Docker と仮想マシンの違いを理解する

Arthur Petit

2024年6月16日日曜日 11:19:35

Docker と仮想マシンの概要
Docker と仮想マシン (VM) はどちらもアプリケーションをデプロイするための一般的なツールですが、動作方法は根本的に異なります。多くの開発者は、VM に通常伴うオーバーヘッドを発生させずに、Docker が完全なファイルシステム、分離されたネットワーク、その他の機能をどのように提供できるのかに困惑しています。
この記事の目的は、Docker と従来の仮想マシンの違いを明確にし、Docker が軽量でソフトウェアのデプロイが容易であると考えられる理由を説明することです。基盤となるテクノロジーと、運用環境で Docker を使用する実際的な利点について詳しく説明します。

指示説明

FROM Dockerコンテナの作成に使用するベースイメージを指定します。

WORKDIR Dockerコンテナ内の作業ディレクトリを設定します。

COPY ファイルまたはディレクトリをホストマシンから Docker コンテナにコピーします。

RUN ビルドプロセス中にDockerコンテナでコマンドを実行します。

EXPOSE 実行時にコンテナが指定されたネットワークポートでリッスンすることを Docker に通知します。

CMD Docker コンテナーの開始時にそのコンテナー内で実行するコマンドを指定します。

config.vm.box Vagrant 仮想マシンに使用するベースボックスを定義します。

config.vm.network ホストから VM へのポート転送などのネットワーク設定を構成します。

config.vm.provision セットアップ中のシェルスクリプトの実行など、仮想マシンをプロビジョニングする方法を指定します。

指示	説明
FROM	Dockerコンテナの作成に使用するベースイメージを指定します。
WORKDIR	Dockerコンテナ内の作業ディレクトリを設定します。
COPY	ファイルまたはディレクトリをホストマシンから Docker コンテナにコピーします。
RUN	ビルドプロセス中にDockerコンテナでコマンドを実行します。
EXPOSE	実行時にコンテナが指定されたネットワークポートでリッスンすることを Docker に通知します。
CMD	Docker コンテナーの開始時にそのコンテナー内で実行するコマンドを指定します。
config.vm.box	Vagrant 仮想マシンに使用するベースボックスを定義します。
config.vm.network	ホストから VM へのポート転送などのネットワーク設定を構成します。
config.vm.provision	セットアップ中のシェルスクリプトの実行など、仮想マシンをプロビジョニングする方法を指定します。

Dockerfile と Vagrantfile の探索

提供された例では、最初に、Node.js アプリケーションをデプロイするための Dockerfile を作成する方法を示しました。 Dockerfile は、ベースイメージを指定することから始まります。この場合は、公式の Node.js ランタイムを使用してコマンドを実行します。コンテナ内の作業ディレクトリの設定は、コマンド。これにより、後続のコマンドが指定されたディレクトリで実行されます。のコマンドは、package.json ファイルとアプリケーションコードをコンテナーに転送するために使用されます。の RUN コマンドは、必要な依存関係をコンテナー内にインストールします。アプリケーションが実行されるポートを、コマンド、そして最後に、 command は、コンテナーの起動時にアプリケーションを実行するコマンドを定義します。

Vagrantfile の例では、構成は、ベースボックスを指定することから始まります。コマンド、ここでは Ubuntu 20.04 を使用します。ネットワーク設定は、このコマンドは、ホストのポート 8080 をゲスト VM のポート 80 に転送し、VM 上で実行されているサービスへの外部アクセスを許可します。のコマンドを使用して、パッケージリストを更新し、Apache2 をインストールし、必要なソフトウェアを VM にプロビジョニングするシェルスクリプトを実行します。これらのコマンドは、VM 環境をセットアップする基本的な手順を示しており、Docker によって提供されるコンテナ化された環境と比較して、より伝統的なアプローチを提供します。

Node.js アプリケーションをデプロイするための Dockerfile の作成

この例では、Node.js アプリケーションの Dockerfile を作成する方法を示し、Docker コンテナー内でアプリを構築して実行する手順を示します。

# Use an official Node.js runtime as a parent image
FROM node:14

# Set the working directory inside the container
WORKDIR /usr/src/app

# Copy package.json and package-lock.json to the container
COPY package*.json ./

# Install the application dependencies inside the container
RUN npm install

# Copy the rest of the application code to the container
COPY . .

# Expose the port the app runs on
EXPOSE 8080

# Define the command to run the app
CMD ["node", "app.js"]

Vagrant を使用した仮想マシンのセットアップ

この例では、単純な Vagrantfile で Vagrant を使用して仮想マシンをセットアップする方法を示し、VM 環境を定義および構成するプロセスを示します。

# -*- mode: ruby -*-
# vi: set ft=ruby :

# All Vagrant configuration is done below. The "2" in Vagrant.configure
# configures the configuration version (we support older styles for
# backwards compatibility). Please don't change it unless you know what
# you're doing.
Vagrant.configure("2") do |config|
  # Use Ubuntu 20.04 as the base box
  config.vm.box = "ubuntu/focal64"

  # Forward port 8080 on the host to port 80 on the guest
  config.vm.network "forwarded_port", guest: 80, host: 8080

  # Provision the VM with a shell script
  config.vm.provision "shell", inline: <<-SHELL
    sudo apt-get update
    sudo apt-get install -y apache2
  SHELL
end

Docker と仮想マシンについて理解する

Docker と仮想マシン (VM) の主な違いの 1 つは、システムリソースの利用方法にあります。 VM はハイパーバイザー上で実行されます。ハイパーバイザーはハードウェアをエミュレートし、ホストマシン上で複数のオペレーティングシステムを同時に実行できるようにします。これには、各 VM に完全なゲストオペレーティングシステム、独自のライブラリセット、およびバイナリが含まれている必要があります。これにより、システムリソースが大量に消費されるだけでなく、展開とメンテナンスの全体的なサイズと複雑さが増大します。

対照的に、Docker はコンテナ化テクノロジーを活用しており、複数のコンテナーが同じオペレーティングシステムカーネルを共有できるようになります。各コンテナーはユーザー空間で分離されたプロセスとして実行されます。これは、コンテナーは OS 全体を起動する必要がないため、VM に比べてはるかに軽量かつ高速に起動できることを意味します。 Docker は、階層化されたファイルシステムを通じてファイルシステムの分離を実現します。この場合、各コンテナーは基本イメージの上に独自のファイルシステムレイヤーを持ちます。ネットワーク分離は名前空間を使用して処理されるため、Docker は VM に関連するオーバーヘッドなしでコンテナごとに分離されたネットワーク環境を提供できます。

Docker と VM の主な違いは何ですか?
Docker はコンテナ化を使用してホスト OS カーネルを共有し、軽量かつ高速にします。一方、VM には完全なゲスト OS とハイパーバイザーが必要です。
Docker コンテナの方が効率的だと考えられるのはなぜですか?
コンテナはホスト OS カーネルを共有し、オーバーヘッドが最小限に抑えられるため、起動時間が短縮され、リソースが効率的に使用されます。
Docker はどのようにしてファイルシステムの分離を実現しますか?
Docker は階層化されたファイルシステムを使用しており、各コンテナーには基本イメージの上に独自のファイルシステム層があります。
VM のコンテキストにおけるハイパーバイザーとは何ですか?
ハイパーバイザーは、ハードウェアをエミュレートするソフトウェアであり、単一のホストマシン上で複数のオペレーティングシステムを同時に実行できるようにします。
Docker はネットワークの分離をどのように処理しますか?
Docker は名前空間を使用して、コンテナーごとに分離されたネットワーク環境を提供します。
Docker イメージへのソフトウェアのデプロイが VM よりも簡単なのはなぜですか?
Docker イメージはすべての依存関係と構成をカプセル化し、異なる環境間での一貫性を確保します。
Docker の一般的な使用例にはどのようなものがありますか?
Docker は、マイクロサービスアーキテクチャ、継続的インテグレーション/継続的デプロイメント (CI/CD)、および分離された開発環境によく使用されます。
Docker コンテナはどの OS でも実行できますか?
Docker コンテナは、Docker をサポートする任意の OS 上で実行できますが、ホスト OS カーネルを共有します。
Docker の基本イメージとは何ですか?
基本イメージは、Docker コンテナーを構築するための開始点であり、多くの場合、OS と基本的な依存関係が含まれます。

Docker と仮想マシンの概要

Docker と仮想マシンを比較すると、主な違いはリソース使用率とデプロイ効率にあります。仮想マシンは完全なゲストオペレーティングシステムとハイパーバイザーで動作するため、リソースの消費量が増加します。逆に、Docker コンテナはホスト OS カーネルを共有するため、より軽量で機敏なソリューションが実現します。 Docker は、階層化されたファイルシステムとネットワーク名前空間を通じて分離環境を実現し、関連するオーバーヘッドなしで VM に同様の機能を提供できるようにします。これにより、Docker イメージへのソフトウェアのデプロイがより効率的で一貫性があり、さまざまな運用環境での管理が容易になります。

結論として、Docker によるコンテナ化の使用は、リソースの使用量を最小限に抑え、デプロイメントプロセスを簡素化することで、従来の仮想マシンに比べて大きな利点をもたらします。ホスト OS カーネルを共有し、分離されたファイルシステムとネットワークを利用することにより、Docker は最新のアプリケーション展開のための堅牢かつ軽量なソリューションを提供します。これらの違いを理解すると、開発者がニーズに合った適切なツールを選択し、効率的でスケーラブルなアプリケーション管理を確保できるようになります。