阿里云开源 image-syncer 工具，容器镜像迁移同步的终极利器

Posted 2020-11-22

为什么要做这个工具？

由于阿里云上的容器服务 ACK 在使用成本、运维成本、方便性、长期稳定性上大大超过公司自建自维护 Kubernets 集群，有不少公司纷纷想把之前自己维护 Kubernetes 负载迁移到阿里云 ACK 服务上。在迁移过程中，往往会碰到一个不大不小的坑：那就是怎么把已有的容器镜像平滑的迁移到阿里云镜像服务 ACR 上。这个问题看起来非常简单，如果只有三五个镜像，只要做一次 docker pull/docker push 就能完成，但实际生产中涉及到成千上百个镜像，几 T 的镜像仓库数据时，迁移过程就变的耗时非常漫长，甚至丢失数据。

阿里云云原生应用平台的工程师——也就是我们，发现这是一个通用的需求，用户会在各种容器镜像仓库之间做迁移，或者进一步，期望有同步复制的能力，所以我们研发了 image-syncer 这个项目来支持迁云，并同时开源给业界大众，用来解决通用的容器镜像批量迁移/同步的问题。

这个工具在实际生产中，已经帮助了多家客户进行镜像迁移，其中最大镜像仓库的总量达到 3T 以上，同步时能跑满机器带宽，进行同步任务的机器磁盘容量没有要求。

image-syncer 简介

如上所述，在 k8s 集群迁移场景中，镜像仓库之间进行镜像迁移/同步是基本需求，而使用 docker pull/push 结合脚本的传统方式进行镜像同步，有如下几个局限性：

1. 依赖磁盘存储，需要及时进行本地镜像的清理，并且落盘造成多余的时间开销，难以胜任生产场景中大量镜像的迁移
2. 依赖 docker 程序，docker daemon 对 pull/push 的并发数进行了严格的限制，无法进行高并发同步
3. 一些功能只能通过 HTTP api 进行操作，单纯使用 docker cli 无法做到，使脚本变得复杂

image-syncer 的定位是一个简单、易用的批量镜像迁移/同步工具，支持几乎所有目前主流的基于 docker registry V2 搭建的镜像存储服务，比如 ACR、Docker
Hub、Quay、自建 Harbor 等，目前已经初步经过了 TB 级别的生产环境镜像迁移验证，并开源于 https://github.com/AliyunContainerService/image-syncer ，欢迎大家下载使用以及提供宝贵的建议～

工具特性

image-syncer 的特性如下：

1.支持多对多镜像仓库同步
2.支持基于 Docker Registry V2 搭建的 docker 镜像仓库服务 (如 Docker Hub、 Quay、 阿里云镜像服务 ACR、 Harbor等)
3.同步只经过内存和网络，不依赖磁盘存储，同步速度快
4.增量同步, 通过对同步过的镜像 blob 信息落盘，不重复同步已同步的镜像
5.并发同步，可以通过配置文件调整并发数
6.自动重试失败的同步任务，可以解决大部分镜像同步中的网络抖动问题
7.不依赖 docker 以及其他程序

借助 image-syncer，只需要保证 image-syncer 的运行环境与需要同步的 registry 网络连通，你可以快速地完成从镜像仓库的迁移、拷贝以及增量同步，并且对硬件资源几乎没有要求（因为 image-syncer 严格控制网络连接数目=并发数，所以只有在当单个镜像层过大的情况下，并发数目过大可能会打满内存，内存占用 <= 并发数 x 最大镜像层大小）；除了使用重传机制规避同步过程中可能出现的偶发问题之外， image-syncer 会在运行结束时统计最后同步失败的镜像个数，并且打印出详细的日志，帮助使用者定位同步过程中出现的问题。

使用指南

image-syncer 运行，只需要用户提供一个配置文件，内容如下：

{
    "auth": {                   // 认证字段，其中每个对象为一个registry的一个账号和
                                // 密码；通常，同步源需要具有pull以及访问tags权限，
                                // 同步目标需要拥有push以及创建仓库权限，如果没有提供，则默认匿名访问

        "quay.io": {            // registry的url，需要和下面images中对应registry的url相同
            "username": "xxx",               // 用户名，可选
            "password": "xxxxxxxxx",         // 密码，可选
            "insecure": true                 // registry是否是http服务，如果是，insecure 字段需要为true，默认是false，可选，支持这个选项需要image-syncer版本 > v1.0.1
        },
        "registry.cn-beijing.aliyuncs.com": {
            "username": "xxx",
            "password": "xxxxxxxxx"
        },
        "registry.hub.docker.com": {
            "username": "xxx",
            "password": "xxxxxxxxxx"
        }
    },
    "images": {
        // 同步镜像规则字段，其中条规则包括一个源仓库（键）和一个目标仓库（值）

        // 同步的最大单位是仓库（repo），不支持通过一条规则同步整个namespace以及registry

        // 源仓库和目标仓库的格式与docker pull/push命令使用的镜像url类似（registry/namespace/repository:tag）
        // 源仓库和目标仓库（如果目标仓库不为空字符串）都至少包含registry/namespace/repository
        // 源仓库字段不能为空，如果需要将一个源仓库同步到多个目标仓库需要配置多条规则
        // 目标仓库名可以和源仓库名不同（tag也可以不同），此时同步功能类似于：docker pull + docker tag + docker push
        "quay.io/coreos/kube-rbac-proxy": "quay.io/ruohe/kube-rbac-proxy",
        "xxxx":"xxxxx",
        "xxx/xxx/xx:tag1,tag2,tag3":"xxx/xxx/xx"
        // 当源仓库字段中不包含tag时，表示将该仓库所有tag同步到目标仓库，此时目标仓库不能包含tag
        // 当源仓库字段中包含tag时，表示只同步源仓库中的一个tag到目标仓库，如果目标仓库中不包含tag，则默认使用源tag
        // 源仓库字段中的tag可以同时包含多个（比如"a/b/c:1,2,3"），tag之间通过","隔开，此时目标仓库不能包含tag，并且默认使用原来的tag

        // 当目标仓库为空字符串时，会将源镜像同步到默认registry的默认namespace下，并且repo以及tag与源仓库相同，默认registry和默认namespace可以通过命令行参数以及环境变量配置，参考下面的描述
    }    
}

用户可以根据配置不同的镜像同步规则组合，以匹配不同的迁移/同步需求，如将单个镜像 repo 同步到多个不同的镜像 repo、将多个源镜像同步到单个镜像 repo 中（以 tag 区分）、在同一个 registry 中以不同的名字拷贝一个镜像 repo 等等。
使用时需要注意，如果匿名访问作为同步源的 registry 地址，可能存在权限问题无法 pull 镜像以及无法获取 tags，这种情况下需要在" auth "中加入有对应权限的账号密码；而如果匿名访问作为同步目标的 registry 地址，可能存在权限问题无法 push 镜像，同样也可能需要用户提供有对应权限的账号密码。
image-syncer 同时支持 insecure 的 registry（类比 docker 的-- insecure - registry 参数，在" auth "的相应条目中添加 " insecure ": true ），可以同时在 http 和 https 两种类型的镜像服务之间迁移。
image-syncer 还提供了一些简单的参数来控制程序的运行，包括并发数目控制、重传次数设置等等：

-h  --help       使用说明，会打印出一些启动参数的当前默认值
    --config     设置用户提供的配置文件所在路径，使用之前需要创建配置文件，默认为当前工作目录下的image-syncer.json文件
    --log        打印出来的log文件路径，默认打印到标准错误输出，如果将日志打印到文件将不会有命令行输出，此时需要通过cat对应的日志文件查看
    --namespace  设置默认的目标namespace，当配置文件内一条images规则的目标仓库为空，并且默认registry也不为空时有效，可以通过环境变量DEFAULT_NAMESPACE设置，同时传入命令行参数会优先使用命令行参数值
    --registry   设置默认的目标registry，当配置文件内一条images规则的目标仓库为空，并且默认namespace也不为空时有效，可以通过环境变量DEFAULT_REGISTRY设置，同时传入命令行参数会优先使用命令行参数值
    --proc       并发数，进行镜像同步的并发goroutine数量，默认为5
    --records    指定传输过程中保存已传输完成镜像信息（blob）的文件输出/读取路径，默认输出到当前工作目录，一个records记录了对应目标仓库的已迁移信息，可以用来进行连续的多次迁移（会节约大量时间，但不要把之前自己没执行过的records文件拿来用），如果有unknown blob之类的错误，可以删除该文件重新尝试
    --retries    失败同步任务的重试次数，默认为2，重试会在所有任务都被执行一遍之后开始，并且也会重新尝试对应次数生成失败任务的生成。一些偶尔出现的网络错误比如io timeout、TLS handshake timeout，都可以通过设置重试次数来减少失败的任务数量

在同步结束之后，image-syncer
会统计成功和失败的同步任务数目（每个同步任务代表一个镜像），并在标准输出和日志中打印 "Finished, <NUMBER OF
FAILED TASKS> sync tasks failed, <NUMBER OF GENERATED FAILED
TASKS> tasks generate failed" 的字样，从而可以获得同步的结果。更多FAQ参见 FAQs.md

使用示例

ACR（Alibaba Cloud Container Registry）是阿里云提供的容器镜像托管服务，支持全球20个地域的镜像全生命周期管理，联合容器服务等云产品，打造云原生应用的一站式体验。这里通过将自建 harbor 上的镜像同步到 ACR，提供 image-syncer 的基本使用示例

从自建 harbor 同步镜像到 ACR

1.在阿里云控制台上开通容器镜像服务，并进入 ACR 控制台

2.创建命名空间，默认仓库类型决定了当仓库不存在时，docker push 自动创建的仓库类型是公有的还是私有的；如果部分需要同步的目标仓库不存在，需要打开自动创建仓库按钮，让类似" docker push "的操作能自动创建仓库

3.创建访问凭证，对应的账号即为 docker login 的账号，如下图：

4.上面的操作使用的是主账号，默认拥有全部权限；为了进行权限管理，我们也可以通过创建 RAM 子账号，并配置对应权限，这里的场景中我们只使用到了创建、更新镜像仓库相关权限，最小权限设置如下，访问控制的资源粒度为 image-syncer 命名空间:

{
    "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Action": [
                "cr:CreateRepository",
                "cr:UpdateRepository",
                "cr:PushRepository",
                "cr:PullRepository"
            ],
            "Resource": [
                "acs:cr:*:*:repository/image-syncer/*"
            ]
        }
    ],
    "Version": "1"
}

5.同样，RAM 账号需要通过 RAM 用户登陆入口登陆阿里云控制台，并进入 ACR 控制台创建访问凭证（同3.）

6.然后我们可以通过访问凭证中创建的密码，完成如下 image-syncer 的同步配置（配置中使用 RAM 子账号的访问凭证）；这里我们将本地搭建的 harbor（ http 服务，要设置 insecure，通过 harbor.myk8s.paas.com:32080 访问）中的 library/nginx 仓库同步到华北2（通过为 registry.cn-beijing.aliyuncs.com 访问）中的 image-syncer 命名空间下，并且保持仓库名称为 nginx，config.json 如下：

{
    "auth": {
        "harbor.myk8s.paas.com:32080": {
            "username": "admin",
            "password": "xxxxxxxxx",
            "insecure": true
        },
        "registry.cn-beijing.aliyuncs.com": {
            "username": "acr_pusher@1938562138124787",
            "password": "xxxxxxxx"
        }
    },
    "images": {
        "harbor.myk8s.paas.com:32080/library/nginx": ""
    }
}

7.下载最新的 image-syncer 可执行文件（目前只支持 linux amd64 版本，可以自行编译），解压，并运行工具

执行命令：

# 设置默认目标registry为registry.cn-beijing.aliyuncs.com，默认目标namespace为image-syncer
# 并发数为10，重试次数为10
# 日志输出到./log文件下，不存在会自动创建，不指定的话默认会将日志打印到Stderr
# 指定配置文件为harbor-to-acr.json，内容如上所述
./image-syncer --proc=10 --config=./harbor-to-acr.json --registry=registry.cn-beijing.aliyuncs.com --namespace=image-syncer --retries=10 --log=./log

一次同步会经历三个阶段：生成同步任务、执行同步任务以及重试失败任务；其中，每个同步任务都代表了一个需要同步的 tag （镜像），如果配置文件中某条规则没有指定 tag，在“生成同步任务”阶段会自动 list 源仓库所有 tag，并生成对应的同步任务，如果生成同步任务失败，也会在重试阶段进行重试，（故意配错账号密码时）执行输出如下：

正常运行的输出：

在运行时，image-syncer 会打印出如下的日志信息：

从自建 harbor 同步镜像到 ACR 企业版

ACR 企业版提供企业级容器镜像、Helm Chart 安全托管能力，拥有企业级安全独享特性，具备千节点镜像分发、全球多地域同步能力。提供云原生应用交付链，实现一次应用变更，全球化多场景自动交付。强烈推荐安全需求高、业务多地域部署、拥有大规模集群节点的企业级客户使用。

同步到 ACR 企业版和 ACR 普通版所需的操作基本相同：

1.创建 ACR 企业版实例

2.创建命名空间，并对默认仓库类型进行设置，并打开自动创建仓库的功能

3.配置公网的访问控制，需要打开 ACR 企业版的访问入口，并添加公网白名单，使外部能访问镜像服务

4.配置访问凭证，这部分和 ACR 普通版相同

5.使用访问凭证中创建的密码，完成如下 image-syncer 的同步配置；与之前同步到ACR共享版不同的是，每个ACR企业版实例有自己单独的域名（一个公网可见，一个仅专有网络可见，如果镜像同步工具运行在个人环境上需要使用公网域名；如果要使用仅专有网络可见的域名，则将镜像同步工具运行在阿里云ECS实例上，并且通过配置使域名对该ECS所在的专有网络可见；这里使用的是公网域名
ruohe-test-registry.cn-shanghai.cr.aliyuncs.com），并且namespace对于每个不同企业版实例之间来说都是隔离的。我们同样将本地搭建的 harbor（http 服务，要设置i nsecure，通过 harbor.myk8s.paas.com:32080 访问）中的 library/nginx 仓库同步到 ACR 企业版实例中 image-syncer 命名空间下，并且保持仓库名称为 nginx，config.json 如下：

{
    "auth": {
        "harbor.myk8s.paas.com:32080": {
            "username": "admin",
            "password": "xxxxxxxxx",
            "insecure": true
        },
        "ruohe-test-registry.cn-shanghai.cr.aliyuncs.com": {
            "username": "ruohehhy",
            "password": "xxxxxxxx"
        }
    },
    "images": {
        "harbor.myk8s.paas.com:32080/library/nginx": ""
    }
}

6.运行工具
执行命令

# 设置默认目标registry为ruohe-test-registry.cn-shanghai.cr.aliyuncs.com，默认目标namespace为image-syncer
# 并发数为10，重试次数为10
# 日志输出到./log文件下，不存在会自动创建，不指定的话默认会将日志打印到Stderr
# 指定配置文件为harbor-to-acr.json，内容如上所述
./image-syncer --proc=10 --config=./harbor-to-acr.json --registry=ruohe-test-registry.cn-shanghai.cr.aliyuncs.com --namespace=image-syncer --retries=10

输出与前述相同

更多能力

以上的 image-syncer 满足了你的容器镜像迁移同步的所有诉求吗？如果有更多的需求、甚至想共建更多的能力，欢迎访问 https://github.com/AliyunContainerService/image-syncer 留下 issue，也欢迎加入 Kubernetes 钉钉群讨论

开源不易，长期的维护项目更不容易，大家觉得好就请给这个项目点个 star，公司内的老板会看这个项目的 star 数量来决定后续能不能投更多的研发资源来维护这个项目，万分感谢:)

One More Thing

那么，镜像仓库能顺利迁移，是否迁云就能顺利进行呢？答案是——并没有那么简单，仓库只是迁云过程中碰到的问题之一，还需要解决其他痛点。

对于已经在私有云/公有云上已经把业务应用跑在 k8s 上的用户来说，如何让业务在迁云过程中不受影响是头等大事。阿里云云原生应用平台的解决方案架构师对此已经有了完善的考虑，力助用户应用高效稳定的迁移到 ACK 服务上。在帮助这些用户落实迁云方案的同时，我们也在不断思考如何把这些案例中共性的东西做一些沉淀，总结出一些优秀的解决方案、最佳实践以及开发一些工具来帮助用户快速完成迁云的这件事情，这是我们迁移过程中为用户考虑到的点

如果你有迁移上阿里云 ACK 的需求，请点击我！期待你的留言～