Dockerの野望、Kubernetesへ
(2018/08/09追記)たくさん「いいね」を頂きました。ありがとうございます
これは何？
- ネットにある多くの情報は「Dockerの本質について」触れていないものが多いように感じたので、そのギャップを自分が理解した範囲で埋めてみます。
- 主に以下のことを説明します。そのため、Docker(Kubernetes)の特徴の説明の多くを省略しています。
- 「なぜDockerが生まれたのか？」（Docker以前～Dockerの先にあるもの）
- 「Dockerは純粋な仮想化ではない」(これまでの仮想化との違いの話)
- 「Dockerが１コンテナ１アプリの理由」
- 「Docker＝開発環境を簡単に、早く作れていいね」という＊だけ＊ではない。
- 「Dockerの野望(本当のゴール)＝負荷分散システム(Kubernetes)」であることを説明する。
- 最後になりましたが、私のDockerの経験は浅く、Kubernetesは使ったこともありません。なので、嘘を書いている可能性もあります。鵜呑みにしないでください。
仮想化の進化について
- １台の物理サーバを「より効率的に使いたい」「同一サーバ上に隔離環境を作りたい」という目的から始まり仮想化は進化してきたようです。
- 仮想化方式の違いを知るには次のようなポイントがあります。
- 環境の隔離
- 起動の速さ
- 仮想イメージの大きさ(サイズ)
- 起動(systemd,init)の仕組みの違い
1) 物理サーバ
- 仮想化が無い時代。
+-------------+ +-------------+ ---
| application | | application | ↑
+-------------+-+-------------+ |
| systemd | |distribution
+-----------------------------+ |
| linux kernel | ↓
+-----------------------------+ ---
| hardware |
+-----------------------------+
2) ハードウェア仮想化
- 1台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい。ソフトウェアでPCをシミュレーションしてしまおう
- ソフトでハードウェア(HW)をシミュレーションすることで、1HWをあたかも複数あるように見せる。
+-------------+ +-------------+ +-------------+ +-------------+
7| application | | application | | application | | application |
+-------------+-+-------------+ +-------------+-+-------------+
6| systemd | | systemd |
+-----------------------------+ +-----------------------------+
5| linux kernel | | linux kernel |
+-----------------------------+ +-----------------------------+
4| 仮想hardware | | 仮想hardware |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
3| virtualbox, kvm など |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
2| linux kernel |
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
3) Linux(LXC)コンテナ
- １台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい、Linux限定 ならもっと早く動かせるよね
- linux kernel が持つ名前空間を分離する機能を使って、1つのカーネルをあたかも複数あるように見せる。
+-------------+ +-------------+ +-------------+ +-------------+
4| application | | application | | application | | application |・・・systemdからアプリを起動する。(通常のLinuxの仕組みと同様)
+-------------+-+-------------+ +-------------+-+-------------+
3| systemd | | systemd |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
2| linux kernel ＆ 名前空間分離する機能を使用 |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
4) Dockerコンテナ
- １台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい、Linux限定、１コンテナ１アプリ限定ならもっともっと早く動かせるよね
- Linuxコンテナと違い、１コンテナ１アプリケーションとし、直接アプリケーションを起動する。
+-----------------------------+ +-----------------------------+
3| application | | application |・・・アプリを直接起動する
+-----------------------------+ +-----------------------------+
| (systemdなし) | | (systemdなし) |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
2| linux kernel ＆ 名前空間分離する機能を使用 |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
開発現場での仮想化技術へのニーズの変化
- 開発現場が、コンテナを利用した開発に至るまで。
１）１台のPCで開発
↓＜課題＞
↓・毎回、開発環境の構築に手間がかかる。
↓・前の開発環境に簡単には戻せない。
↓・同じ環境のはずなのに、自分のPCではなぜか動かない。
↓
↓＜対策＞
↓・ハードウェア仮想化(virtualboxなど)で解決
↓
２）１台のPCで、ハードウェア仮想化を利用して開発
↓＜課題＞
↓・起動/停止が遅い。
↓
↓＜対策＞
↓・Linuxコンテナ、Dockerコンテナで解決
↓
３）１台のPCで開発、Linux/Dockerコンテナを利用して開発
実は、Dockerは＊純粋＊な仮想化ではない
- virtualbox、LXC/LXDは、OSとしてはLinuxサーバ(ディストリビューション)そのものを使います。これを、ここでは＊純粋＊な仮想化と呼びます。（物理サーバで得た経験をそのまま活かせます）
- 一方、DockerはLinuxの一般的な起動方法(systemd,init)を捨て、ログを管理する仕組みなどを変更しました。この点については、新たにDockerの流儀を学ぶ必要があります。
- それでは、なぜ、Dockerは「今までのLinuxの一般的な方法をあえて変更」してしまったのでしょう？
なぜ、Dockerは＊純粋＊な仮想化を実現しなかったのか？
- いきなり答えから書きます。
-
「Dockerで分散システムを実現したかった」からです。
- では、なぜ分散システムなのか？
運用現場での仮想化技術へのニーズの変化
- 運用現場が、Dockerによる分散システムに至るまで。
１）１台のPCでサービス提供
↓＜課題＞
↓・負荷の増大に耐えられなくなった！
↓
↓＜対策＞
↓・複数サーバにして解決
↓
２）WEBサーバｘ5台、APサーバｘ5台、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・ピーク負荷の為に、365日ずっと合計5＋5＋1台を起動
↓ しておくのはもったいない！
↓
↓＜対策＞
↓・自動スケーリングにして解決
↓
３）WEBサーバｘ1～5台、APサーバｘ1～5台を自動スケーリング、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・もっと自由で効率的な方法はないのか？
↓
↓＜対策＞
↓・サーバ単位ではなく、アプリ単位で自動スケーリングできればもっと効率的では。
↓・小さなアプリ(サービス)で開発すれば工期も短縮できるし、変更も小さくて済むはず。など
↓
４）Dockerによる分散システムの実現へ＝Kubernetes
Dockerによる負荷分散＝Kubernetes
- 「なぜDockerが生まれたのか？」（Docker以前～Dockerの先にあるもの）
- 「Dockerは純粋な仮想化ではない」(これまでの仮想化との違いの話)
- 「Dockerが１コンテナ１アプリの理由」
- 「Docker＝開発環境を簡単に、早く作れていいね」という＊だけ＊ではない。
- 「Dockerの野望(本当のゴール)＝負荷分散システム(Kubernetes)」であることを説明する。
- １台の物理サーバを「より効率的に使いたい」「同一サーバ上に隔離環境を作りたい」という目的から始まり仮想化は進化してきたようです。
- 仮想化方式の違いを知るには次のようなポイントがあります。
- 環境の隔離
- 起動の速さ
- 仮想イメージの大きさ(サイズ)
- 起動(systemd,init)の仕組みの違い
1) 物理サーバ
- 仮想化が無い時代。
+-------------+ +-------------+ ---
| application | | application | ↑
+-------------+-+-------------+ |
| systemd | |distribution
+-----------------------------+ |
| linux kernel | ↓
+-----------------------------+ ---
| hardware |
+-----------------------------+
2) ハードウェア仮想化
- 1台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい。ソフトウェアでPCをシミュレーションしてしまおう
- ソフトでハードウェア(HW)をシミュレーションすることで、1HWをあたかも複数あるように見せる。
+-------------+ +-------------+ +-------------+ +-------------+
7| application | | application | | application | | application |
+-------------+-+-------------+ +-------------+-+-------------+
6| systemd | | systemd |
+-----------------------------+ +-----------------------------+
5| linux kernel | | linux kernel |
+-----------------------------+ +-----------------------------+
4| 仮想hardware | | 仮想hardware |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
3| virtualbox, kvm など |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
2| linux kernel |
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
3) Linux(LXC)コンテナ
- １台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい、Linux限定 ならもっと早く動かせるよね
- linux kernel が持つ名前空間を分離する機能を使って、1つのカーネルをあたかも複数あるように見せる。
+-------------+ +-------------+ +-------------+ +-------------+
4| application | | application | | application | | application |・・・systemdからアプリを起動する。(通常のLinuxの仕組みと同様)
+-------------+-+-------------+ +-------------+-+-------------+
3| systemd | | systemd |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
2| linux kernel ＆ 名前空間分離する機能を使用 |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
4) Dockerコンテナ
- １台のPC上で複数のゲストOSを動かしたい、Linux限定、１コンテナ１アプリ限定ならもっともっと早く動かせるよね
- Linuxコンテナと違い、１コンテナ１アプリケーションとし、直接アプリケーションを起動する。
+-----------------------------+ +-----------------------------+
3| application | | application |・・・アプリを直接起動する
+-----------------------------+ +-----------------------------+
| (systemdなし) | | (systemdなし) |
+-----------------------------+-+-----------------------------+
2| linux kernel ＆ 名前空間分離する機能を使用 |・・・ここまで１つ
+-------------------------------------------------------------+
1| hardware |
+-------------------------------------------------------------+
開発現場での仮想化技術へのニーズの変化
- 開発現場が、コンテナを利用した開発に至るまで。
１）１台のPCで開発
↓＜課題＞
↓・毎回、開発環境の構築に手間がかかる。
↓・前の開発環境に簡単には戻せない。
↓・同じ環境のはずなのに、自分のPCではなぜか動かない。
↓
↓＜対策＞
↓・ハードウェア仮想化(virtualboxなど)で解決
↓
２）１台のPCで、ハードウェア仮想化を利用して開発
↓＜課題＞
↓・起動/停止が遅い。
↓
↓＜対策＞
↓・Linuxコンテナ、Dockerコンテナで解決
↓
３）１台のPCで開発、Linux/Dockerコンテナを利用して開発
実は、Dockerは＊純粋＊な仮想化ではない
- virtualbox、LXC/LXDは、OSとしてはLinuxサーバ(ディストリビューション)そのものを使います。これを、ここでは＊純粋＊な仮想化と呼びます。（物理サーバで得た経験をそのまま活かせます）
- 一方、DockerはLinuxの一般的な起動方法(systemd,init)を捨て、ログを管理する仕組みなどを変更しました。この点については、新たにDockerの流儀を学ぶ必要があります。
- それでは、なぜ、Dockerは「今までのLinuxの一般的な方法をあえて変更」してしまったのでしょう？
なぜ、Dockerは＊純粋＊な仮想化を実現しなかったのか？
- いきなり答えから書きます。
-
「Dockerで分散システムを実現したかった」からです。
- では、なぜ分散システムなのか？
運用現場での仮想化技術へのニーズの変化
- 運用現場が、Dockerによる分散システムに至るまで。
１）１台のPCでサービス提供
↓＜課題＞
↓・負荷の増大に耐えられなくなった！
↓
↓＜対策＞
↓・複数サーバにして解決
↓
２）WEBサーバｘ5台、APサーバｘ5台、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・ピーク負荷の為に、365日ずっと合計5＋5＋1台を起動
↓ しておくのはもったいない！
↓
↓＜対策＞
↓・自動スケーリングにして解決
↓
３）WEBサーバｘ1～5台、APサーバｘ1～5台を自動スケーリング、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・もっと自由で効率的な方法はないのか？
↓
↓＜対策＞
↓・サーバ単位ではなく、アプリ単位で自動スケーリングできればもっと効率的では。
↓・小さなアプリ(サービス)で開発すれば工期も短縮できるし、変更も小さくて済むはず。など
↓
４）Dockerによる分散システムの実現へ＝Kubernetes
Dockerによる負荷分散＝Kubernetes
１）１台のPCで開発
↓＜課題＞
↓・毎回、開発環境の構築に手間がかかる。
↓・前の開発環境に簡単には戻せない。
↓・同じ環境のはずなのに、自分のPCではなぜか動かない。
↓
↓＜対策＞
↓・ハードウェア仮想化(virtualboxなど)で解決
↓
２）１台のPCで、ハードウェア仮想化を利用して開発
↓＜課題＞
↓・起動/停止が遅い。
↓
↓＜対策＞
↓・Linuxコンテナ、Dockerコンテナで解決
↓
３）１台のPCで開発、Linux/Dockerコンテナを利用して開発
- virtualbox、LXC/LXDは、OSとしてはLinuxサーバ(ディストリビューション)そのものを使います。これを、ここでは＊純粋＊な仮想化と呼びます。（物理サーバで得た経験をそのまま活かせます）
- 一方、DockerはLinuxの一般的な起動方法(systemd,init)を捨て、ログを管理する仕組みなどを変更しました。この点については、新たにDockerの流儀を学ぶ必要があります。
- それでは、なぜ、Dockerは「今までのLinuxの一般的な方法をあえて変更」してしまったのでしょう？
なぜ、Dockerは＊純粋＊な仮想化を実現しなかったのか？
- いきなり答えから書きます。
-
「Dockerで分散システムを実現したかった」からです。
- では、なぜ分散システムなのか？
運用現場での仮想化技術へのニーズの変化
- 運用現場が、Dockerによる分散システムに至るまで。
１）１台のPCでサービス提供
↓＜課題＞
↓・負荷の増大に耐えられなくなった！
↓
↓＜対策＞
↓・複数サーバにして解決
↓
２）WEBサーバｘ5台、APサーバｘ5台、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・ピーク負荷の為に、365日ずっと合計5＋5＋1台を起動
↓ しておくのはもったいない！
↓
↓＜対策＞
↓・自動スケーリングにして解決
↓
３）WEBサーバｘ1～5台、APサーバｘ1～5台を自動スケーリング、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・もっと自由で効率的な方法はないのか？
↓
↓＜対策＞
↓・サーバ単位ではなく、アプリ単位で自動スケーリングできればもっと効率的では。
↓・小さなアプリ(サービス)で開発すれば工期も短縮できるし、変更も小さくて済むはず。など
↓
４）Dockerによる分散システムの実現へ＝Kubernetes
Dockerによる負荷分散＝Kubernetes
- 「Dockerで分散システムを実現したかった」からです。
- 運用現場が、Dockerによる分散システムに至るまで。
１）１台のPCでサービス提供
↓＜課題＞
↓・負荷の増大に耐えられなくなった！
↓
↓＜対策＞
↓・複数サーバにして解決
↓
２）WEBサーバｘ5台、APサーバｘ5台、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・ピーク負荷の為に、365日ずっと合計5＋5＋1台を起動
↓ しておくのはもったいない！
↓
↓＜対策＞
↓・自動スケーリングにして解決
↓
３）WEBサーバｘ1～5台、APサーバｘ1～5台を自動スケーリング、DBサーバでサービス提供
↓＜課題＞
↓・もっと自由で効率的な方法はないのか？
↓
↓＜対策＞
↓・サーバ単位ではなく、アプリ単位で自動スケーリングできればもっと効率的では。
↓・小さなアプリ(サービス)で開発すれば工期も短縮できるし、変更も小さくて済むはず。など
↓
４）Dockerによる分散システムの実現へ＝Kubernetes
Dockerによる負荷分散＝Kubernetes
Dockerコンテナを使うことで、今までの負荷分散の仕組みと比べると、以下の特徴があるようだ。
-
言語や環境の自由度が高い
- Docerコンテナ内で、どんな言語を使ってもいいし、環境もコンテナに閉じているので自由に選べる。
-
起動が早い
- Dockerは、Linuxの一般的な起動方法(systemd,init)を捨て、直接アプリケーションを起動する仕組み(１コンテナ１アプリの原則)としたので、起動するまでのステップが大幅に短くなった。(その代わり、Dockerの流儀に従う必要がある)
今までの負荷分散システムと比べると Kubernetes は、後発ということもあって、より良いものになる可能性がある。
一方、分散ストレージ については、Kubernetes 自身はサポートしていないので、
パフォーマンスがでるような仕組みを別途考える、あるいは用意する必要がある。
マイクロサービスの時代へ
- 「ハードウェア」という概念が、「クラウド」の登場で薄くなった。
- 「サーバ」という概念が、「Docker」の登場で薄くなった。
- 今は昔と比べて「アプリ」の比重がより重くなっている＝マイクロサービスの時代へ
「Docker＝開発環境を簡単に、早く作れていいよね」の先にあるもの
- 以上の説明より、もしも単に開発環境を仮想化したいだけなら、LXC/LXDでもいいはず。
- Dockerを使うなら、そこがゴールではなく、その先があることも知っておいたほうが良さそう。
とても参考になったもの
- 以上の説明より、もしも単に開発環境を仮想化したいだけなら、LXC/LXDでもいいはず。
- Dockerを使うなら、そこがゴールではなく、その先があることも知っておいたほうが良さそう。
とても参考になったもの
開発におけるDocker導入のメリット - Qiita
Dockerのメリットがコンパクトで分かりやすく参考になりました。
Docker（コンテナ型仮想化）と Kubernetes についての簡単な紹介 － ゆびてく
Kubernetesとは何なのか？が分かりやすく参考になりました。
レガシー分散システムからモダン分散システムへ - ブログなんだよもん
分散システムとは何なのか？Dockerとは？について参考になりました。
知らぬはエンジニアの恥。今さら聞けない【コンテナ/仮想化技術】11選 - paiza開発日誌
コンテナ、仮想化技術について参考になりました。
(2018/08/09追記)たくさん「いいね」を頂きました。ありがとうございます
- とても驚いています。この記事の最初に、次のように書いたので、まさかこんなに「いいね」をもらえるとは想像していませんでした。
最後になりましたが、私のDockerの経験は浅く、Kubernetesは使ったこともありません。なので、嘘を書いている可能性もあります。鵜呑みにしないでください。
- そもそも、Docker便利なのは使ってすぐに分かったのですが、しばらくすると違和感がモヤモヤと湧いてきました。ネットで情報収集する中で、最近になってやっと、その答えを自分なりに１本につなげて書けたので「詳しくないエンジニアの話に需要あるのかな？」とも思いつつ、最近アウトプットしていないので、投稿したというのが本当のところです。
- 実は「Kubernetes の先はどうなるのかな？」も、いくつか考えて（妄想して）いたのですが、さすがにそこまで書いてしまうと、話がぶれそうに感じたのと、まとめるのも難しそうでしたので、省いてしまいました。
- ですが、この記事の「いいね」に背中を押されていると思って、近々（？）この続きを書いてみます。
最後になりましたが、私のDockerの経験は浅く、Kubernetesは使ったこともありません。なので、嘘を書いている可能性もあります。鵜呑みにしないでください。
Author And Source
この問題について(Dockerの野望、Kubernetesへ), 我々は、より多くの情報をここで見つけました https://qiita.com/gounx2/items/35ab43e74a2ff7be1ef6著者帰属：元の著者の情報は、元のURLに含まれています。著作権は原作者に属する。
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