Dockerとは?コンテナ技術で開発・運用のワークロードを簡素化する完全ガイド

2013年に登場したDockerは、以来IT業界全体に大きな話題を巻き起こしてきました。Dockerが提供するコンテナ技術ベースのソリューションは、IT運用の在り方を根本から変えつつあります。

本記事では、現在のDevOpsパイプラインにおいて最も注目されている技術のひとつであるDockerについて、その仕組みやメリットをわかりやすく解説します。

Dockerが注目される理由

想像してみてください。自分の開発マシンでは完璧に動作していたアプリケーションが、QA環境や本番環境にデプロイした途端、動かなくなったら――。多くの開発者が経験したことのあるこの問題の背景には、「環境の違い」による依存関係のズレがあります。

大手企業はコンテナ技術を活用してビジネスを展開しており、毎週20億を超えるコンテナをデータセンターにデプロイしています。これは、継続的インテグレーション(CI)、継続的デリバリー(CD)、移植性、スケーラビリティを実現するためです。

Dockerがこれほど語られるようになったのは、「どんな言語で、どんなスタックを使って構築されたアプリケーションでも、どこでも、何の上でも実行できる」からです。冒頭の例のように、開発環境では動作していたのに別の環境では応答しなくなるという課題に対し、Dockerはアプリケーションを自己完結型のコンテナとしてパッケージ化し、ほぼあらゆる環境で実行できるようにすることで、この問題を見事に解決します。

この技術は今まさにホットな存在であり、今後のソフトウェア開発において重要な役割を果たしていくことは間違いありません。

Dockerとは?

Dockerはオープンソースのコンテナベース技術です。アプリケーションを、それが動作する基盤となるOSから分離します。これはまさに、仮想マシン(VM)がOSをその下にあるハードウェアから分離したのと同じ発想です。

さらに言えば、Dockerを使えば異なるアプリケーションを異なるマシンやホスト上で構築・実行し、効率的かつ効果的に相互通信させることが可能になります。

従来の業界標準ではソフトウェアの実行に仮想マシン(VM)が使われてきましたが、今日ではコンテナがIT業界で勢いを増し、開発者の負担を軽減しています。その理由は何でしょうか?

Dockerはオープンソースプロジェクトであり、コードとその設定ファイルや依存関係を「コンテナ」というコンパクトなパッケージにまとめて蓄積・保管できます。これにより、1台のサーバー上で複数のアプリケーションを簡単に作成、デプロイ、実行できるのです。

仮想マシン(VM)とは?

仮想マシンは、RAMやCPUなどを備えたコンピュータシステムをソフトウェア的に模倣したものです。物理コンピュータと同じような特性を持つだけでなく、その上で異なるOSやアプリケーションを実行できます。仮想マシンの設定やリソースは、ホストシステムの物理リソースによって支えられています。仮想マシンは「ゲスト」とも呼ばれ、その上で動作するOSは「ゲストOS」、仮想マシンが稼働する側のシステムは「ホストシステム」と呼ばれます。

Dockerコンテナとは?

Dockerの仕組みを理解する前に、まずコンテナについて明確にしておきましょう。コンテナとは簡単に言えば、「ソフトウェアをあるコンピューティング環境から別の環境へ移動しても確実に動作させる」という課題に対するソリューションです。

コンテナには、アプリケーション本体、依存ライブラリ、バイナリ、その他の実行に必要な設定ファイルがすべて含まれています。すべてが1つのパッケージにまとめられているため、開発者はアプリケーションがどんな環境でも動くことを安心して保証できます。

Dockerコンテナを使えば、サーバー上でのアプリケーション実行プロセスが非常にシンプルになります。コンテナはアプリケーションの一部単位で動作できるため、修復やアップデートが必要な場合でも、アプリ全体を停止させることなく、該当部分だけを個別に作業できます。これにより、デプロイにかかる時間を数秒まで短縮することが可能です。

Dockerと仮想マシンの比較

Dockerコンテナと仮想マシンはどちらも、隔離性とリソース割り当てという点で類似した利点を持っています。しかし、両者は仕組みが異なり、それぞれ固有の強みを持っています。ここでは、それぞれのユースケースと優位性を比較してみましょう。

• 使いやすさ: VMはフルグラフィカルインターフェースを備えた完全なOSの操作感を提供し、関連ツールへのアクセスも容易です。一方、Dockerはエコシステムがやや複雑で、コマンドラインインターフェース(CLI)への慣れが必要です。
• リソース効率: Dockerコンテナはハードウェアハイパーバイザーを必要とせず、Dockerエンジン自体がハイパーバイザーの役割を果たし、その上で複数のコンテナを実行できます。VMと比べて必要なリソースがはるかに少なくて済みます。
• 起動速度とサイズ: DockerコンテナはVMよりもはるかに小さく軽量で高速です。VMの起動には相当な時間がかかりますが、コンテナはコンテナイメージから数ミリ秒〜数秒で起動できます。
• ポータビリティ: オープンソースのDockerコンテナは開発パイプラインでの移植性に優れており、コンパクトで持ち運びやすい特性から、チームメンバー間での共有や並行開発が容易です。
• 共存関係: Dockerはその俊敏性、速度、効率性から、大企業におけるVMの利用を減少させています。ただし、VMがいつか消滅すると考えるのは誤りで、むしろDockerと並行して活用されていくでしょう。

Dockerのワークフロー

Docker技術の背後にある考え方は、実際の動作を見るのが最も理解しやすいものです。ここでは、最も信頼性の高いプラットフォームであるDocker Hubを使って説明します。

Dockerの始め方

• Docker Hub(https://hub.docker.com/)にアクセスします。
• トップページで、無料のDocker IDを作成するか、さまざまなDockerイメージを探索して、ニーズに合った軽量パッケージをプル(pull)することができます。

Dockerイメージ

Dockerイメージはコンテナを起動するためのテンプレートです。独自のカスタムイメージを作成することもでき、軽量であるため再利用性が高く、ディスク使用量も抑えられます。

Dockerコンテナ

Docker HubからDockerイメージをプルすることでコンテナを起動します。要件に応じて、異なるアプリケーションを異なるコンテナにパッケージングできます。

Docker Hubには公開Dockerコンテンツを探索できるDocker Storeがあり、人気のコンテナ、プラグイン、各種Dockerエディションを見つけることができます。

Dockerリポジトリ

Dockerリポジトリを使うと、イメージを一元管理できます。リポジトリには公開(public)と非公開(private)の2種類があります。公開リポジトリはDockerビルドコミュニティの全員と共有でき、非公開リポジトリは同僚と共有して並行開発に活用できます。

公開・非公開の切り替えや削除は、設定(Settings)メニューから行えます。

Dockerfile

Dockerfileは、コンテナがどのように構築されるかについての命令とコマンドを記述したテキスト文書です。DockerエンジンがこのDockerfileを読み込み、記載された指示に従ってコンテナをビルドします。

Dockerを活用する8つのメリット

ここからは、Dockerの主要なメリットを掘り下げ、なぜ大企業がDockerの採用を重視するのかを理解していきましょう。

1. 隔離された開発環境

Dockerはすべてのアプリケーションとリソースに独立した環境を提供します。各コンテナは互いに隔離された独自のリソースを持ちます。不要になったコンテナを削除すれば、そのリソースは解放され、他のコンテナに再割り当て可能です。コンテナ削除時には、ホストファイルや設定ファイルもクリーンに除去されます。

各アプリケーションは完全に分離されたスタック上で動作する専用コンテナを持ち、Dockerがリソースを割り当てることで、各アプリケーションは割り当てられたリソースのみを使用するよう制御されます。これにより、パフォーマンス低下を防ぎ、すべてのアプリケーションの稼働率を維持できます。

2. 高速なデプロイ

コンテナ化プラットフォームでは、OSの起動が不要になるため、デプロイ時間を数秒に短縮できます。最小限のリソースで高度に移植性の高いワークロードを管理でき、ローカルシステム、データセンター内の仮想マシン、クラウドサーバー、さらにはそれらを組み合わせたハイブリッド環境でも動的に実行できます。

3. 迅速な開発と一貫したデリバリー

Dockerは内部設定や依存関係をすべて自動的に処理するため、開発プロセス全体を通じて手作業による介入を大幅に減らせます。また、アプリケーション間の隔離を提供するだけでなく、それらの有効な統合も実現します。継続的インテグレーション(CI)により、アプリケーションの一貫したデリバリーが可能になります。

4. 継続的なテストとバージョン管理

コンテナベースのプラットフォームは、本番環境からテスト・QA環境まで均質な環境を提供します。本番用のコンテナはテストチームでもそのまま利用できるため、組織内の複数チームが並行して作業する際にも継続的なテストが実現します。

具体例を挙げましょう。

• 開発者が自身の環境でコードを開発し、テスト・QAチームへコンテナを配布します。
• テストチームがコンテナをプルし、不具合を発見します。
• バグを修正し、検証・バリデーションテストを実施します。
• テスト完了後、同じイメージを本番環境へプッシュし直します。

また、コンテナプラットフォームの重要な利点のひとつがバージョン管理です。コンテナは内部のすべてのファイルやファイル群への変更を追跡するため、後から特定のバージョンを呼び出せます。

これにより、リリースサイクル中の製品アップグレードが必要になった場合も、Dockerコンテナに変更を加えてテストし、既存のコンテナへ適用できます。万が一アップグレードで環境が壊れても、以前のバージョンへ簡単にロールバックできます。

5. アプリごとの専用ハードウェアが不要

Dockerコンテナは、ハイパーバイザーベースの仮想マシンよりも軽量で高速な代替手段です。仮想マシンがVirtualBoxなどのハイパーバイザーを必要とするのに対し、複数のコンテナは1つのDockerエンジン上でハイパーバイザーなしでホストできます。

コンテナは、リソースの限られた中小規模のデプロイメントにとって優れた選択肢となります。

6. マルチプラットフォーム対応

Dockerのオープンソースコンテナは高い移植性を備えています。Amazon Web Services(AWS)、Google Cloud Platform(GCP)、Microsoft Azure、OpenStackなど、主要クラウドプロバイダーのほぼすべてが、Dockerサポートを組み込み機能として提供しています。

Dockerは当初Linux向けでしたが、2016年秋以降Windowsにも対応しました。Windows対応後すぐに、開発者向けツール、API、イメージ形式がLinuxとWindowsの両方に汎用化され、異種混在環境での開発が可能になりました。

7. 大規模組織にとってのコスト効率

投資対効果(ROI)は、確立された企業にとって最も重要な経営原則のひとつです。最適なソリューションとは、コストを下げながら利益を上げられるものです。組織が大きくなるほど、本番環境にはより多くのインフラリソースが必要になります。

Dockerは本番環境に必要なインフラリソースを削減することでコスト効率を実現します。サーバーコストや保守要員の人件費も削減でき、組織が長期間にわたって安定した収益を生み出すことを支援します。

8. セキュリティと信頼性

Dockerのオープンソースコンテナは互いに隔離されているため、トラフィックフローと管理をユーザーが完全に制御できます。あるコンテナが、別のコンテナ上で動作するプロセスを覗き見ることはできません。

デフォルトのセキュリティ機構に加えて、市場にはさまざまなセキュリティツールやプラグインが提供されています。たとえばClairのようなイメージスキャナーは、Dockerレジストリ内のコンテナイメージを保護するために活用されています。

仮想化への移行は企業業界で急速に広がっています。仮想環境への移行には一定のデメリットもあるかもしれませんが、コスト削減から事業継続性の維持まで、数多くのメリットをもたらします。Dockerは、この仮想化の流れを牽引する先駆的な発明のひとつなのです。