テクノロジーの世界における「コンテナ」という用語は、コードとそのすべての依存関係をパッケージ化するソフトウェアの標準単位を指します。これにより、アプリケーションはあるコンピューティング環境から別のコンピューティング環境へ迅速かつ確実に実行されます。コンテナーは、コード、ランタイム、システム ツール、システム ライブラリ、設定など、ソフトウェアの実行に必要なものがすべて含まれた軽量のスタンドアロンの実行可能パッケージです。
コンテナの登場
ソフトウェアにおけるコンテナ化の概念は、Unix での chroot システム コールの出現とともに 1970 年代後半から 1980 年代前半に始まりました。ただし、Linux オペレーティング システムとその固有の名前空間分離を備えたコンテナがテクノロジ上で台頭したのは 2000 年代になってからです。 2013 年にオープンソースの Docker プラットフォームによって初めて最新の大きな成功を収めたコンテナーの実装が行われ、アプリケーションのデプロイと配布の方法に革命をもたらしました。
コンテナを紐解く: コンセプトの拡張
コンテナーはアプリ層の抽象化であり、アプリケーションのコードと依存関係をカプセル化します。簡単に言うと、コンテナは軽量の VM (仮想マシン) のようなものですが、完全なオペレーティング システムをバンドルするオーバーヘッドはありません。
仮想マシンは物理コンピューターのハードウェアをエミュレートし、複数のオペレーティング システムを 1 台の物理マシン上で実行できるようにしますが、コンテナーを使用すると、複数のアプリケーションまたはサービスを 1 つのオペレーティング システム上で実行でき、OS カーネルを共有しますが、アプリケーション プロセスは相互に分離されます。したがって、コンテナーは仮想マシンよりもはるかに軽量であり、起動がはるかに速くなります。
内部構造: コンテナの内部構造と動作
コンテナーは、コンテナー イメージとランタイムという 2 つの主要なコンポーネントで構成されます。このイメージは、アプリケーションのコード、構成、依存関係の静的なスナップショットです。ランタイムは、コンテナーが実行され、ホスト OS と対話する環境です。
コンテナーは、ホスト オペレーティング システム上の CPU、メモリ、ディスク I/O、ネットワークなどのプロセスとシステム リソースを分離することによって機能します。これは、cgroup や名前空間などの Linux カーネルの機能を使用して実現されます。
コンテナの主な機能
コンテナには次のような無数の利点があります。
- 分離: 各コンテナは個別のアプリケーション環境で動作します。つまり、他のコンテナやホスト システムに干渉しません。
- 携帯性: コンテナーは、基盤となるハードウェアやオペレーティング システムに関係なく、コンテナー化テクノロジをサポートする任意のシステム上で実行できます。
- 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、本格的な仮想マシンと比較して軽量で効率的になります。
- スケーラビリティ: コンテナーは需要に応じて迅速にスケールアップまたはスケールダウンできるため、クラウド コンピューティングに最適です。
- 不変性: コンテナ内のアプリケーションは、環境が異なっても変更されません。
容器の種類
現在、いくつかの種類のコンテナ テクノロジーが利用可能です。
| 名前 | 説明 |
|---|---|
| ドッカー | 最も人気のあるコンテナ化プラットフォーム。コンテナを構築および管理するための包括的なツールキットを提供します。 |
| LXC | Linux Containers の略で、別のコンピューターを模倣した軽量の仮想環境を提供します。 |
| rkt（ロケット） | CoreOS によって開発され、コンテナーを実行するためのコマンドライン インターフェイスを提供します。 |
| OpenVZ | Linux 用のコンテナベースの仮想化ソリューション。 |
| コンテナード | コンテナ ソリューションを構築するための業界標準のランタイム。 |
コンテナのアプリケーション: 問題と解決策
コンテナーは、次のようなさまざまな環境で使用されます。
- 発達: コンテナはコードが異なるプラットフォーム間で均一に動作することを保証し、「私のマシンでは動作する」という問題を排除します。
- テスト: コンテナを使用してテスト環境を複製し、一貫したテストを行うことができます。
- 導入: コンテナは、さまざまな環境 (開発から運用まで) に一貫してデプロイする機能を提供します。
- マイクロサービスアーキテクチャ: コンテナーは分離とリソース制御を提供するため、マイクロサービスの実行に最適です。
ただし、コンテナには、コンテナのライフサイクル、ネットワーク、セキュリティ、永続ストレージの管理などの課題もあります。これらは通常、Kubernetes、Docker Swarm、OpenShift などのコンテナ オーケストレーション ツールを使用して対処されます。これらのツールは、コンテナ化されたアプリケーションの自動展開、スケーリング、ネットワーキング、管理のためのソリューションを提供します。
コンテナと類似テクノロジーの比較
| 属性 | コンテナ（Docker） | 仮想マシン |
|---|---|---|
| 起動時間 | 秒 | 分 |
| サイズ | 数十MB | 数十GB |
| パフォーマンス | ネイティブに近い | ハードウェアエミュレーションにより速度が遅くなる |
| 携帯性 | 高 (OS に依存しない) | 下位 (OS 固有) |
| 密度 | 高 (ホストあたりのインスタンス数が多い) | 低 (ホストごとのインスタンスが少ない) |
コンテナ化における将来の展望と技術
コンテナの将来は、クラウドネイティブ アプリケーション、マイクロサービス アーキテクチャ、DevOps 実践の進化と密接に関係しています。 Kubernetes などのコンテナ オーケストレーション システムや Istio などのサービス メッシュ テクノロジの継続的な開発により、コンテナは効率的でスケーラブルで復元力のあるシステム設計の中心となるでしょう。
高度なコンテナ セキュリティ、コンテナ内のデータ管理、AI と機械学習を使用した自動化されたコンテナ デプロイメント/管理は、将来のコンテナ テクノロジで注目される分野です。
プロキシサーバーとコンテナ
プロキシ サーバーをコンテナ化された環境で使用して、コンテナと外部ネットワーク間の通信を処理できます。トラフィック フィルタリング、負荷分散、安全なネットワーク サービスなどのさまざまな機能を提供します。 Nginx や Traefik などのリバース プロキシは、トラフィックをルーティングし、SSL 終端を提供するためにコンテナ化されたアプリケーションでよく使用されます。
より複雑なユースケースでは、サービス メッシュがコンテナ化された環境にデプロイされ、通信インフラストラクチャとして機能します。これらは、サービス検出、負荷分散、暗号化、可観測性、トレーサビリティ、認証と認可、サーキット ブレークのサポートなどの機能を提供します。
関連リンク
コンテナーの詳細については、次のリソースを参照してください。
- Docker ドキュメント: https://docs.docker.com/
- Kubernetes ドキュメント: https://kubernetes.io/docs/home/
- Linuxコンテナ: https://linuxcontainers.org/
- コンテナプロジェクト: https://containerd.io/
- オープンコンテナイニシアチブ: https://www.opencontainers.org/
