Docker メモ書き

はじめに

Microsoft Learn の Docker コンテナーの概要から抜粋して概念と用語を整理。

Dockerとは

Docker は、コンテナーの開発、出荷、実行に使用されるコンテナー化プラットフォームです。 Docker ではハイパーバイザーは使用されず、アプリケーションを開発およびテストする場合は、デスクトップまたはノート PC で Docker を実行できます。デスクトップバージョンの Docker では、Linux、Windows、および macOS がサポートされています。運用システムでは、Linux および Microsoft Windows Server 2016 以降の多くのバリエーションを含む、サーバー環境で Docker を利用できます。 Azure を含む多くのクラウドで、Docker がサポートされています。

Docker のアーキテクチャ

Docker プラットフォームは、コンテナー化されたアプリケーションをビルド、実行、管理するために使用する複数のコンポーネントで構成されています。

Docker エンジン

Docker エンジンは、クライアントとサーバーが同じホスト上で同時に実行されるクライアント/サーバーの実装として構成される、複数のコンポーネントで構成されています。クライアントは、サーバーとの通信に REST API を使用しますが、これを使用して、リモートサーバーのインスタンスとも通信できます。

Docker クライアント

Docker クライアントには 2 つの代替手段があります。1 つは docker という名前のコマンドラインアプリケーション、もう 1 つは Docker Desktop という名前のグラフィカルユーザーインターフェイス (GUI) ベースのアプリケーションです。 CLI と Docker Desktop の両方が Docker サーバーと対話します。 CLI または Docker Desktop で docker コマンドを実行すると、Docker の REST API を使用してローカルサーバーまたはリモートサーバーに命令が送信されます。このコマンドはコンテナーの管理に使用する主要なインターフェイスとして機能します。

Docker サーバー

Docker サーバーは dockerd という名前のデーモンです。 dockerd デーモンは、Docker REST API 経由でのクライアントからの要求に応答し、他のデーモンと対話できます。 Docker サーバーも、コンテナーのライフサイクルの追跡を行います。

Docker Hub

Docker Hub は、サービスとしてのソフトウェア (SaaS) の Docker コンテナーレジストリです。 Docker レジストリは、作成したコンテナーイメージを格納して配布するために使用するリポジトリです。 Docker Hub は、Docker でイメージ管理に使用される既定のパブリックレジストリです。

プライベート Docker レジストリを作成して使用することも、利用可能な多くのクラウドプロバイダーオプションのいずれかを使用することもできることに留意してください。たとえば、Azure Container Registry を使用してコンテナーイメージを格納し、複数の Azure Container 対応サービスで使用できます。

コンテナー

コンテナーとは

コンテナーとは、ソフトウェアパッケージを構築して実行できる、緩く分離された環境です。これらのソフトウェアパッケージには、任意のコンピューティング環境でアプリケーションを迅速かつ確実に実行するためのコードとすべての依存関係が含まれています。これらのパッケージは、"コンテナーイメージ" と呼ばれます。コンテナーイメージは、アプリケーションの配布に使用される単位になります。

ソフトウェアのコンテナー化とは

ソフトウェアのコンテナ化は OS 仮想化のひとつの方法で、仮想マシン (VM) を使用せずにコンテナーをデプロイして実行するのに使用されます。コンテナーは、物理ハードウェア、クラウド、VM、さらに複数のオペレーティングシステムで実行できます。

Dockerイメージ（コンテナーイメージ）

コンテナーイメージとは

コンテナーイメージは、ソフトウェアが含まれている移植可能なパッケージです。このイメージを実行すると、コンテナーになります。コンテナーは、イメージのメモリ内インスタンスです。

コンテナーイメージは変更できません。イメージは、ビルドすると変更できません。イメージを変更する唯一の方法は、新しいイメージを作成することです。この機能により、運用環境で使用されるイメージが、開発および QA で使用されるイメージと同じであることが保証されます。

ホスト OS とは

ホスト OS は、Docker エンジンが実行される OS です。 Linux 上で実行される Docker コンテナーはホスト OS カーネルを共有していて、バイナリが OS カーネルに直接アクセスできる限り、コンテナー OS は必要ありません。

ただし、Windows コンテナーにはコンテナー OS が必要です。コンテナーでは、ファイルシステム、ネットワーク管理、プロセススケジューリング、メモリ管理などのサービスの管理には、OS カーネルが利用されます。

コンテナー OS とは

コンテナー OS とは、パッケージ化されたイメージの一部である OS です。異なるバージョンの Linux や Windows オペレーティングシステムを、1 つのコンテナーに柔軟に含めることができます。この柔軟性により、特定の OS の機能へのアクセスや、アプリケーションが使用する追加のソフトウェアのインストールを実行できます。

コンテナー OS は、ホスト OS から分離されている、アプリケーションをデプロイして実行する環境です。イメージの不変性と組み合わされることで、この分離は、開発でのアプリケーションの実行環境が運用環境と同じであることを意味します。

この例では、コンテナー OS として Ubuntu Linux を使用していて、この OS は開発から運用になっても変わりません。使用するイメージは常に同じです。

スタック可能な統合ファイルシステム (Unionfs) とは

※Unionfs の読み：ゆにおんえふえす Docker イメージの作成に Unionfs を使用します。 Unionfs は、ブランチと呼ばれる複数のディレクトリを、内容がマージされているかのようにスタックできるファイルシステムです。ただし、内容は物理的に個別に保持されます。 Unionfs では、ファイルシステムを構築するときに、ブランチを追加および削除できます。

たとえば、前に作成した Web アプリケーションのイメージをビルドしているものとします。ブートファイルシステムの最上位に、基本イメージとして Ubuntu ディストリビューションをレイヤー化します。次に、Nginx と Web アプリをインストールします。実質的には、元の Ubuntu イメージの上に、Nginx と Web アプリをレイヤー化することになります。

コンテナーがイメージから実行されると、最終的な書き込み可能レイヤーが作成されます。ただし、このレイヤーは、コンテナーが破棄されるときに保持されません。

基本イメージとは

基本イメージとは、Docker の scratch イメージを使用するイメージです。 scratch イメージは、ファイルシステムレイヤーが作成されない空のコンテナーイメージです。このイメージでは、実行するアプリケーションはホスト OS カーネルを直接使用できることが想定されています。

親イメージとは

親イメージとは、イメージを作成する元になるコンテナーイメージです。

たとえば、scratch からイメージを作成した後で Ubuntu をインストールするのではなく、既に Ubuntu が基盤であるイメージを使用します。 Nginx が既にインストールされているイメージを使用することもできます。通常、親イメージにはコンテナー OS が含まれます。

基本イメージと親イメージの主な違い

どちらの種類のイメージでも、再利用可能なイメージを作成できます。ただし、基本イメージを使用する方が、最終的なイメージの内容を制御できる範囲が広くなります。イメージは不変であり、イメージへの追加だけができてイメージからの削除はできないという前の説明を思い出してください。

Windows では、Windows の基本コンテナーイメージに基づくコンテナーイメージのみを作成できます。 Microsoft は、以降の Windows ベースコンテナーイメージを提供およびサービスします。

Dockerfile とは

Dockerfile は、Docker イメージをビルドして実行するために使用する命令が含まれているテキストファイルです。イメージの次の側面が定義されています。

新しいイメージを作成するために使用する基本イメージまたは親イメージ
ベース OS を更新して追加のソフトウェアをインストールするためのコマンド
開発したアプリケーションなど、含めるビルド成果物
ストレージやネットワーク構成など、公開するサービス
コンテナーが起動されるときに実行するコマンド

Dockerのメリット7選

Dockerのメリット① 簡単に環境構築
Dockerのメリット② 軽量でスピーディーな開発
Dockerのメリット③ ハードウェアの資源削減
Dockerのメリット④ 共有化されたシステム
Dockerのメリット⑤ イミュータブル・インフラストラクチャである
Dockerのメリット⑥ 物理サーバの考慮を後回しにできる
Dockerのメリット⑦ モダンなエコシステム

Dockerの3つのデメリット

Dockerのデメリット① 同一のOS（カーネル）を利用すること
Dockerのデメリット② 提供できるホストの種類が少ない
Dockerのデメリット③ 習得に時間がかかる

参考

Dockerとは？使い方やメリット・デメリットを徹底解説！
Docker ドキュメント日本語化プロジェクト

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