【Docker第5回】Dockerの概要

Dockerに入門しました。複数回に分けて備忘録として記載していきます。本記事ではDockerの概要を記載していきます。

【参考記事】

• 【Udemy】米シリコンバレーDevOps監修！超Docker完全入門(2022)【優しい図解説とハンズオンLab付き】
• 【Udemy】現役Webエンジニアが教えるPHP,MySQL,dockerを使用したフルスクラッチ開発

【関連記事】

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• 【第3回】WEBサーバを構築（Nginx）／ネットワークの概要
• 【第4回】WEBアプリ構築／Dockerでの環境構築準備
• 【第5回】Dockerの概要
• 【第6回】Dockerのインストール・作成・起動・停止
• 【第7回】PHPの開発環境を構築（PHPとApacheのみ）
• 【第8回】PHPの開発環境を構築（docker-composeで複数コンテナを一括で起動）
• 【第9回】PHPの環境構築_その2_(環境構築自動化)

Dockerとは

• コンテナ型の仮想化技術の一種
• コンテナにはゲストOSがないため、VMよりとても軽量
• コードとライブラリーやパッケージをパッキングすること

Dockerが注目される、普及している理由

• 2013年以降、普及は右肩上がり
• DevOpsのサイクルにはまっている
• ユーザーに早く正確にコードを届けることができる

従来

開発　　開発エンジニア
↓
テスト　インフラエンジニア
↓
本番　インフラエンジニア

環境、チームが異なり、
開発環境では動いていた→本番環境では動かない　ということが起こった

運用面

従来は、ファイルやフォルダーをジェンキンスなどのCICDパイプラインを使って、本番環境にコピーしていた。

Dockerが解決する問題

• 開発チーム
  コードとライブラリをパッケージングしてdocker-imageを作成（コンテナ化）
• 運営チーム
  docker-imageをもらって本番環境を構築
• 上記によりライブラリーや依存性の問題を防げる

Dockerを使用することで以下を実現

• 開発環境と運営環境を同一にする（コードと依存性をコンテナ化）
• 環境の違いによる不動作を防ぐことができる

運用面での変化

• コードとライブラリーをパッケージングしてdocker-imageを作成
• 本番環境のサーバーにドッカーイメージをダウンロード
• それを実行するだけでOK
• デプロイ先がコンテナ（コード＋パッケージ）になる
• OS問わず同一の動作をする

仮想マシンによる仮想化とコンテナによる仮想化の違い

仮想マシンによる仮想化

┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│    APP 1    │ │    APP 2    │
└─────────────┘ └─────────────┘
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│   Module 1  │ │  Module 2   │
└─────────────┘ └─────────────┘
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│  Guest OS 1 │ │ Guest OS 2  │
└─────────────┘ └─────────────┘
┌─────────────────────────────┐
│        VM SoftWare          │
└─────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────┐
│          Host OS            │
└─────────────────────────────┘

仮想マシンによる仮想化特徴

• Guest OSがある
• CPUやメモリなどのリソース消費が多い
• 起動にかかる時間が長い

コンテナによる仮想化

┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│    APP 1    │ │    APP 2    │
└─────────────┘ └─────────────┘
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│   Module 1  │ │  Module 2   │
└─────────────┘ └─────────────┘
┌─────────────────────────────┐
│        VM SoftWare          │
└─────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────┐
│          Host OS            │
└─────────────────────────────┘

コンテナ型の仮想化の特徴

• ホストOS上にコンテナという環境を作る
• まるで別々のOS化のような環境を隔離する
• CPUのメモリなどのリソース消費量が少なく、起動時間も高速

OS仮想化と比べたDockerのメリット

• リソースが軽い
• ストレージの使用量が減る
• 起動時間が早い
• 複数環境で使用可能

リソースが軽い

• OSを複数使わないぶん、オーバーヘッド（複数のOSイメージとカーネル）が減る
• プロセッサやメモリの消費が少なくなる

ストレージの使用量が減る

• OSイメージの通常サイズが5-10GB docker-imageのサイズは1-2GBになる

起動時間が早い

• カーネルのロード時間がなくなるので、仮想マシンに比べて起動時間が早くなる

複数環境で使用可能

• Dockerがインストールされている環境ならホストOSに依存せずにアプリが起動する

Dockerのクライアントとサーバーアーキテクチャについて

Client

ls
docker build
docker pull
docker run

Server(Docker Daemon)

ls
Daemon process
Agent

Dockerが使われる理由

• 開発環境、本番環境とも非常によく使われている
• 環境構築で大きなメリットがあるため使われている

Dockerがない場合の環境構築

• 手順書を元に手作業で環境構築する方法
• ちょっとした手順のミスや環境の微妙な違いでエラーになることが少なくない

環境構築の再現性を高める2つの方法

IaC(Infrastructure as Code)

• 環境構築の内容をコード化する
• ツール例　Asible, Chef

デメリット

• 実行時にエラーになる場合がある
• サーバ起動時に実行すると時間がかかる

構築した環境をイメージ化して運搬

• 動く環境をイメージ化して運搬
• ツール例　Amazon AMI

デメリット

• VMイメージは作成にかかる時間が長い
• サイズが大きく、転送にかかる時間が長い

イメージとコンテナの違い

• 例１　ClassとObject
• 例２　車の設計図　実際の車
• つまり、テンプレートと実物の違い

Dockerのメリット

• VMより軽量な環境をイメージ化して運搬可能
• Infrastracture as Codeの機能もある

Dockerの開発環境での使用例

# 開発用のDBの起動コマンド例
# コマンド一行でコンテナ上のDBを起動することが可能
$ docker run -d -p 3306:3306 \-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root \mysql:8.-.29

# 開発用のWEBアプリ起動コマンド例
# コマンド一行でコンテナ上のNginxコンテナ、Rubyコンテナ、MySQLコンテナを起動することが可能
$ docker-compose up

# その他ちょっとしたツールの起動や機械学習など、Dockerは幅広い用途で利用されている

Dockerの仕組み

VMの仮想化の概要

• VM方式の仮想化ではホストOSの中でゲストOSを起動する
• ゲストOS内のプロセスは、OSとしてはゲストOSで実行される

コンテナの場合

• コンテナではプロセスは隔離される
  ゲストOSを起動することなく、ホストOSの機能でプロセスをコンテナという単位で隔離
  コンテナ内のプロセスはOSとしてはホストOSで実行される
• コンテナではプロセスも隔離される
  Linuxのルートディレクトリ以下と同様の構成イメージを元に起動
  コンテナ内ではルートディレクトリが変更され、コンテナ内のファイルしか見えない

Dockerの構成要素

ホストOS
docker管理下
イメージ　→ コンテナ

「dockerコマンド」→「dockerd(dockerデーモン)」に指示してコンテナの起動やイメージの作成をする

DockerHubなどのレジストリ
イメージを保存、配布するサービス