DevOps におけるコンテナ化: 知っておくべきことすべて

コンテナー化により、企業はオペレーティング システムを仮想化し、コンテナーと呼ばれる分離された領域にアプリケーションをインストールできます。

コンテナー化は、アプリケーションを作成する最新の方法です。

レガシ システムとそのアーキテクチャが、人々が「私のコードが機能しない。 何故かはわからない！ コードは機能しますが、理由がわかりません!」

アプリケーションが成長するにつれて、アプリケーションの定義は単なるコード片から、一連のコード、バイナリ、構成、および実行環境へと変化しました。

私たちが以前の時代に頻繁にあった状況を想像してみてください。 ラップトップで、開発者は Java 8 コードを開発しました。 同じコードが Web サーバー/VM では機能しませんでした。 トラブルシューティングを重ねた結果、サーバーの Java バージョンが JDK11 であることが判明しました。

混乱している？

コードは同じままでしたが、コードをサポートするソフトウェアの構成が異なっていました。 ちょっとしたことが原因で、開発者は大変なことになりました。 Linux から Windows OS にコードを転送する際にも同じことが言えます。

レガシー システムの管理オーバーヘッド、スケーラビリティ、および費用対効果の低さから、クラウド コンピューティングが採用されました。このクラウド コンピューティングでは、さまざまなクラウド プロバイダーが提供する VM でワークロードがホストされていました。 それは仮想化に他なりません。

簡単に言えば、仮想化は、クラウド プロバイダー/データ センターによって提供される単一のサーバー/VM 上の複数のオペレーティング システム (OS) です。 仮想化は、物理的なハードウェアを必要とせず、内部に何があるかを知る必要もなく、アプリケーションを分離します。

しかし、このアーキテクチャも時の試練に耐えられず、コンテナ化が行われました。

コンテナー化は、オペレーティング システムをチャンクに分割することに重点を置いており、OS を持つことでより効率的に使用できます。 これは、VM で実行されているオペレーティング システムやハードウェアを気にすることなく、アプリケーション コードを実行する小さなミニ環境です。

それでは、コンテナ化について詳しく説明しましょう。

コンテナ化とは？

コンテナー化は、オペレーティング システムの仮想化の一種であり、アプリケーションのすべてのコンポーネント (実行されるオペレーティング システムとも呼ばれる) がコンテナーと呼ばれる VM 上の分離されたスペースにパッケージ化されます。 これらのコンテナーの基盤となるオペレーティング システムは同じですが、構成の一部として独自のオペレーティング システムがあります。

コンテナは大規模で重いシステムではありません。 代わりに、小型で持ち運び可能で、実行やセットアップが簡単です。 開発者がアプリをコンテナー化すると、コンテナーはホスト オペレーティング システムから分離され、軽量の仮想マシンのようにシステムのリソースへのアクセスが制限されます。 コンテナー化されたアプリケーションは、ベア メタル、クラウド、VM などのさまざまなインフラストラクチャで、書き換える必要なく実行できます。

コンテナ化技術はどのように機能しますか?

コンテナー化は、アプリケーションが必要とするすべての要素を単一の仮想ユニットに入れることによって機能します。

コンテナ化により、開発者はアプリケーション コードをその構成ファイル、依存関係、およびライブラリとバンドルできます。 その単一のソフトウェア パッケージ (コンテナー) をホスト OS から分離します。 パッケージングにより、コンテナーはスタンドアロンになり、移植可能になるため、どのプラットフォームやクラウドでも問題なく実行できます。 レゴ ボードの小さなレゴ ピースと考えてください。

ただし、コンテナーは、仮想化されたハードウェアまたはカーネル リソースを直接使用しません。 コンテナーは、VM で実行されているオペレーティング システムを気にしたり、気にしたりしません。

代わりに、コンテナーは、コンテナーを処理し、基盤となるリソースを隠すように特別に設計されたプラットフォームの「上」で実行されます。 コンテナーは、アプリケーションの最も重要なコンポーネントと依存関係のみを構成するため、速度とサイズの点で、仮想マシンやベア メタル サーバーなどの代替手段よりも優れています。 また、関連する問題に対処することなく、さまざまなコンテキストで同じアプリケーションを実行できます。

コンテナ化と仮想化

アプリケーションのライフサイクルに精通していない人は、Docker などのソフトウェアが作成するコンテナー化と、従来のサーバー仮想化 (HyperV や VMware ESXi などのハイパーバイザーが可能にするもの) の違いを常に理解しているとは限りません。 ただし、違いは次のとおりです。

サーバー仮想化では、ハードウェアは隠され、オペレーティング システムはその上で実行されます。 コンテナー化は、オペレーティング システム上でアプリを実行する方法です。 仮想化は基盤となるホスト オペレーティング システムに依存しますが、十分なリソースがない限り、ハードウェアについて心配する必要はありません。 相違点の完全なリストを次に示します。

コンテナ化のレイヤー

ハードウェア インフラストラクチャ:各アプリケーションの基盤は、生産的に使用できる有形のリソースの集まりです。 コンテナーが正しく機能するには、これらのリソースが存在する必要があります。 それらはラップトップで実行されているか、クラウドに接続された多くのデータ センターの 1 つで実行されている可能性があります。

ホスト オペレーティング システム:ハードウェア レイヤーの次は、ホスト オペレーティング システムです。 ハードウェア レイヤーと同様に、これは任意のパーソナル コンピューターに Windows または *nix をインストールするのと同じくらい簡単な場合もあれば、クラウド サービス プロバイダーによって完全に処理される場合もあります。

コンテナー エンジン: コンテナー エンジンは、ここからエキサイティングな展開が始まります。 コンテナー エンジンは、ホスト オペレーティング システムの上にインストールされるソフトウェアであり、コンテナー化されたアプリケーションに必要なリソースの仮想化を担当します。

このレイヤーは、コンピューター上で Docker を実行する場合に最も把握しやすいレイヤーです。 このレイヤーは、コンテナーが稼働中であることを保証し、そのライフサイクル全体を管理します。

コンテナー:コンテナー化されたアプリは、アプリの実行に必要なすべてのライブラリ、バイナリ、および構成設定を含むコードのビットです。 コンテナーは、Docker コンテナーとも呼ばれます。 コンテナ化されたアプリケーションは、オペレーティング システムのカーネルとは異なる「ユーザー空間」でプロセスとして動作します。

コンテナ化の利点

移植性: ある環境 (ステージングなど) ではアプリケーションがうまく機能するが、別の環境ではうまく機能しないことに不満を言う人がいます。 これは DevOps のジレンマです。 通常、問題は環境の違いです。 依存関係が更新された可能性があります。 コンテナー化により、依存関係を含む同じコンテナー イメージをどこでも実行できます。

Fast : コンテナーは、仮想マシンまたはベア メタル サーバーよりも高速に起動します。 リソースとアプリのサイズにもよりますが、コンテナは数秒で起動しますが、仮想マシンは数分かかります。

リソース効率: コンテナーにはアプリ固有のファイルのみが含まれるため、コンテナーは仮想マシンよりも効率的です。 仮想マシンはギガバイトですが、コンテナーはメガバイトです。 コンテナーを使用すると、チームはサーバー リソースを効率的に使用できます。

展開と開発のシンプルさ: ポータブル コンテナーはどこでも使用できます。 コンテナー化されたアプリは、高速で小さく、デプロイが簡単です。

コンテナー化により、チームは同じイメージをローカルと本番環境で構築できます。 コンテナー アプリを使用すると、ある場所では機能するが別の場所では機能しないという状況を減らすことができます。 CI/CD パイプラインは、コンテナーの構築をサポートします。 これらの利点により、チームの生産性が向上します。

トラブルシューティング: コンテナー化により、アプリケーションが分離および分離されます。 1 つのコンテナーに障害が発生しても、他のコンテナーの機能には影響しません。 開発チームは、他のチームに影響を与えることなく、障害のあるコンテナーを特定して修復できます。 コンテナー エンジンは、SELinux アクセス制御を使用して、コンテナーの問題を見つけて分離できます。

セキュリティ: プログラムをコンテナ化することで、マルウェアが他のアプリやホスト システムに損害を与えるのを防ぎます。 指定されたセキュリティ許可は、望ましくないコンポーネントが他のコンテナーに入るのを阻止したり、通信を制限したりするために設定されます。

管理性: コンテナー オーケストレーション プラットフォームを使用して、コンテナー化されたワークロードとサービスを自動化します。 コンテナー オーケストレーションは、新しいアプリ バージョンのリリース、コンテナー化されたプログラムのスケーリング、監視、ログ記録、デバッグなどの管理作業を簡素化します。

継続性: 1 つのコンテナーの障害は、他のコンテナーに影響しません。 開発者は、他のコンテナーに影響を与えることなく、1 つのコンテナーを修正できます。 コンテナ化により、運用の継続性が保証されます。

結論

コンテナー化は最近のソフトウェア開発の概念であり、時間の経過とともにより効率的になります。 その支持者は、開発者がソフトウェアやアプリをより迅速かつ安全に作成および展開するのに役立つと信じています。

コンテナ化のエコシステムが成熟し、成長するにつれて、業界関係者は価格が下がることを期待しています。 ただし、運用上の問題は解決されますが、非常に多くの非常に小さな環境でのメンテナンスのオーバーヘッドは後回しになります。 コンテナ化の次に重要なことは、オーケストレーションです。

最新のアプリはここで終わりではありません。 Kubernetes は、コンテナー化とマイクロサービスにおける次の大きなものです。 Kubernetes を使用すると、コンテナーのインストールのスケールアップと管理が容易になります。 K8s は、Docker や LXC よりも大きなコンテナーのデプロイを管理します。 K8s は、コンテナーを管理するためのよく使用されるツールです。

コンテナーは過去のものとなった今、一般的な推奨事項は K8s にジャンプすることです。