靠性和安全性，建議採用以下最佳實踐：

  1. 所有相依套件都要明確指定版本
  2. 使用多階段建置減少最終映像檔大小
  3. 建立完整的建置測試流程
  4. 定期更新基礎映像檔和相依套件
  5. 維護詳細的建置檔案和變更紀錄

在現代容器化環境中，透過 Docker 管理憑證不僅簡化了建置流程，還提供了更好的版本控制和安全性保障。藉由版本固定和標準化的建置流程，玄貓能夠確保應用程式佈署的一致性和可靠性，同時降低維護成本和安全風險。這種方法特別適合需要嚴格控制和高度自動化的企業環境。 接下來我將延伸說明 Docker 映像檔中憑證與環境設定的關鍵步驟。

在 Dockerfile 中，玄貓需要妥善處理 SSL 憑證以確保容器可以安全地進行網路連線。首先透過 COPY 指令從憑證建置階段複製所需的憑證檔案：

# 從 cert-bundle 建置階段複製憑證
COPY --from=cert-bundle /usr/local/share/ca-certificates/ /usr/local/share/ca-certificates/

這裡使用 --from 引數參照之前定義的 cert-bundle 建置階段。使用建置階段別名而非直接參照映像檔有以下好處：

  • 提高可讀性與可維護性
  • 當需要在不同階段使用憑證時可減少重複程式碼
  • 方便統一管理憑證來源

複製憑證後，需要為作業系統生成憑證套件：

# 更新系統憑證套件
RUN update-ca-certificates

這個指令會在基礎映像檔（根據 Debian）中生成系統層級的憑證套件，使後續的 TLS 連線可以正確驗證主機憑證。

接著設定工作目錄：

# 設定工作目錄
WORKDIR /app

設定工作目錄的主要目的是:

  • 建立一個標準的操作基準目錄
  • 如果目錄不存在會自動建立
  • 所有相對路徑的指令都會以此目錄為基準
  • 遵循慣例使用 /app/ 作為容器應用程式的主要目錄

最後安裝 Python 套件管理工具：

# 安裝 pipenv
RUN pip install \
    --upgrade \
    --no-cache-dir \
    --ignore-installed \
    --trusted-host pypi.python.org \
    --trusted-host pypi.org \
    --trusted-host files.pythonhosted.org \
    pipenv==2024.2.0

這個指令使用多個重要引數：

  • --upgrade: 確保安裝最新版本
  • --no-cache-dir: 不使用快取，減少映像檔大小
  • --ignore-installed: 忽略已安裝的版本
  • --trusted-host: 設定受信任的 PyPI 倉函式庫

這些設定步驟建立了一個安全與標準化的 Python 開發環境，為後續的應用程式佈署奠定基礎。設定正確的憑證、工作目錄和套件管理工具，可以確保容器化應用程式能夠安全與可靠地執行。

在現代 Python 開發中，管理專案依賴和虛擬環境是一個關鍵議題。本文將探討 Pipenv 這個強大的工具，瞭解它如何協助玄貓建立更穩定、可靠的 Python 開發環境。

Pipenv 概述

Pipenv 是一個整合了 pip、virtualenv 和 Pipfile 的 Python 套件管理工具。它提供了一個更高層次的抽象，讓開發者能夠更輕鬆地管理 Python 專案的依賴關係和虛擬環境。

為什麼選擇 Pipenv？

  1. 依賴隔離：Pipenv 允許玄貓在同一台機器上同時維護多個不同版本的相同套件，而不會發生衝突。這對於同時開發多個專案的開發者來說特別重要。

  2. 版本鎖定：透過 hash 值鎖定套件版本，確保開發環境的一致性和可重現性。這是原生 pip 所不具備的功能。

  3. 整合性：結合了套件管理和虛擬環境管理的功能，簡化了開發流程。

Pipenv 在開發環境中的應用

基本設定

安裝特定版本的 Pipenv：

pip install pipenv==2024.2.0

這個安裝指令確保玄貓使用的是固定版本的 Pipenv，有助於維持開發環境的一致性。

環境變數設定

在開發環境中，玄貓通常需要設定一些關鍵的環境變數：

PIPENV_VENV_IN_PROJECT=1
REQUESTS_CA_BUNDLE=/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt

這些設定有助於：

  • 將虛擬環境建立在專案目錄內
  • 確保 SSL 憑證的正確設定，特別是在需要網路存取的場景

Pipenv 與容器化開發

在使用 Docker 等容器化技術的開發環境中，可能會有人質疑使用 Pipenv 的必要性。實際上，Pipenv 在容器化環境中仍然扮演著重要角色：

開發工具整合

  1. IDE 支援：現代整合開發環境（IDE）需要理解專案的依賴關係，以提供：

    • 程式碼自動完成
    • 型別檢查
    • 測試整合
    • 除錯功能

  2. 開發體驗一致性：保持容器內外的建置過程一致，降低環境差異帶來的問題。

相依性管理優勢

  1. 精確的版本控制：透過 hash 值鎖定套件版本，提供比 pip requirements.txt 更強大的版本控制能力。

  2. 環境隔離：即使在容器化環境中，也能確保不同專案的依賴不會相互幹擾。

開發工作流程最佳實踐

為了獲得最佳的開發體驗，建議採用以下實踐：

  1. 明確的版本控制：總是指定具體的 Pipenv 版本，避免使用最新版本可能帶來的不確定性。

  2. 本地開發設定：讓開發者能夠使用慣用的開發工具，同時維持環境的一致性。

  3. 整合性考量：在設計開發流程時，需要考慮：

    • IDE 支援
    • 測試整合
    • 除錯能力
    • 團隊協作需求

在現代 Python 開發中，Pipenv 提供了一個強大而靈活的解決方案，幫助玄貓建立可靠的開發環境。透過適當的設定和使用，它能夠顯著提升開發效率，同時確保專案的可維護性和可擴充套件性。不論是獨立開發還是團隊協作，Pipenv 都是一個值得採用的工具。 在玄貓的Python專案中，環境變數與相依性管理是非常重要的一環。讓玄貓探討如何透過Pipenv來有效管理Python專案的相依套件。

首先，玄貓需要設定Pipenv的環境變數，確保相依套件直接安裝在專案資料夾中，而不是安裝在系統的中央位置。這樣的做法有幾個重要優點：

  1. 避免與系統Python預設安裝的套件發生衝突
  2. 確保專案的可攜性與獨立性
  3. 更容易追蹤與管理專案相依性

在Dockerfile中，玄貓需要複製兩個重要的檔案：

COPY Pipfile Pipfile
COPY Pipfile.lock Pipfile.lock

Pipfile的結構與內容如下：

[[source]]
url = "https://pypi.org/simple"
verify_ssl = true
name = "pypi"

[packages]
requests = "==2.28.2"
pydantic = "==1.10.4"

[dev-packages]
black = "==23.1"
bandit = "==1.7.4"
pytest = "==7.2.1"
pytest-mock = "==3.9.0"
pytest-bdd = "==6.1.1"
mypy = "==1.1.1"
types-Pygments = "==2.14.0.6"

[requires]
python_version = "3.9"

這個Pipfile檔案中包含了幾個重要的區段：

  1. source區段：定義了套件來源，通常是PyPI官方源
  2. packages區段：列出了專案執行時需要的套件
  3. dev-packages區段：包含了開發、測試與程式碼品品檢查相關的套件
  4. requires區段：指定了專案使用的Python版本

而Pipfile.lock則是一個自動生成的檔案，它包含了所有相依套件的確切版本和雜湊值，確保在不同環境中能夠重現完全相同的套件版本。這對於維持開發環境的一致性和避免版本衝突非常重要。

這種相依性管理方式帶來的好處包括：

  • 版本鎖定確保了開發環境的一致性
  • 清楚區分了開發環境和生產環境所需的套件
  • 透過雜湊值驗證確保套件的完整性
  • 方便進行相依套件的更新與管理

在實際開發過程中，玄貓可以使用pipenv install安裝生產環境套件，使用pipenv install –dev安裝開發環境套件。這種分離的管理方式讓玄貓能夠在不同場景下靈活地控制套件的安裝。

這種相依性管理方式不僅提高了專案的可維護性，也大改善了團隊協作的效率。透過明確的版本控制和環境隔離，玄貓可以最小化「在我的機器上可以運作」這類別問題的發生。

在建構Python應用程式的Docker環境時，玄貓常需要面對開發環境與生產環境的相依性管理問題。透過合理的多階段建構（Multi-stage Build）與相依性管理，玄貓可以大幅提升建構效率並確保環境的一致性。讓玄貓探討如何實作這個目標。

相依性管理與版本鎖定

在Python專案中，相依性管理是一個關鍵議題。玄貓使用Pipenv來管理專案依賴，它提供了兩個重要的檔案：

  1. Pipfile：定義專案的直接依賴
  2. Pipfile.lock：鎖定所有依賴的確切版本與雜湊值

Pipfile.lock檔案扮演著關鍵角色，它確保了建構的可重複性。這個檔案包含了每個套件的精確版本和雜湊值，包括間接依賴（如requests套件的依賴）。這樣的版本鎖定機制可以確保：

  • 在不同環境中的建構結果完全一致
  • 避免因為依賴版本不一致導致的問題
  • 提供可預測與可重現的建構過程

Pipfile.lock的更新時機

開發團隊在兩種情況下會更新Pipfile.lock：

  1. 新增功能相關的套件

    • 在Pipfile中加入新的套件
    • 在Docker環境外執行安裝
    • Pipenv會自動更新lock檔案中的雜湊值

  2. 套件生命週期管理

    • 更新Python版本或現有套件版本
    • 重新執行安裝程式
    • 更新直接與間接依賴的版本資訊

Docker建構最佳實踐

在Docker建構過程中，玄貓使用以下命令來安裝依賴：

RUN pipenv install --deploy

這個命令有幾個重要特點：

  • --deploy引數確保嚴格依照lock檔案安裝依賴
  • 只安裝生產環境所需的套件，排除測試用套件
  • 確保建構過程的可重複性

測試環境的建構

為了建立專門的測試環境，玄貓使用Docker的多階段建構：

### Tester image
FROM builder AS test

這種方法讓玄貓可以：

  • 將測試環境與生產環境完全分離
  • 減少生產映像檔的大小
  • 更有效地管理測試相關的依賴

透過這種分層架構，玄貓可以在保持生產環境精簡的同時，擁有一個完整的測試環境。這不僅提高了開發效率，也確保了測試的可靠性和一致性。在現代軟體開發中，這種精確的環境控制和相依性管理是確保產品質的關鍵要素。

建立一個良好的測試環境不僅需要考慮當前的需求，還要為未來的擴充套件預留空間。透過Docker多階段建構和精確的相依性管理，玄貓可以達到環境一致性、建構效率和維護性的最佳平衡。

在現代軟體開發流程中，建立一個乾淨與高效的測試環境至關重要。本文將探討如何運用 Docker 多階段建構（Multi-stage Builds）的特性，開發一個專業的 Python 測試環境。

測試階段的分離與最佳化

在 Docker 建構過程中，玄貓已經使用 builder 階段準備好了必要的憑證和生產環境依賴套件。接下來，玄貓需要建立一個獨立的測試階段，這樣的設計有幾個重要優勢：

環境隔離的重要性

將測試階段與建構階段分開可以：

  • 避免測試工具汙染生產環境的依賴
  • 保持生產環境的整潔與最小化
  • 提供更靈活的建構選項

BuildKit 整合優勢

透過 BuildKit 的目標階段（Target Stage）功能，玄貓能夠：

  • 使用 --target=test 引數只執行到測試階段
  • 在持續整合流程中更有效率地執行測試
  • 根據不同的觸發條件（如提交或標籤）決定建構行為

測試環境的建構流程

安裝開發依賴

RUN pipenv install --dev --deploy

這個指令執行了幾個關鍵操作：

  • 安裝所有開發環境需要的工具，包含：
    • mypy：靜態型別檢查
    • bandit：安全性掃描
    • black：程式碼格式化
  • 使用 --deploy 引數確保版本的一致性
  • 實作完全可重現的建構過程

專案檔案的處理

COPY ./pyproject.toml pyproject.toml
COPY ./assets/ ./assets/
COPY ./features/ ./features/
COPY ./tests/ ./tests/
COPY ./src/ ./

這個檔案複製策略展現了幾個重要的最佳實踐：

  1. 分層複製

    • 依照檔案類別分別複製
    • 更好的快取利用率
    • 更清晰的檔案組織結構

  2. 快取最佳化

    • 將相依性設定檔放在最前面
    • 程式碼變更不會影響前面層的快取
    • 大幅減少重建時間

  3. 檔案結構維護

    • 保持原始專案結構
    • 便於除錯和維護
    • 確保測試環境與開發環境一致

在 Docker 映像檔的建構過程中，快取機制扮演著關鍵角色。透過精心安排 COPY 指令的順序，玄貓可以最大化快取的效益。在程式碼變更時，只有受影響的層會重新建構，這樣可以顯著提升建構效率。

這種建構流程的設計不僅確保了測試環境的可靠性，也大幅提升了開發團隊的工作效率。透過合理的階段分離和檔案處理策略，玄貓建立了一個既高效又可維護的測試流程。這些實踐不僅最佳化了建構過程，更為持續整合與持續佈署（CI/CD）流程奠定了堅實的基礎。

在實作Docker多階段建構（Multi-stage Build）時，檔案複製的順序策略對於建構效能有著重要影響。本文將探討如何透過精心安排複製順序來最大化快取效益，並整合各種品質管控工具。

檔案複製順序的策略思維

在Docker建構過程中，玄貓採用反向排序的方式來複製檔案，也就是根據檔案可能變更的頻率由低到高來安排。這種方式可以最大化Docker層級快取（Layer Cache）的使用效率。

工具設定檔案優先

首先複製的是工具設定檔案，這類別檔案通常具有以下特點：

  • 變更頻率最低
  • 主要用於設定程式碼品品檢查工具
  • 僅在調整工具設定或引入新工具時才需要修改

以下是一個典型的Python工具設定範例：

[tool.black]
line-length = 100

[tool.pytest.ini_options]
pythonpath = ["src", "tests"]
bdd_features_base_dir = "features/"

[tool.mypy]
exclude = ['^tests/.*\.py$']
ignore_missing_imports = false
warn_unused_configs = true
warn_redundant_casts = true

[[tool.mypy.overrides]]
module = ["kubernetes", "parse_types"]
ignore_missing_imports = true

測試資源與行為驅動開發檔案

接著複製的檔案依序為：

  1. 測試資產檔案（如測試設定）
  2. Cucumber BDD測試檔案
  3. 單元測試程式碼
  4. 主要應用程式碼

這個順序反映了檔案的變更頻率，同時也最佳化了快取的使用效率。當只修改應用程式碼時，前面幾個層級的快取仍然可以重複使用。

品質管控整合

在建構過程中，玄貓整合了多個品質管控工具：

RUN --mount=type=cache,target=./.mypy_cache/ \
    --mount=type=cache,target=./.pytest_cache/ \
    pipenv run mypy . \
    && pipenv run black --check . \
    && pipenv run bandit -ll ./*.py \
    && PYTHONPATH=./ pipenv run pytest

這個指令串連了多個重要的品品檢查步驟：

  • mypy：執行靜態型別檢查
  • black：確保程式碼風格一致性
  • bandit：進行安全性掃描
  • pytest：執行單元測試

透過掛載快取目錄，玄貓可以在連續的建構過程中重複使用之前的檢查結果，大幅提升建構效能。

快取最佳化策略

為了最大化快取效益，玄貓採取以下策略：

  1. 將較少變動的檔案放在較早的層級
  2. 確保層級之間的依賴關係明確
  3. 善用Docker的建構快取機制
  4. 適當使用掛載快取來加速工具執行

這種建構策略不僅可以提升開發效率，還能確保程式碼品質與一致性。在持續整合流程中，玄貓可以快速得到回饋，同時維持較短的建構時間。

透過精心設計的檔案複製順序和完善的品質管控機制，玄貓可以建立一個高效與可靠的Docker建構流程。這種方法不僅最佳化了建構效能，也確保了程式碼品質，為專案的長期維護打下堅實的基礎。 我幫你將這段關於Docker建置流程的技術內容，轉換成符合台灣技術社群風格的完整文章：

在現代軟體開發流程中，確保程式碼品質和安全性是不可或缺的環節。本文將詳細說明如何在Docker建置過程中整合多項Python程式碼品質管控工具，建立一個完整的品質把關機制。

核心品品檢查工具整合

型別檢查與靜態分析

玄貓使用 Mypy 工具進行型別檢查。雖然Python是動態型別語言，但透過型別提示（Type Hints）和靜態型別檢查，可以在開發早期發現潛在問題：

  • Mypy 不要求所有程式碼都加上型別註解
  • 但會嚴格檢查已提供的型別資訊正確性
  • 有助於提升程式碼可維護性與可讀性

程式碼格式化

採用 Black 工具確保程式碼風格的一致性。Black 是一個不妥協的程式碼格式化工具，能夠：

  • 自動調整程式碼格式以符合團隊規範
  • 減少團隊內部關於程式碼風格的爭議
  • 提供統一與可預期的程式碼外觀

安全性檢查

使用 Bandit 工具執行基本的安全性檢查。這個檢查機制採用非阻斷式設計：

  • 只有中等（MEDIUM）或更高等級的安全問題才會導致建置失敗
  • 低等級（LOW）的安全警告會被記錄但不影響建置流程
  • 提供基本的安全性把關，避免明顯的安全漏洞

自動化測試

最後執行 Pytest 進行自動化測試。將測試放在最後執行是因為：

  • 測試通常是最耗時的環節
  • 如果前面的品品檢查未透過，就不需要執行測試
  • 可以節省寶貴的CI/CD時間

建置效能最佳化策略

Layer 最佳化

所有品品檢查指令都整合在同一個 RUN 陳述式中：

  • 這樣做可以減少Docker映像檔的層數
  • 當底層變更時，所有檢查都會重新執行
  • 避免產生過多中間層，減少儲存空間使用

快取機制

使用 BuildKit 1.2 提供的 –mount 選項實作建置快取：

  • 為 Mypy 和 Pytest 分別建立獨立的快取空間
  • 未變更的程式碼不會重複執行檢查
  • Pytest 的快取是以測試案例為單位
  • 極大提升大型專案的建置效率

安全性考量

除了開發階段的安全檢查外，玄貓還在建置流程中加入了額外的安全防護：

  • 在最終Docker映像檔上執行供應鏈攻擊檢查
  • 這項檢查在Docker建置流程之外的管線中執行
  • 確保整個交付過程的安全性

在實務應用中，開發團隊可以根據需求新增更多的品質把關機制，例如：

  • 程式碼覆寫率基準檢查
  • 進階的程式碼分析
  • 更深入的安全性掃描

透過這套完整的品質管控機制，玄貓可以在開發早期就發現並解決潛在問題，確保交付高品質的程式碼。這不僅提升了產品質，也能降低後期維護成本，為團隊帶來長期效益。建議開發團隊根據專案規模和需求，適當調整這些檢查機制的嚴格程度，找到最適合的品質管控平衡點。

在完成測試階段後，玄貓需要準備建置生產環境所需的容器映像檔。這個過程涉及多個重要的最佳實踐原則，讓玄貓探討如何最佳化這個建置流程。

編譯最佳化策略

在編譯型語言如 Java 或 Go 的環境中，測試透過後會進入釋出版本的編譯階段。這個階段通常在測試之後執行，主要根據以下考量：

  1. 釋出版本的編譯過程通常包含較多最佳化，需要較長的編譯時間
  2. 若測試失敗，就無需進行這個耗時的編譯過程
  3. 可以確保最終編譯的程式碼是經過完整測試的版本

增量編譯與快取策略

為了提升建置效率，許多程式語言都支援增量編譯（Incremental Compilation）機制。要善用這個特性，需要注意以下幾點：

  1. 使用建置快取掛載（Build Cache Mount）
  2. 透過 Docker 的 --mount 引數保留先前的編譯成果
  3. 確保在程式碼變更時能重用之前的編譯結果

最小化執行環境

在取得最終成品（如二進位檔案或 JAR 檔）後，玄貓需要建構一個精簡的執行環境。這個階段的核心原則是：

  1. 最小化攻擊面：移除所有非必要的工具和套件
  2. 最佳化映像檔大小：只保留執行應用程式所需的元件
  3. 使用專業的基礎映像檔：如 distroless 映像檔

以 Java 環境為例：

  • 執行環境只需要 JRE（Java Runtime Environment）
  • 可以移除 Maven、Java 編譯器等建置工具
  • 使用更精簡的基礎映像檔

映像檔中繼資料管理

在企業環境中，適當的映像檔中繼資料管理非常重要：

LABEL maintainer="玄貓（BlackCat）<blackcat@example.com>"

這些標籤能提供：

  • 映像檔維護者的聯絡資訊
  • 版本追蹤與管理資訊
  • 組織內部的責任歸屬明確化

憑證與安全性設定

確保容器能安全地進行網路通訊是很重要的一環：

COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
ENV REQUESTS_CA_BUNDLE=/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt

這個設定可以：

  • 確保 SSL/TLS 憑證的正確設定
  • 啟用安全的 HTTPS 通訊
  • 維護容器化應用程式的網路安全性

在建置生產環境的容器映像檔時，玄貓需要在效能、安全性和維護性之間取得平衡。透過採用這些最佳實踐，玄貓可以建立一個更穩健、更安全的容器化環境，同時確保開發團隊能夠有效地維護和更新這些容器。關鍵在於持續最佳化建置流程，確保每個步驟都符合組織的安全標準和效能需求。 讓我重新組織這段關於 Docker 多階段建構的技術內容：

在 Docker 多階段建構（Multi-stage Builds）中建立生產環境映像檔時，玄貓需要特別注意安全性與效能的設定。以下是關鍵的設定步驟：

憑證設定與 Python 環境設定

在生產環境映像檔中，玄貓需要正確設定 SSL 憑證：

# 從建構階段複製憑證套件
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/

這裡直接從建構階段（Builder Stage）複製已生成的憑證套件，而不是從憑證映像檔取得。這是因為精簡版（Distroless）映像檔中並不包含 update-ca-certificates 工具，無法動態生成憑證套件。

工作目錄與使用者許可權設定

安全性設定是容器化應用程式的重要環節：

WORKDIR /app
USER 1000

這些設定有幾個重要目的：

  • 設定專用工作目錄，確保檔案存取的隔離性
  • 使用非 root 使用者執行應用程式，降低潛在的安全風險
  • 限制程式的執行許可權，減少遠端程式碼執行（RCE）漏洞的影響範圍

需要注意的是，在設定 USER 指令後，所有後續的指令都會在該使用者的許可權下執行。這意味著之後若需要執行需要 root 許可權的操作（如 update-ca-certificates），將無法完成。

依賴套件的佈署

最後，玄貓需要將應用程式的依賴套件從建構階段複製到生產環境：

COPY --from=builder --chown=1000 /app/.venv/lib/python3.9/site-packages ./my-app
WORKDIR /app/my-app

這個步驟將建構階段中安裝的非開發環境套件（Production Dependencies）複製到最終的映像檔中。使用 --chown=1000 確保檔案擁有者許可權正確設定，符合之前設定的非 root 使用者。

這種多階段建構的方式能夠顯著減少最終映像檔的大小，同時確保生產環境的安全性與效能。透過精確控制複製的內容和許可權設定，玄貓建立了一個更加安全與最佳化的容器化環境。

在實際佈署時，這種設定方式不僅能提供必要的安全防護，還能確保應用程式在最小許可權原則下運作，這是容器化應用程式最佳實踐中的重要一環。

在 Docker 容器化應用程式的過程中，相依性管理和程式碼佈署是兩個至關重要的環節。本文將探討如何在多階段建置中有效管理這些關鍵要素，確保建置過程的效率和可靠性。

虛擬環境路徑設定與相依性管理

在專案中使用 Pipenv 管理 Python 虛擬環境時，玄貓通常會將虛擬環境直接安裝在專案根目錄下。這是透過設定 PIPENV_VENV_IN_PROJECT 環境變數來實作的，使得虛擬環境位於 /app/ 目錄下。

依賴套件的處理策略

在處理依賴套件時，玄貓採用了一個特別的策略：將 site-packages（相依套件）直接複製到應用程式的子資料夾中。這種做法有幾個重要優點：

  1. 依賴套件被視為專案本身的程式碼
  2. 確保模組名稱解析的一致性
  3. 簡化套件管理和版本控制

檔案許可權管理

在複製依賴套件時，使用 --chown 標誌是很重要的。這是因為：

  • 依賴套件在建置映像檔時是以 root 使用者安裝的
  • 實際執行應用程式時是使用 UID 1000 的使用者
  • 需要確保執行使用者對這些檔案有適當的存取許可權

程式碼佈署策略

在將程式碼佈署到正式環境的映像檔時，玄貓需要特別注意幾個關鍵點：

程式碼複製時機

玄貓在複製依賴套件之後才複製程式碼，這樣做有幾個好處：

  1. 可以有效利用 Docker 的層級快取機制
  2. 提高建置效率
  3. 減少不必要的映像檔重建

最小化佈署內容

在正式環境的映像檔中，玄貓只複製必要的程式碼：

  • 僅複製 source code
  • 排除測試檔案
  • 排除資源檔案
  • 排除功能測試（Cucumber features）

程式碼來源控制

玄貓選擇直接從外部建置環境複製程式碼，而不是從測試階段複製，原因是：

  1. 避免測試過程中的動態修改影響正式環境
  2. 確保佈署的程式碼與 Git 儲存函式庫完全一致
  3. 降低測試環境對正式環境的汙染風險

容器啟動設定

在容器的最終設定中，玄貓使用了兩個重要的指令：

ENTRYPOINT ["python3"]
CMD ["./main.py"]

這種設定方式提供了：

  • 固定的執行環境（Python3）
  • 彈性的啟動引數設定
  • 清晰的預設執行為

這樣的多階段建置流程不僅確保了開發環境與正式環境的一致性，也大幅提升了容器化應用程式的可維護性和可靠性。透過精心設計的相依性管理和程式碼佈署策略，玄貓可以建構出更穩健、更有效率的容器化工作流程。

在容器化開發的世界中，如何正確設計與實作 Dockerfile 是一個關鍵課題。本文將探討容器入口點（Entrypoint）的設計原則，以及如何透過最佳實踐來最佳化開發流程。

入口點與指令的設計原則

在 Docker 容器中，入口點（Entrypoint）定義了容器啟動時必定執行的指令，除非在執行 Docker run 時被明確覆寫。而指令（Command）則提供了預設的引數，同樣可以在執行時被覆寫。

一個重要的實踐原則是：玄貓應該總是使用列表形式而非完整字串來定義這些指令。這樣做的原因有二：

  1. 確保引數能以系統呼叫的方式直接傳遞給核心，而不是透過 shell 執行
  2. 這種方式可以確保正確的訊號處理，特別是在需要終止容器時

這點在使用 distroless 映像檔時特別重要，因為這類別映像檔中根本沒有 shell 環境。

最佳化的建置流程帶來的效益

雖然花費大量心力最佳化 Docker 映像檔的建置流程看似繁瑣，但這些努力確實值得。以下是幾個關鍵優勢：

快速的開發迭代

透過最佳化的快取機制，每次程式碼變更後的建置時間可以縮短到 1-2 秒。這種快速的回饋讓開發者能夠更頻繁地進行測試，提高程式碼品質的信心。

提升開發效率

良好的快取策略可以避免在編譯過程中的漫長等待。傳統上可能需要 2-5 分鐘的建置時間，這段時間既無法有效切換到其他工作，又會影響開發者的工作心情。最佳化後的建置流程不僅提升了生產力，也改善了開發體驗。

確保開發環境一致性

Docker 容器化的一大優勢是能夠最大程度地消除「它在我的機器上可以執行」的問題。透過嚴格的版本控制和可重現的建置流程，現在只有在 Docker 版本差異時才可能出現環境不一致的情況。

強成品質把關

將測試完全整合到建置流程中，確保不會因為時間壓力而跳過必要的測試步驟。要修改測試行為，必須透過程式碼變更並經過審查，這提供了額外的品質保障。

簡化管線管理

由於建置流程和測試都定義在版本控制中的 Dockerfile 內，玄貓幾乎不需要修改 CI/CD 管線設定。這種方式雖然可能造成一些重複，但大幅簡化了管線的維護工作。

最佳實踐的效益

最佳實踐的採用不僅能提升開發效率，更能帶來長期的維護優勢。透過最佳化的容器建置流程，玄貓可以：

  • 確保程式碼品質的一致性
  • 加速開發與測試迴圈
  • 降低環境差異帶來的問題
  • 強化團隊的開發信心

在現代軟體開發中，投資建立良好的容器化實踐確實值得。這不僅關係到技術層面的最佳化，更涉及到團隊效率和產品品質的提升。建議開發團隊在專案初期就建立完善的容器化策略，這將為後續的開發維護帶來莫大助益。

透過這些最佳實踐，玄貓能夠建立更可靠、更高效的開發流程，最終達到提升產品質和團隊生產力的目標。雖然前期投入較多，但從長遠來看，這些投資必定能帶來豐厚的回報。 在考量這些挑戰與機遇後，玄貓可以更全面地理解 Docker 建置流程的最佳化。雖然在每個專案中獨立設定 Docker 確實帶來了一定的複雜度，但這種彈性卻能讓不同專案團隊根據自身需求和進度進行調整。特別是對於遺留系統而言，這種漸進式的工具升級方案更顯重要。

同時，玄貓也必須正視 Docker 技術門檻所帶來的挑戰。許多開發者可能缺乏深入理解 Docker 建置流程的經驗或時間，這可能導致他們在需要修改建置流程時需要尋求協助。儘管如此，這個問題並非 Docker 獨有，任何複雜的建置系統都會面臨類別似的學習曲線。

因此，在實施 Docker 建置策略時，建議採取以下平衡方案：

  1. 建立清晰的檔案與標準作業流程，協助團隊成員理解建置流程
  2. 提供必要的培訓資源，幫助開發者掌握 Docker 技術
  3. 在專案間保持適度的一致性，減少學習成本
  4. 善用容器掃描工具，確保符合組織的技術標準
  5. 建立專業的 DevOps 支援機制，協助處理複雜的建置問題

透過這種方式，玄貓既可以保持 Docker 建置的靈活性，又能確保團隊能夠有效地管理和維護建置流程。這不僅能提升開發效率，還能確保建置過程的可靠性和安全性。在技術不斷演進的今天，找到合適的平衡點至關重要。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。