現代ソフトウェア開発の世界では、効率と一貫性が重要です。 開発者や運用チームは、異なる環境でアプリケーションをシームレスに管理、展開、実行するのを支援するソリューションが必要です。

コンテナとDockerは、ソフトウェアの構築、テスト、展開方法を革新しました。

技術の世界に新参者であるか、Dockerの基本を理解しようとしている場合でも、この記事が基本をガイドします。

目次

コンテナとは何ですか？

Dockerに入る前に、まずコンテナについて理解しましょう。プロジェクトを作業していて、アプリケーションが自分のノートパソコンで完璧に動作するとします。しかし、同じアプリケーションを別のマシンで実行しようとすると失敗します。これは、環境の違いによるものです。異なるオペレーティングシステム、インストールされたソフトウェアのバージョン、または設定の違いが原因となります。

コンテナはこの問題を解決します。アプリケーションとその依存関係（ライブラリ、フレームワーク、構成ファイルなど）を1つの標準化された単位にパッケージ化します。これにより、アプリケーションがどこに展開されても（ノートパソコン、サーバー、クラウドなど）、同じように実行されることが保証されます。

コンテナの主な特徴：

  • 軽量：コンテナはホストシステムのカーネルを共有します。これは、独自のOSインスタンスを必要とする仮想マシン（VM）とは異なり、より高速で効率的です。

  • ポータブル: 一度構築されると、コンテナはさまざまな環境で一貫して動作します。

  • 分離型: コンテナは分離されたプロセスで実行されるため、同じシステムで実行されている他のアプリケーションに干渉しません。

Dockerとは？

コンテナについて理解したところで、コンテナを主流にしたプラットフォームであるDockerについて話しましょう。

Dockerは、コンテナを作成、管理、展開するプロセスを簡素化するために設計されたオープンソースツールです。2013年に登場したDockerは、その使いやすさ、コミュニティのサポート、強力なツールエコシステムにより、コンテナ化のための標準的なソリューションとして急速に普及しました。

Dockerの主要概念

  1. Dockerイメージ: Dockerイメージはコンテナの設計図のようなものです。アプリケーションを実行するために必要なコード、ライブラリ、システム依存関係など、すべてが含まれています。イメージはDockerfileに書かれた一連の指示から構築されます。

  2. Dockerコンテナ: コンテナはDockerイメージの実行中のインスタンスです。コンテナを作成して起動すると、Dockerはそのイメージをアプリケーションが実行できる独立した環境に展開します。

  3. Dockerfile: これはDockerイメージを作成するために必要な手順が記載されたテキストファイルです。コンテナがどのように見えるか、ベースイメージ、アプリケーションコード、および追加の依存関係を定義する場所です。

  4. Docker Hub: Docker Hubは開発者が事前に構築されたイメージを共有およびアクセスできるパブリックレジストリです。一般的なアプリケーションやテクノロジースタックで作業している場合、すでにDocker Hubに利用可能なイメージがある可能性があり、時間を節約できます。

  5. Docker Compose: 複数のコンテナが必要なアプリケーション（たとえば、Webサーバーとデータベース）に対して、Docker ComposeはシンプルなYAMLファイルを使用して複数コンテナ環境を定義および管理することを可能にします。

なぜDockerか？

Dockerの人気は、開発者が今日直面するさまざまな課題を解決する能力に由来しています。

  • 環境を一貫させる：開発者は「一度ビルドすればどこでも実行できる」ことができ、同じアプリケーションがローカル開発から本番まで異なる環境で同じように機能することを保証できます。

  • 高速：Dockerコンテナは素早く起動および停止できるため、テストや展開のパイプラインに理想的です。

  • リソースの効率的な利用：コンテナは仮想マシンよりもホストシステムのリソースを効果的に共有するため、オーバーヘッドを削減し、展開時の密度を高めることができます。

  • アプリケーションのバージョン管理: Dockerを使用すると、コードだけでなくコードが実行される環境もバージョン管理できます。これは特に以前のバージョンに戻ったり、本番環境での問題のデバッグに役立ちます。

Dockerのアーキテクチャ

Dockerを初めて使用するときは、それが「うまく機能する」ボックスとして扱うかもしれません。それはスタートするのには問題ありませんが、Dockerのアーキテクチャをより深く理解することで、問題のトラブルシューティング、パフォーマンスの最適化、コンテナ化戦略についての的確な判断ができるようになります。

Dockerのアーキテクチャは効率性、柔軟性、拡張性を確保するよう設計されています。複数のコンポーネントで構成され、これらが連携してコンテナを作成、管理、実行します。それぞれのコンポーネントを詳しく見ていきましょう。

Dockerのアーキテクチャ: 主要なコンポーネント

Dockerのアーキテクチャは、以下のコンポーネントを含むクライアントサーバーモデルを中心に構築されています。

  • Dockerクライアント

  • Dockerデーモン（dockerd）

  • Docker エンジン

  • Docker イメージ

  • Docker コンテナ

  • Docker レジストリ

1. Docker クライアント

Docker クライアントは、ユーザーが Docker と対話する主要な方法です。これは、REST API を使用して Docker デーモンに命令を送信するコマンドラインツールです。 docker build、docker pull、docker runなどのコマンドは、Docker クライアントから実行されます。

docker run nginxのようなコマンドを入力すると、Docker クライアントがそれを Docker デーモンが理解して処理できるリクエストに変換します。基本的に、Docker クライアントは、Docker のより複雑なバックエンドコンポーネントと対話するためのフロントエンドとして機能します。

2. Docker デーモン（dockerd）

Docker デーモン、別名dockerdは、Docker 全体の中枢部です。これは、Docker クライアントからのリクエストを待ち受け、コンテナ、イメージ、ネットワーク、ボリュームなどの Docker オブジェクトを管理するバックグラウンドプロセスです。

以下は、Docker デーモンが担当することです

  • コンテナの構築と実行：クライアントがコンテナを実行するためのコマンドを送信すると、デーモンはイメージを取得し、コンテナを作成して起動します。

  • Dockerリソースの管理: デーモンはネットワーク構成やボリューム管理などのタスクを処理します。

  • Dockerデーモンはホストマシンで実行され、REST API、Unixソケット、またはネットワークインターフェースを使用してDockerクライアントと通信します。また、コンテナランタイムとのやり取りも行います。コンテナランタイムは実際のコンテナの実行を処理します。

3. Docker Engine

Docker EngineはDockerの中核部分です。クライアント、デーモン、およびコンテナランタイムを組み合わせてプラットフォーム全体を機能させます。Docker EngineはLinux、Windows、macOSなどさまざまなオペレーティングシステムで実行できます。

Docker Engineには2つのバージョンがあります。

  • Docker CE（Community Edition）: これは個人や小規模プロジェクトで広く使用されている無料のオープンソースバージョンです。

  • Docker EE（Enterprise Edition）: 有料のエンタープライズレベルのDockerバージョンで、強化されたセキュリティ、サポート、認証などの追加機能が付属しています。

Docker Engineは、コンテナのオーケストレーションの複雑さを簡素化し、コンテナの構築、実行、管理に必要なさまざまなコンポーネントを統合します。

4. Dockerイメージ

Dockerイメージは、アプリケーションの実行に必要なすべてのもの（コード、ライブラリ、依存関係、構成）が含まれる読み取り専用のテンプレートです。イメージはコンテナの構築ブロックです。コンテナを実行すると、基本的にはDockerイメージの上に書き込み可能なレイヤーが作成されます。

Dockerイメージは通常、Dockerfileから構築されます。Dockerfileは、イメージの構築方法に関する命令が記載されたテキストファイルです。たとえば、基本的なDockerfileは、nginxやubuntuなどのベースイメージから始まり、ファイルのコピー、依存関係のインストール、環境変数の設定などの命令が含まれることがあります。

以下は、Dockerfileの簡単な例です

dockerfileCopy codeFROM nginx:latest
COPY ./html /usr/share/nginx/html
EXPOSE 80

この例では、公式のNginxイメージをベースとして使用し、ローカルのHTMLファイルをコンテナのWebディレクトリにコピーしています。

イメージが構築されたら、Docker Registryに保存して他の人と共有できます。

5. Dockerコンテナ

Dockerコンテナは、Dockerイメージの実行中のインスタンスです。軽量で他のコンテナから隔離されていますが、ホストオペレーティングシステムのカーネルを共有しています。各コンテナには独自のファイルシステム、メモリ、CPU割り当て、ネットワーク設定があり、これによりポータブルで再現可能になります。

コンテナは作成、起動、停止、破棄が可能であり、再起動間も持続させることもできます。コンテナはイメージに基づいているため、どこで実行されてもアプリケーションの動作が同じであることが保証されます。

Dockerコンテナのいくつかの主な特性：

  • 隔離：コンテナはお互いやホストから隔離されていますが、依然として同じOSカーネルを共有しています。

  • 携帯性：コンテナはローカルマシン、仮想マシン、またはクラウドプロバイダーなど、どこでも実行できます。

6. Dockerレジストリ

DockerレジストリはDockerイメージが保存および配布される中央集権的な場所です。最も人気のあるレジストリはDocker Hubであり、数百万のパブリックイメージがホストされています。組織は独自のイメージを安全に保存および配布するためにプライベートレジストリを設定することもできます。

Dockerレジストリにはいくつかの主要な機能が備わっています：

  • イメージのバージョニング：イメージはタグを使用してバージョン管理されており、アプリケーションの異なるバージョンを管理しやすくしています。

  • アクセス制御: レジストリは公開または非公開で、役割ベースのアクセス制御を使用して、誰がイメージをプルまたはプッシュできるかを管理します。

  • 配布: イメージはレジストリからプルされ、どこにでもデプロイできるため、コンテナ化されたアプリケーションを簡単に共有および再利用できます。

Dockerのコンテナランタイム: containerd

Dockerのアーキテクチャにおける最近の重要な進展は、containerdの使用です。Dockerは以前は独自のコンテナランタイムを持っていましたが、現在は業界標準に従ったコンテナランタイムであり、Kubernetesなどの他のプラットフォームでも使用されているcontainerdを使用しています。

  1. containerdは以下を担当します

    • コンテナの起動と停止

    • コンテナのストレージとネットワーキングの管理

    • レジストリからのコンテナイメージのプル

Dockerの高レベル機能からコンテナランタイムを分離することで、Dockerはよりモジュラー化され、他のツールがcontainerdを使用できるようになりました。一方で、Dockerはユーザー向けの機能に注力しています。

Dockerを使用してシンプルなコンテナを作成する方法

Linuxイメージをプルする

Docker Hubからalpineイメージをプルすることから始めます。alpineイメージは、軽量で高速な最小限のLinuxディストリビューションです。

次のコマンドを実行します:

docker pull alpine

これにより、alpineイメージがローカルシステムにダウンロードされます。

コンテナを実行する

alpineイメージを使用してコンテナを作成し開始します。また、コンテナ内でターミナルセッションを開始します。

docker run -it alpine /bin/sh

各オプションの意味は次の通りです:

  • docker run: 新しいコンテナを作成し開始します。

  • -it: コンテナと対話できるようにします（インタラクティブモード + ターミナル）。

  • alpine: 使用するイメージを指定します。

  • /bin/sh: コンテナ内で実行するコマンドを指定します（この場合はシェルセッション）。

コンテナの探索

コンテナが実行されると、次のようなシェルプロンプトが表示されます

/ #

これはAlpine Linuxコンテナ内にいることを示しています。これでLinuxコマンドを実行できます。例：

現在のディレクトリを確認：

pwd

ディレクトリ内のファイルをリストアップ：

ls

出力：Alpineは軽量なイメージなので、最小限のディレクトリ構造が表示されます。

パッケージをインストールすることもできます（Alpineはパッケージマネージャとしてapkを使用します）：

apk add curl

コンテナから退出

探索が終了したら、セッションを閉じてコンテナを停止するにはexitと入力してください

bashCopy codeexit

停止した後にコンテナにアクセスする

停止した後に再度コンテナにアクセスしたい場合は、次のコマンドを使用してすべてのコンテナ（停止したものも含む）をリストアップできます：

docker ps -a

コンテナのIDとステータスが表示され、停止したコンテナを起動できます：

docker start <container-id>

このコマンドを使用してコンテナのシェルにアタッチできます：

docker exec -it <container-id> /bin/sh

コンテナが不要になった場合は、削除できます

  1. コンテナを停止する（まだ実行中の場合）：

    docker stop <container-id>

  2. コンテナを削除します:

     docker rm <container-id>

Dockerコマンドの要点

コマンド 説明
docker pull alpine Alpine Linuxイメージをダウンロードします。
docker run -it alpine /bin/sh インタラクティブなコンテナを作成して起動します。
docker ps -a すべてのコンテナ（実行中および停止中）をリストします。
docker start <container-id> 停止中のコンテナを起動します。
docker exec -it <container-id> 実行中のコンテナにアタッチします。
docker stop <container-id> 実行中のコンテナを停止します。
docker rm <container-id> 停止中のコンテナを削除します。

まとめ

基本的な理解ができたので、知識を活用する時が来ました。Dockerで実験を始め、最初のコンテナを構築し、その広大なエコシステムを探索してみてください。

Dockerが現代のDevOpsやソフトウェアエンジニアリングの基盤となっている理由がすぐにわかるでしょう。

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