Docker

1. Dockerはアプリケーションのデプロイとスケーリングを革新する

Dockerは、過去10年間で最も有効な技術の中心に位置しています。

デプロイの簡素化。 Dockerは、開発者がアプリケーションとそのすべての依存関係をコンテナと呼ばれる標準化された単位にパッケージ化することを可能にします。このアプローチはデプロイプロセスを劇的に簡素化し、異なる環境間での一貫性を確保します。

スケーラビリティの向上。 基盤となるインフラストラクチャを抽象化することで、Dockerはアプリケーションを水平に簡単にスケールすることを可能にします。需要に応じてコンテナを迅速に起動または停止でき、リソースの効率的な利用が可能になります。

DevOpsの促進。 Dockerは、開発チームと運用チームの間のギャップを埋める共通の言語とツールセットを提供します。これにより、アプリケーションライフサイクル全体でのコラボレーションとワークフローがスムーズになります。

2. コンテナは軽量でポータブルかつ効率的な仮想化を提供する

コンテナは、すべてのコンテナが単一のカーネルを共有し、その単一のカーネル内で完全に分離が実装されるという根本的に異なるアプローチです。

リソース効率。 コンテナはホストシステムのカーネルを共有するため、従来の仮想マシンよりもはるかに軽量です。これにより、単一のホスト上でのアプリケーションの高密度化と迅速な起動が可能になります。

ポータビリティ。 Dockerコンテナはアプリケーションとその依存関係をカプセル化し、異なる環境間での一貫した動作を保証します。この「一度ビルドしてどこでも実行」アプローチは、開発とデプロイのワークフローを簡素化します。

分離。 仮想マシンと同じレベルの分離を提供するわけではありませんが、コンテナはほとんどのユースケースに対して十分な分離を提供します。Linuxカーネルの機能である名前空間やcgroupsを利用して、アプリケーションのための分離された環境を作成します。

3. Dockerのアーキテクチャ: クライアント、サーバー、レジストリ

Dockerは少なくとも2つの部分から成り立っています: クライアントとサーバー/デーモン（図2-3参照）。オプションで、Dockerイメージとそのメタデータを保存するレジストリという第3のコンポーネントがあります。

クライアント-サーバーモデル。 Dockerはクライアント-サーバーアーキテクチャを使用し、DockerクライアントがDockerデーモンと通信し、コンテナのビルド、実行、配布を処理します。

Dockerレジストリ。 レジストリはDockerイメージを保存し配布するための集中型リポジトリです。Docker HubはDockerが管理する公開レジストリですが、組織はプライベートレジストリを設定することもできます。

コンポーネントの相互作用:

• Dockerクライアント: Dockerデーモンにコマンドを送信
• Dockerデーモン: Dockerオブジェクト（イメージ、コンテナ、ネットワーク、ボリューム）を管理
• Dockerレジストリ: Dockerイメージを保存

4. Dockerイメージとコンテナの構築と管理

コンテナは通常使い捨てとして設計されていますが、標準的なテストではすべての問題を回避できないことがあり、実行中のコンテナをデバッグするためのツールが必要になることがあります。

イメージの作成。 DockerイメージはDockerfileを使用してビルドされ、イメージを作成するための一連の指示が含まれています。各指示は新しいレイヤーを作成し、効率的なストレージとイメージの転送を可能にします。

コンテナのライフサイクル:

• 作成: docker create
• 開始: docker start
• 実行: docker run（作成と開始を組み合わせる）
• 停止: docker stop
• 削除: docker rm

デバッグツール:

• docker logs: コンテナのログを表示
• docker exec: 実行中のコンテナ内でコマンドを実行
• docker inspect: Dockerオブジェクトの詳細情報を取得

5. Docker環境におけるネットワークとストレージ

Dockerは未使用のRFC 1918プライベートサブネットブロックからプライベートサブネットを割り当てます。起動時に未使用のネットワークブロックを検出し、仮想ネットワークに割り当てます。

ネットワーキングモデル:

• ブリッジ: デフォルトのネットワークドライバーで、コンテナ用のプライベートネットワークを作成
• ホスト: ネットワークの分離を解除し、ホストのネットワークを直接使用
• オーバーレイ: 複数のDockerホスト間でのコンテナ間通信を可能にする
• Macvlan: コンテナにMACアドレスを割り当て、ネットワーク上で物理デバイスとして表示

ストレージオプション:

• ボリューム: 永続データのための推奨メカニズムで、Dockerによって管理
• バインドマウント: ホストのファイルまたはディレクトリをコンテナにマップ
• tmpfsマウント: ホストのメモリに一時的にデータを保存

6. Dockerコンテナのデバッグと監視

上記のようにコンテナを停止したいときもありますが、コンテナにしばらく何もさせたくないときもあります。

デバッグ技術:

• docker logs: コンテナの出力を表示
• docker exec: 実行中のコンテナ内でコマンドを実行
• docker inspect: コンテナの詳細情報を取得
• docker stats: コンテナのリソース使用状況をリアルタイムで監視

監視ツール:

• cAdvisor: リソース使用量とパフォーマンスデータを提供
• Prometheus: コンテナからメトリクスを収集し保存
• Grafana: コンテナのメトリクスを視覚化しダッシュボードを作成

7. オーケストレーションツールでDockerをスケーリング

おそらくこの分野で最初に公開されたツールはCoreOSのFleetで、ホスト上のsystemdと連携して分散型initシステムとして機能します。

オーケストレーションプラットフォーム:

• Docker Swarm: Dockerのネイティブクラスタリング
• Kubernetes: オープンソースのコンテナオーケストレーションプラットフォーム
• Apache Mesos: Dockerコンテナを実行できる分散システムカーネル

主な機能:

• サービスディスカバリー
• ロードバランシング
• スケーリング
• ローリングアップデート
• 自己修復

8. Dockerデプロイメントのセキュリティ考慮事項

特権を持って実行されるデーモンであり、アプリケーションを直接制御するため、Dockerをインターネットに直接公開するのは良い考えではありません。

セキュリティのベストプラクティス:

• 非rootユーザーとしてコンテナを実行
• 攻撃面を減らすために最小限のベースイメージを使用
• ネットワークセグメンテーションを実装
• Dockerとコンテナイメージを定期的に更新およびパッチ適用
• Docker Content Trustを使用してイメージの署名と検証

セキュリティツール:

• AppArmor/SELinux: 強制アクセス制御システム
• Docker Bench Security: 自動セキュリティ評価ツール
• Clair: コンテナのためのオープンソース脆弱性スキャナー

9. 本番環境対応のDockerプラットフォームの設計

単にDockerを環境にデプロイするのではなく、Dockerの上にうまく設計されたコンテナプラットフォームを構築する時間をかければ、Dockerベースのワークフローの多くの利点を享受しつつ、通常このような高速度プロジェクトに存在する鋭い露出エッジから自分を守ることができます。

重要な考慮事項:

• 高可用性とフォールトトレランス
• スケーラビリティとパフォーマンス
• 監視とログ記録
• バックアップと災害復旧
• 継続的インテグレーションとデプロイメント（CI/CD）

ベストプラクティス:

• 大規模デプロイメントの管理にはオーケストレーションツールを使用
• 適切なログ記録と監視ソリューションを実装
• コンテナビルドとデプロイメントのための堅牢なCI/CDパイプラインを開発
• Dockerインフラストラクチャを定期的にテストし更新

10. コンテナ化されたアプリケーションのためのTwelve-Factor Appメソッド

必須ではありませんが、これら12のステップを念頭に置いて構築されたアプリケーションは、Dockerワークフローに理想的な候補です。

主要な原則:

1. コードベース: リビジョン管理で追跡された1つのコードベース、多くのデプロイ
2. 依存関係: 明示的に宣言し、依存関係を分離
3. 設定: 環境に設定を保存
4. バッキングサービス: バッキングサービスをアタッチされたリソースとして扱う
5. ビルド、リリース、実行: ビルドと実行ステージを厳密に分離
6. プロセス: アプリを1つ以上のステートレスプロセスとして実行
7. ポートバインディング: ポートバインディングを介してサービスをエクスポート
8. 並行性: プロセスモデルを介してスケールアウト
9. 使い捨て性: 高速な起動と優雅なシャットダウンで堅牢性を最大化
10. 開発/本番のパリティ: 開発、ステージング、本番をできるだけ似せる
11. ログ: ログをイベントストリームとして扱う
12. 管理プロセス: 管理/管理タスクを一度限りのプロセスとして実行

Dockerアプリケーションの利点:

• スケーラビリティと保守性の向上
• デプロイと運用の容易化
• クラウドネイティブアーキテクチャとのより良い整合性

最終更新日: September 8, 2024