Dockerの概要や仕組みについて解説～ユースケースも紹介～

記事を書いた経緯

今回、フリーランスエンジニアの方々と勉強会を開くことになりまして、その時たまたまDocker構築周りの作業をしていたので、私の第一回目の発表はDockerにすることにしました。

折角なので、準備してからというわけで、記事を書いてます。

記事の目的

Dockerが何かわかる
Dockerの仕組みがなんとなくわかる
Dockerのユースケースがわかる
Dockerを身近に感じる

※Dockerが使えるようにはなるわけじゃなく、Dockerの足掛かりになるのが目的

Dockerとは？

Dockerとはコンテナを配布、実行するためのプラットフォームです。（え、簡潔すぎ。。

じゃあコンテナとは？

コンテナとはアプリケーションとその実行環境を一式でパッケージ化したものです。

このコンテナの技術を使うと、アプリケーションの配布と実行が簡単に出来る上に、1つのOS上で複数のコンテナを同時に動作させることができます。下記はWindows上で3つのLinux(コンテナ)を動かす構成図になります。

この構成にはWindowsとDockerの間にwindows subsystemが入っていますが、直接Windows下にDockerを動かすこともできます。その場合はDocker for desktopというアプリケーションを実行することになりますが、desktop版は「従業員数250名を超える企業」の場合に有料プランになることが規約として設けられているため、そういった企業が無料でdockerを使うためには上記の構成でLinux版のdockerを動かせるようにする必要があります。

コンテナの配布と実行方法

配布側の手順

docker build
docker push

実行側の手順

docker pull
docker run

というわけで、ここでは何かすごく簡単に配布・実行できそうというところだけお伝えできたらなと思います。
仕組みについてはこの後に解説します。

Dockerはプラットフォーム？

以下にDockerの全体像であります。これがアプリではなくプラットフォームに分類される所以です。

矢印は、そのコマンドによって何がどう作成されていくかを表しています。
次に画像の登場人物について説明します。

Images

イメージとは、コンテナを作成する際に必要な、OSや設定などの情報一式をまとめたものになります。
このイメージを使うことでいつでも、まったく同じコンテナを再現して実行することができます。

docker buildによって自分でカスタマイズした設定でイメージを作成することもできますし、docker pullによって既にレジストリに登録されているイメージを持ってくることもできます。

Containers

先ほども記載しましたが、コンテナとはアプリケーションとその実行環境を一式でパッケージ化したものです。

コンテナはdocker runを実行した際に、イメージを元に作成されます。
イメージ1つから複数のコンテナを同時に動作させることができます。

Client

Clientはcliでrunやbuildなどのコマンドを使ってホストに対して指示を出します。

DOCKER_HOST

ホストはClientからの指示によって動きます。イメージを保持し、イメージからコンテナを実行します。Clientとホストはよく同一PC上に存在します。

Registry

レジストリはホストからイメージの配布ができ、逆にレジストリからイメージをホストにダウンロードすることもできます。
有名なのはDocker Hubというレジストリで、世界中の人が色々なイメージを配布しているため、自分でイメージを作成しなくてもDocker Hubからイメージを持ってきてコンテナを実行することができます。
レジストリは自分で作成することもできるため、組織で共有したいイメージなどは組織用のプライベートレジストリを作成して運用することもできます。

イメージをビルドするための設定をファイル(DockerFile)を紹介

たとえばGo言語の開発環境のイメージを自分で作成する際は、以下のようなDockerFileを作成することになります。

FROM golang:1.16-alpine AS build

RUN apk add --no-cache git
RUN go get github.com/golang/dep/cmd/dep

COPY Gopkg.lock Gopkg.toml /go/src/project/
WORKDIR /go/src/project/
RUN dep ensure -vendor-only

COPY . /go/src/project/
RUN go build -o /bin/project

FROM scratch
COPY --from=build /bin/project /bin/project
ENTRYPOINT ["/bin/project"]
CMD ["--help"]

このDockerFileをdocker buildすることでイメージができます。Go言語の開発環境のこのDockerFileをdocker buildすることでイメージが作成されます。

よく使われるFromやRunが何をしているかを解説して、少しだけ理解を深められたらと思います。

From句

From句ではベースとなるイメージを選択しています。
既にあるイメージをベースにすることで、OSや特定のミドルウェアをインストールするコマンドを書かなくて済むため、大幅にDockerFileがシンプルになります。

「FROM golang:1.16-alpine」はDockerHubに公開されている「golang:1.16-alpine」という名前のイメージをベースにするという指定になります。

RUN句

RUN句は、このイメージが実行され、コンテナが作成された際に、コンテナ内で初期化処理として走るコマンドを指定できます。

つまりこのイメージが実行されると「apk add –no-cache git」と「go get github.com/golang/dep/cmd/dep」の２つのコマンドが走ります。

このようにいくつかのコマンドをDockerFileに定義することで、定義に従ったイメージができあがります。

Dockerのよくあるユースケース

Linux上で稼働するソフトウェアの開発環境として

例えば、Linux上で稼働するソフトウェアを複数人で開発する際に、各自がLinuxの開発環境を構築していては、手間もかかりますし、何よりバージョンや設定など細かい環境の差分で不具合が起きがちです。
そこでOSを含めた開発環境ごと配布してしまえば、開発者全員が同じ環境で、すぐに作業を始めることができます。

自動テスト環境として

自動テスト自体はテストが実行できるサーバーがあれば、Dockerは必要ありませんが、1つのサーバー内で様々なイメージを切り替えることができれば、様々な動作環境に対応でき、複数のアプリケーションをテストすることができます。そういった点で、自動テストとDockerは相性がいいため、よくあるユースケースだと思います。

GithubやGitLabなど、一部のプロジェクト管理ツールでも自動テストを実行する際にDockerを使用することができます。