コンテナの分離とは、個々のコンテナを互いに、またホスト システムから分離して隔離するメカニズムを指します。コンテナの分離は、ソフトウェア アプリケーションと基盤となるシステム環境のセキュリティと整合性を確保するために不可欠です。
コンテナ分離の進化と最初の言及
コンテナ分離のアイデアは、オペレーティング システムにおけるプロセス分離の必要性から生まれました。1982 年に Unix 系システム向けに開発された Chroot は、コンテナ化に向けた最初の大きな一歩でしたが、分離は限定的でした。
コンテナ分離の現代的な概念は、FreeBSD jail と Solaris Zones の導入により 2000 年代初頭に登場しました。しかし、コンテナ化が本格的に普及し始めたのは、2008 年に Linux Containers (LXC) が導入されてからでした。LXC は、単一の Linux ホスト上で複数の分離された Linux システム (コンテナ) を実行できる仮想環境を作成するために設計されました。
「コンテナ分離」という用語は、2013 年の Docker の登場により脚光を浴びるようになりました。Docker は初期段階では LXC を利用していましたが、その後独自のライブラリである libcontainer に置き換えました。
コンテナ分離の詳細
コンテナ分離とは、アプリケーションが互いに干渉することなく実行できる独立したスペースを作成することです。これには、名前空間、cgroup (コントロール グループ)、階層化ファイル システムなど、いくつかの手法と Linux カーネル機能が使用されます。
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名前空間: 名前空間はプロセスが参照できる内容を制限し、オペレーティング システムの環境に対するプロセスのビューを分離します。名前空間には、プロセス ID (PID) 名前空間、ネットワーク名前空間、マウント名前空間、ユーザー名前空間など、さまざまな種類があります。
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Cグループ: コントロール グループは、プロセスが使用できるもの (CPU、メモリ、ネットワーク帯域幅など) を制限します。また、リソースの使用状況の優先順位付けや計算にも役立ちます。
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階層化ファイルシステム: これらはイメージ レイヤーの分離とオーバーレイを可能にし、Docker イメージとコンテナーの管理に不可欠です。
コンテナ分離の内部構造とその仕組み
アーキテクチャの観点から見たコンテナの分離は、次のコンポーネントを使用して実現されます。
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コンテナランタイム: これは、Docker、Containerd、CRI-O などのコンテナを実行および管理するソフトウェアです。
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コンテナイメージ: これらは、ソフトウェアを実行するために必要なものがすべて含まれた、軽量でスタンドアロンの実行可能パッケージです。
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コンテナエンジン: これは、ホスト システムのカーネルを活用してコンテナーを作成する基盤となるソフトウェアです。
コンテナ分離のワークフローには、次の手順が含まれます。
- コンテナ ランタイムは必要なコンテナ イメージをプルします。
- イメージがコンテナ エンジンに読み込まれます。
- コンテナ エンジンは、名前空間、cgroup、およびイメージのファイル システムを使用して分離された環境を作成します。
- コンテナ内のアプリケーションは、他のコンテナやホスト システムから分離されて実行されます。
コンテナ分離の主な特徴
- 安全： コンテナは互いに分離されているため、1 つのコンテナの脆弱性やバグが他のコンテナに影響を与えることを防ぎます。
- リソース制御: cgroup を通じて、コンテナはシステム リソースの共有を制御できるため、単一のコンテナがリソースを独占することが防止されます。
- 携帯性: コンテナの分離により、アプリケーションとその依存関係を単一のユニットにカプセル化することで、ソフトウェアがさまざまな環境で一貫して実行されるようになります。
- 効率： コンテナはホストのカーネルを共有するため軽量であり、従来の VM よりもはるかに高速に起動します。
コンテナ隔離の種類
コンテナ分離の基本的な考え方は同じですが、さまざまなプラットフォームが進化し、さまざまな方法で分離を提供しています。次の表は、主要なコンテナ プラットフォームとその固有の側面の概要を示しています。
| コンテナプラットフォーム | 説明 |
|---|---|
| ドッカー | プロセスを分離して実行する軽量コンテナを提供するための高レベル API を提供します。 |
| LXC (Linux コンテナ) | 別個のカーネルを必要とせず、標準の Linux インストールに可能な限り近い環境を提供します。 |
| Rkt（ロケット） | セキュリティ、シンプルさ、構成可能性を重視したサーバー環境向けに設計されています。 |
| コンテナード | ストレージ、イメージ配布、ネットワーク インターフェイスなど、コンテナのライフサイクル全体を管理する高レベルのコンテナ ランタイム。 |
| クリオー | Kubernetes 専用の軽量コンテナ ランタイムで、ベアメタル アプリケーションの速度と microVM の抽象化のバランスを実現します。 |
コンテナ分離の使用: 問題と解決策
コンテナの分離は、継続的インテグレーション/継続的デリバリー (CI/CD)、マイクロサービス アーキテクチャ、クラウド ネイティブ アプリケーションなど、ソフトウェアの開発と展開においてさまざまな目的に役立ちます。
ただし、次のような課題が生じる可能性があります。
- セキュリティ上の懸念: コンテナは分離されているにもかかわらず、ホストのカーネルを共有するため、潜在的な攻撃対象領域となります。解決策としては、定期的な更新とパッチの適用、および Seccomp、AppArmor、SELinux などの追加のセキュリティ ツールの使用などがあります。
- パフォーマンスのオーバーヘッド: コンテナが多すぎると、システム リソースの競合が発生する可能性があります。効率的なリソース管理と負荷分散により、この問題を軽減できます。
- 複雑： 特にマイクロサービス アーキテクチャでは、多数のコンテナを管理するのは複雑になる可能性があります。Kubernetes や Docker Swarm などのコンテナ オーケストレーション ツールは、この複雑さを管理できます。
コンテナ分離と類似の用語の比較
コンテナ分離は、どちらもアプリケーションを実行するための分離された環境を提供しますが、仮想化と混同しないでください。
- 仮想マシン (VM)VM は、それぞれ独自のオペレーティング システムを備えた完全なホストをエミュレートすることに基づいています。VM はコンテナーに比べて重く、起動時間も長くなります。
- コンテナ: コンテナはホストの OS カーネルを共有するため、軽量で起動が高速です。VM の場合のようにシステム レベルの分離ではなく、プロセス レベルの分離を提供します。
コンテナ隔離の将来展望と技術
将来的には、コンテナ分離技術は、特にセキュリティの面で向上することが期待されています。WebAssembly (Wasm) と eBPF (拡張 Berkeley Packet Filter) の採用により、より小型で高速、かつ安全な新世代のコンテナが登場する可能性があります。
マイクロ VM の概念も注目を集めています。Firecracker のようなマイクロ VM は、従来の VM のセキュリティ上の利点とコンテナのリソース効率性を兼ね備えているため、マルチテナント環境に最適です。
プロキシサーバーとコンテナの分離
プロキシ サーバーは、コンテナー分離から大きなメリットを得ることができます。OneProxy などのプロキシ プロバイダーは複数のクライアントのデータを処理するため、コンテナー分離によって各クライアントの操作を分離できます。これにより、1 つのクライアントのアクティビティが侵害されても、他のクライアントは影響を受けないため、セキュリティが強化されます。
コンテナ オーケストレーション プラットフォームを使用すると、プロキシ プロバイダーは、コンテナとして展開された数千のプロキシ サーバーのライフサイクルを効率的に管理できます。このアプローチにより、スケーラビリティ、保守性、フォールト トレランスが向上します。
関連リンク
コンテナ分離の詳細については、次のリソースを参照してください。
- Docker: Docker Compose の概要
- Kubernetes: Kubernetes とは何ですか?
- LXC: Linux コンテナ
- CRI-O: Kubernetes 向け軽量コンテナ ランタイム
- Firecracker: サーバーレス コンピューティングのための安全で高速な microVM
コンテナ分離は、現在のクラウドネイティブ アプリケーションの波の中心であり、堅牢でスケーラブル、かつ安全なアプリケーション展開を実現します。テクノロジ業界、特にプロキシ サーバー プロバイダーなどの分野でのコンテナ分離の重要性は今後も高まり続けるでしょう。
