コンテナ環境でJavaイメージを小さくする方法！
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2018/12/11に開催された"Oracle Code Tokyo"で講演させていただいたスライドです。Dockerコンテナ上で動作させるJavイメージをどれくらいまで小さくできるのか？というお話です。
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- 1. Copyright © 2018, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. | Java in a World of Containers コンテナ環境でJavaイメージを⼩さくする⽅法！ ⽇本オラクル株式会社 伊藤 敬 @itakash 2018年12⽉11⽇ #OraCodeJP
- 2. ⾃⼰紹介 伊藤 敬 @itakash ⽇本オラクル（株）所属 Java Cloud Serviceなどの製品担当 Javaコミュニティ活動等々
- 3. Copyright © 2018, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. | Java in a World of Containers 3
- 4. コンテナの世界で期待されるのは • 安全性とセキュリティはますます重要に • スプロール現象 • 多数のインスタンス • 異なるアプリケーションの混合 • 異なるアーキテクチャの混合 • 異なるコンテナ構成の混合 4 https://citelighter-cards.s3.amazonaws.com/p17k6i1bqs3okg8gnisklkg1k0_51924.png
- 5. Java in a World of Containers • 管理されたランタイム・⾔語環境 • ハードウェア・OS に⾮依存 • JVM によって保証されたセキュリティと安全性 • 信頼性：設計⽬標 -> 互換性の維持 • 可搬性：実⾏環境が変更されても、JVM が安定した運⽤を保つ • 豊富なエコシステム 5 コンテナ環境にとってJavaが持つ特長は理想的 • コミットメント： コンテナ環境において最も適切な選択肢であることを維持する
- 7. JavaのDockerイメージサイズ (〜JDK10) • デフォルトのJDK を含むDockerイメージはデカい！ • 約 600MB • 229MB：OS のベースイメージ • 343MB：JDK 7
- 8. JRE とモジュール • デフォルトのJDK を含むDockerイメージはデカい！ • 約 600MB • 229MB OS のベースイメージ • 343MB の JDK • 必須モジュール • java.{lang,util,…}.*, javax.management.*, … • 必須ではないモジュール • java.xml, corba, javaws, … 8
- 9. JRE とモジュール • デフォルトのJDK を含む Docker イメージは⼤きい • 約 600MB • 229MB OS のベースイメージ • 343MB の JDK • 必須モジュール • java.{lang,util,…}.*, javax.management.*, … • 必須ではないモジュール • java.xml, corba, javaws, … • どこまで⼩さくできるか？？ 9 11 530MB 297MB
- 10. Copyright © 2018, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. | カスタムJRE の作成 10
- 15. カスタムJRE とモジュール • JDK 9 でモジュールシステムが導⼊ (“Jigsaw”) • JDK ⾃体をモジュール化 • カスタム JRE を⽣成するツール: jlink • アプリが必要とするモジュールや機能だけを含む • 最も⼩さい JRE は java.base のみを含む • 多くのアプリケーションの稼働はこれだけでカバーできる 15
- 16. jlink と jdeps の利⽤ • カスタム JRE の作成は簡単: $JAVA_HOME/bin/jlink --output myjre --add-modules java.base • jdeps でアプリが利⽤するモジュールを特定する $JAVA_HOME/bin/jdeps HelloWorld.class • 重要：アプリケーション⾃体のモジュール化は不要 16 Custom JRE my.module java.managem ent java.base
- 17. jdeps jdeps でアプリが利⽤するモジュールを特定する # $JAVA_HOME/bin/jdeps lib/tomcat-api.jar tomcat-api.jar -> java.base tomcat-api.jar -> java.instrument tomcat-api.jar -> java.naming ... 17
- 18. マルチステージビルドを利⽤し、 カスタム JRE の Dockerイメージを作成 # Multi-Stage example using jlink to produce small Java runtime FROM oraclelinux:latest AS java-build ADD openjdk-11+28_linux-x64_bin.tar.gz /opt/jdk ENV PATH=/opt/jdk/jdk-11/bin:$PATH WORKDIR /jlink RUN jlink --output my-jre --add-modules java.base FROM oraclelinux:latest WORKDIR /workdir COPY --from=java-build /jlink/my-jre /opt/my-jre ENV PATH /opt/my-jre/bin:$PATH CMD [”java”, “-version”] 18
- 19. Copyright © 2018, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. | イメージサイズの最適化 19
- 20. カスタムの Java ランタイム • デフォルトのJDK を含む Docker イメージ は⼤きい: ~530 MB • 必要なもの • java.{lang,util,…}.*, javax.management.*, … • 必要ではないもの • corba, jaxws, … • JDK 9 でモジュールシステムが導⼊ (“Jigsaw”) • JDK ⾃体をモジュール化 • カスタムの JRE を⽣成するツール • アプリが必要とするモジュールや機能だけを含む 20 Java Docker image Size Size(MB) 0 150 300 450 600 Size (MB) 297 234 oraclelinux:7 JDK
- 21. JRE サイズの最適化 • java.base のみ • 多くのアプリケーションにとって⼗分 • Netty • 多くの（過半数？）のアプリにとって ⼗分なモジュール: • java.base,java.logging,java.management, java.xml,jdk.management,jdk.unsupported • ただし、Netty ⾃体は含まれていない • 更に最適化することが可能 • jlink --compress (25%+ の圧縮) 21 JRE Sizes Size(MB) 0 50 100 150 200 250 300 Full JDK java.base “netty” 60 48 297
- 22. ベースイメージ（ＯＳ）サイズの最適化 • Dockerイメージが⼤きくなる要因の ⼀つ • OSのフルイメージから機能削除 • 最低限：Java が実⾏出来る • ”slim” イメージ • ユーザスペースの機能の殆どを除いた もの 22 Docker image sizes (java.base) Size(MB) 0 50 100 150 200 250 300 oraclelinux:7 oraclelinux:7-slim 48 48 117 234 Base Image java.base
- 23. Alpine Linux と musl libc Alpine Linux: musl libc と busybox ベースの セキュリティを中⼼した軽量 Linux ディストリビューション ⼩さくてシンプル、安全 https://www.alpinelinux.org 23 musl libc: 標準Cライブラリ(libc)互換のC ライブラリ 標準に準拠しつつ安全 ⾼速でシンプル、かつ軽量な libc実装 https://www.musl-libc.org
- 24. OpenJDK Project “Portola” • Alpine/musl 対応の JDK 提供を実現 するプロジェクト • Alpine Linux は極端に軽い （4.4MB） • ご興味あれば是⾮チェック！ • http://openjdk.java.net/projects/portola • http://hg.openjdk.java.net/portola/portola • portola-dev@openjdk.java.net • Early access binaries: http://jdk.java.net/12 24 Docker image sizes (java.base) Size(MB) 0 75 150 225 300 oraclelinux:7 oraclelinux:7-slim alpine:3.8 48 48 48 4.4 117 234 Base Image java.base
- 26. One more thing… • 理論的な最低限 • java.base のみの JRE には何が含まれているか 26 Files Size (bytes) lib/modules 23,529,047 lib/server/libjvm.so 21,197,904 <その他のファイル> 1,545,818 合計 46,272,769 JVM ランタイム・ライブラリ
- 28. JVM のサイズ ‒ JIT コンパイラ 28
- 29. JVM のサイズ ‒ GC 29
- 30. JVM のサイズ ‒ ⼀番軽い GC: Serial 30
- 31. JVM のサイズ ‒ その他 31
- 32. • 5MB 未満！ • Java SE の仕様を準拠 • しかし: 機能は乏しい • JIT なし • Serial GC のみ • デバッグや保守性などの機能は殆 どなし • 現実的ではないが、研究など の⽬的には役に⽴つ “最⼩” JVM 3 2 Size of JVM variants Size(MB) 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 server minimal
- 33. • 約20MB のHelloWorld • Alpine ベースイメージ込み • 最⼩イメージより⼩さな JVM も存在する（制限付き） • Oracle Labs の SubstrateVM https://www.oracle.com/technetwork /java/jvmls2015-wimmer-2637907.pdf “最⼩” のDocker向けJavaイメージ 3 3 “minimal” VM + java.base Size(MB) 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 default —compress=2 —strip-debug 10.5 12.9 25.3 4.84.84.8 4.04.04.0 alpine:3.6 libjvm.so JDK
- 34. これで限界？
- 36. インスタンス間ファイル共有 • マイクロサービス・ベースのシステムにおいてコンテナの利⽤する 場合、同じマシン上で多数のプロセスを実⾏する • 全く同じアプリを実⾏するインスタンスが多い可能性が⾼い • ネイティブ データは OS のライブラリによって共⽤される • libc, libjvm.so などは OS と Docker によって共⽤される • 前提：同じ layer/file/inode • 例：共⽤された Docker イメージに含まれている JRE やボリュームを利⽤し た明⽰的な共⽤ • docker run –v /shared/java:/jre … (container 1) • docker run –v /shared/java:/jre … (container 2, etc.) • Javaクラスのデータは? 36
- 37. • OS の共⽤ライブラリに類似した Javaクラス、データを共有する 仕組み • クラス、データはメモリにマップ • 共有されたメモリからクラスを直 接読み込む • ROページ：共有 RW ページ：copy-on-write • Jar ファイルの検索や分析処理の負 荷はない • アーカイヴは複数の Docker コン テナによって共⽤される Class Data Sharing (CDS) 3 7
- 38. 38 JDK 12 起動時間 (CDS アーカイブ)
- 39. Copyright © 2018, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. | まとめ 39
- 40. まとめ • デフォルトのままのイメージは⼤きい • JDK 11: 229MB + 300MB = 529MB • サイズを極限まで⼩さくする • jlink でカスタム JRE を作成 • “Netty” は 60MB, “java.base” は 48MB (jlink ‒compressed=2 の場合：~38MB) • 適切なベースイメージを利⽤ • oraclelinux:7-slim は 117MB, alpine は 4MB • JVM を含む HelloWorld は 38MB 未満のイメージでデプロイ出来る • CDS で複数の JVM や Docker コンテナでクラスのデータを共⽤できる 40 Java の Dockerイメージを最適化する