アーキテクチャの理解¶

アプリケーションの速いデリバリ¶

Docker は 開発のライフサイクルの手助けに最適です。Docker は開発者がローカルのコンテナで開発できるようにし、そこにアプリケーションとサービスを入れられます。そして、継続的インテグレーションや、デプロイのワークフローと統合できます。

例えば、開発者がローカルでコードを書き、Docker 上の開発スタックを同僚と共有します。準備が整えば、コードとスタックを開発環境からテスト環境に移動し、開発環境のスタックをテスト環境に移動し、必要なテストを実行します。テスト環境のあとで、Docker イメージをプロダクション環境に送信し、コードをデプロイできるのです。

デプロイとスケールをより簡単に¶

Docker のコンテナを基盤としたプラットフォームは、ワークロードの高い可用性をもたらします。Docker コンテナは開発者のローカルホスト上で実行できるだけでなく、データセンタの物理環境や仮想マシン上や、クラウド上でも実行できます。

また、Docker のポータビリティと軽量な性質によって、動的なワークロードの管理を簡単にします。Docker を使えば、アプリケーションやサービスのスケールアップやティアダウンを簡単に行います。Docker のスピードが意味するのは、スケールをほぼリアルタイムに近く行えることです。

高密度と更なるワークロードの実行を実現¶

Docker は軽量かつ高速です。これはハイパーバイザーをベースとした仮想化マシンよりも、費用対効果を高くします。これが特に使いやすいのは高密度の環境でしょう。例えば、自分たちのクラウドや PaaS（プラットフォーム・アズ・ア・サービス）においてです。しかし、自分たちが持っているリソースを、より活用したいとする中小規模のデプロイにも便利です。

Docker デーモン¶

上図で見たように、Docker デーモンはホストマシン上で動きます。ユーザは直接デーモンと通信せず、Docker クライアントを通して行います。

Docker クライアント¶

Docker クライアントは docker バイナリの形式です。これは主にユーザが Docker との通信に使います。ユーザからのコマンドを受け付けたら、その先にある Docker デーモンが通信を返します。

Docker の内部¶

Docker 内部を理解するには、３つのコンポーネントを知る必要があります。

• Docker イメージ（image）
• Docker レジストリ（registry）
• Docker コンテナ（container）

Docker イメージの役割は？¶

これまで分かったのは、Docker イメージとは読み込み専用のテンプレートであり、これを使って Docker コンテナを起動します。各イメージはレイヤの積み重ねで構成されています。Docker は ユニオン・ファイルシステム（UnionFS） を使い、これらのレイヤを単一のイメージに連結します。ユニオン・ファイルシステムは、ブランチとしても知られています。これは透過的な重ね合わせ（overlaid）と、互いに密着した（coherent）ファイルシステムを形成します。

Docker が軽量な理由の１つが、これらのレイヤによるものです。Docker イメージに変更を加えたとしましょう。例えば、アプリケーションを新しいバージョンに更新すると仮定します。この更新時に新しいレイヤを構築します。つまり、仮想マシン上で何らかの作業をした結果、イメージの入れ替えや完全な再構築ではなく、単純にレイヤを追加するか更新するだけなのです。この新しいイメージの、配布に関する心配は不要です。新しい Docker イメージを速く簡単に配布するには、単に更新されたレイヤを配布するだけです。

各イメージはベース・イメージ（base image）から作られます。例えば、 ubuntu は ベース Ubuntu イメージですし、 fedora は ベース Fedora イメージです。また、自分自身で新しいイメージの元も作れます。例えば、自分でベース Apache イメージを作れば、これを自分用のウェブ・アプリケーション・イメージのベース（基礎）として使えます。

これらのベース・イメージからシンプルに構築できるようにするため、Docker イメージには 命令 (instructions) と呼ぶ構築手順を簡単に記述した集まりがあります。それぞれの命令ごとに、イメージ上に新しいレイヤを作成します。命令は次のような動作をします。

• コマンドの実行
• ファイルやディレクトリの追加
• 環境変数の作成
• 対象イメージを使ってコンテナを起動する時、どのプロセスを実行するか

これらの命令を Dockerfile と呼ぶファイルに保管します。Docker にイメージの構築を要求したら、Docker はこの Dockerfile を読み込み、命令を実行し、最終的なイメージを返します。

どのように Docker レジストリは動作しますか？¶

Docker レジストリは Docker イメージを保管します。Docker イメージを構築後、 Docker Hub のような公開レジストリに 送信(push) します。あるいはファイアウォール背後にある自分のレジストリにも送信できます。

Docker クライアントを使い、公開済みのイメージを検索できます。そして、自分の Docker ホスト上にイメージを取得(pull)、つまりダウンロードし、これを使ってコンテナを構築できます。

Docker Hub はイメージを保管するために、パブリックとプライベートなストレージの利用をサポートしています。パブリック・ストレージとは誰でも検索可能でダウンロードできるものです。プライベート・ストレージとは検索結果から除外され、自分もしくは許可されたユーザだけがイメージを取得し、コンテナを構築できるようにします。 ストレージの料金プランと契約はこちらから できます。

どのようにコンテナは動作しますか？¶

コンテナに含まれているのは、オペレーティング・システム、ユーザが追加したファイル、メタデータです。これまで見てきたように、各コンテナはイメージから構築します。そのイメージは、 Docker に対してどのコンテナの中に何があるか、コンテナ起動時に何のプロセスを実行するか、その他のデータに関する設定確認をします。Docker イメージは読み込み専用です。Docker がイメージからコンテナを実行する時、読み書き可能なレイヤを既存イメージ上に追加し（先ほど見た通り、ユニオン・ファイルシステムを使います）、アプリケーションを実行できるようにします。

コンテナを実行すると何が起きますか？¶

docker バイナリまたは API を経由して、Docker クライアントは Docker デーモンにコンテナ実行を命令します。

$ docker run -i -t ubuntu /bin/bash

このコマンドを分解（ブレイクダウン）してみましょう。Docker クライアントは docker バイナリを使って実行され、 run オプションは新しいコンテナの起動を命令します。Docker クライアントが Docker デーモンに対してコンテナを起動する時、最低限必要なのは以下の項目です。

• コンテナを何の Docker イメージで構築するのか。ここでは ubuntu というベース Ubuntu イメージを使用
• コンテナを起動したら、その中で何のコマンドを実行したいのか、ここでは /bin/bash を指定し、新しいコンテナの中で Bash シェルを開始

それでは、このコマンドの水面下では何が起こっているのでしょうか。

Docker の処理内容を、順番に見ていきます。

• ubuntu イメージの取得 ：Docker は ubuntu イメージの存在を確認し、もしローカルホスト上に存在しなければ、 Docker Hub からダウンロードする。イメージが既にあれば、Docker はこれを新しいコンテナのために使う。
• 新しいコンテナを作成 ：Docker がイメージを入手したあと、それを使ってコンテナを作成する。
• ファイルシステムを割り当て、読み書き可能なレイヤをマウント ：コンテナを新しいファイルシステム上に作成し、読み込み可能な（イメージの）レイヤをイメージに追加する。
• ネットワークとブリッジインターフェースの割り当て ：Docker コンテナがローカルホストと通信できるようにするため、ネットワーク・インターフェースを作成する。
• IP アドレスを設定 ：プールされている範囲内で利用可能な IP アドレスを探して（コンテナに）追加する。
• 指定したプロセスを実行 ：アプリケーションを実行し、そして、
• アプリケーションの出力を収集・表示 ：コンテナに接続し、アプリケーションを実行したことによる標準入力・標準出力・エラーを記録・表示する。

これでコンテナが動きました！ 以降は自分でコンテナを管理し、アプリケーションと双方向でやりとりをし、利用し終えたらコンテナを停止・削除できます。

名前空間（namespaces）¶

Docker は名前空間（ネームスペース）と呼ばれる技術を利用し、コンテナ （container） と呼ぶワークスペース（作業空間）の分離をもたらします。Docker はコンテナごとに 名前空間 の集まりを作成します。

これはレイヤの分離をもたらします。つまり、コンテナを実行すると、それぞれが自身の名前空間を持ち、そこから外にはアクセスできないように見えます。

Docker が使う Linux 上の名前空間は、次の通りです。

• pid 名前区間 ：プロセスの分離に使います（PID：プロセス ID）
• net 名前区間 ：ネットワーク・インターフェースの管理に使います（NET：ネットワーキング）
• ipc 名前区間 ：IPC リソースに対するアクセス管理に使います（IPC：InterProcess Communication、内部プロセスの通信）
• mnt 名前区間 ：マウント・ポイントの管理に使います（MNT：マウント）
• uts 名前区間 ：カーネルとバージョン認識の隔離に使います（UTS：Unix Timesharing System、Unix タイムシェアリング・システム）

コントロール・グループ (Control groups)¶

Linux 上の Docker は、 cgroup やコントロール・グループと呼ばれる技術を使います。アプリケーション実行の鍵となるのは、自身が必要なリソースのみを分離します。この機能があるため、ホスト上で複数の利用者がいても、コンテナを使えます。また、コントロール・グループにより、Docker はコンテナに対して利用可能なハードウェア・リソースを共有し、必要があればコンテナが必要なリソース上限を設定できます。例えば、特定のコンテナに対する利用可能なメモリに制限を加えます。

ユニオン・ファイル・システム¶

ユニオン・ファイル・システム、あるいは UnionFS はファイルシステムです。これは作成したレイヤを操作しますので、非常に軽量かつ高速です。Docker はコンテナ毎にブロックを構築するため、ユニオン・ファイル・システムを使います。Docker は AUFS、btrfs、vfs、DeviceMapper を含む複数のユニオン・ファイル・システムの派生を利用できます。

コンテナの形式（フォーマット）¶

Docker はこれらのコンポーネントを連結し、包み込んでいます。これをコンテナ形式（フォーマット）と呼びます。デフォルトのコンテナ形式は libcontainer と呼ばれています。いずれ、Docker は他のコンテナ形式、例えば BSD Jail や Solaris Zone との統合をサポートするかも知れません。

Docker インストール¶

インストールの章 をご覧ください。

Docker ユーザガイド¶

より深く学びましょう。