テクノロジーに対する期待が高まるにつれ、アプリケーションのサイズや複雑さも増しています。
巨大なアプリケーションの管理は厄介な作業ですが、現代の開発者にとってはまず避けられないものです。 しかも、基盤インフラストラクチャのせいで事態はいっそう複雑化しています。こうしたインフラの多くは、拡張性も、種類も、複雑さもアプリケーションと同程度であるからです。
さらに、モダンなアプリケーションならではの複雑さも合わさり、数多くの課題が生じています。 アプリケーションとインフラストラクチャが巨大化し複雑化するとともに、新機能のデプロイやコードの更新、DevOps ワークフローの合理化といった作業はますます困難になっています。
こうした事態に対する解決策の 1 つが、コンテナ化と呼ばれる仮想化技術です。 この記事では、コンテナ化の概要と、アプリケーションのテストとデプロイを高速化、効率化するうえでのコンテナ化のメリットについて説明します。
コンテナとは？
コンテナとは、移植可能なコンピューティング環境です。 バイナリから、依存関係、設定ファイルまで、アプリケーションの実行に必要なすべてのものが含まれています。
コンテナは、基盤となるホストオペレーティングシステムの上位にある抽象化レイヤーで動作します。 仮想マシン (VM) と同じく分離されており、システムリソースへのアクセスも細かく制限されいます。
ただし、VM では仮想オペレーティングシステムとハイパーバイザーソフトウェアレイヤーが必須であるのに対し、コンテナではソフトウェアレイヤーを介することなくアプリケーションからコンピューティングリソースに直接アクセスできます。
コンテナの場合、仮想化はホストオペレーティングシステムのレベルで行います。 そのため、アプリケーションの実行にあたってリソースを消費する仮想ハードウェアや仮想カーネル、仮想 OS は必要ありません。 そのため、コンテナ化では、ほぼムダなくきわめて効率的に仮想化を行えます。
コンテナは自己完結型の分離環境であり、1 つのホストで複数のコンテナを同時に実行可能です。 コンピューティングリソースに余裕さえあれば、 ホスト上にはいくらでもコンテナを作成できます。
コンテナ化のメリット
開発の現場では、日々、課題の解決のためにコンテナ化の新たな活用法が模索されています。 コンテナ化を有効活用する方法は豊富にあり、どの手法にも固有のメリットがあると考えられます。 開発でコンテナ化が採用される理由には、主として以下のものがあります。
- 移植性
- 効率性
- アジリティ
- デリバリーの高速化
- セキュリティの強化
- アプリの起動の高速化
- 管理の簡素化
- 柔軟性
アプリケーション開発で、コンテナを使用すべきかお悩みですか？ 以降のセクションで、コンテナを使用するメリットを詳しく見てみましょう。
移植性
コンテナ化のメリットを語るなら、”一度記述すればどこでも実行できる” という点は外せません。 コンテナにはすべての依存関係が含まれているため、ほとんどどこにでもアプリケーションを移植できます。新しい環境を考慮してビルドをやり直す必要はありません。
また、コンテナ化では抽象化を行うので、デプロイ先がどこであってもコンテナの動作は変わりません。 そのため、アプリケーションをクラウドや VM、ベアメタルにもデプロイできます。 コンテナ化ツールがホストオペレーティングシステムでサポートされていれば、最小限の手間でデプロイの準備を整えられます。
効率性
コンテナ化は、開発において効率性にきわめて優れた仮想化技術です。 コンテナで効率が高まる理由は 2 つあります。利用可能なすべてのリソースを使用できることと、オーバーヘッドを最小限に抑えられることです。
コンテナを適切に構成して使用すれば、ホストで使用可能なリソースを実質的にすべて利用できるようになります。 コンテナは分離されているため、他のコンテナに干渉することなく動作し、単一のホストだけで多くの機能を実行できます。
また、仮想オペレーティングシステムやハイパーバイザーなど、仮想化技術につきもののボトルネックも解消できます。 仮想カーネルを利用する VM とは異なり、コンテナはホストオペレーティングシステムのカーネルを使用します。 これにより、オーバーヘッドを大幅に削減し、リソースの使用を最小限に抑えられます。
アジリティ
コンテナ化は、DevOps ワークフローの合理化に欠かせない手段です。 コンテナの構築から任意の環境へのデプロイまでを迅速に行えるので、DevOps のさまざまな課題の解決に役立ちます。
タスクが発生したら、すぐにそのタスク用のコンテナを作成し、 不要になったコンテナは再度必要になるまで自動的にシャットダウンする。 これが、オーケストレーションと呼ばれる手法です。 Kubernetes などの技術を取り入れることで、コンテナの調整、管理、スケーリング、削除のプロセスを自動化できます。
Kubernetes は、言わばコンテナのオーケストラの指揮者です。 Kubernetes によるコンテナ管理を利用すれば、複雑なデプロイ工程に時間をとられることなく、問題に迅速に対応して新しいソリューションを打ち出すことができます。
デリバリーの高速化
アップグレードのコンセプトを固めてから実装するまで、どのくらいの時間がかかっているでしょうか。 通常、アプリケーションが大きいほど、アップグレードの実装までの時間は長くなります。 コンテナ化を活用すれば、アプリケーションを切り分けることで時間の問題を解決できます。 どれほど大きなアプリケーションでも、マイクロサービスとして細かく切り分けてしまえるのです。
マイクロサービス化により、大きなアプリケーションも分割してコンテナに収められるようになります。 これで、変更の実装と、新しいコードのデプロイが非常に楽になります。 全体に影響を与えることなく、アプリケーションの一部だけを変更できるからです。
セキュリティの強化
コンテナ化によって環境の分離を実現すると、セキュリティも向上します。 コンテナは個々に分離されているため、アプリケーションは確実にそれぞれの自己完結型環境内で実行されます。 つまり、どれか 1 つのコンテナのセキュリティが侵害されても、同じホスト上にある他のコンテナのセキュリティは保たれます。
コンテナは個々に分離されているだけでなく、ホストオペレーティングシステムからも分離されているため、コンピューティングリソースとのやり取りも最小限です。 これらのような特徴から、コンテナを活用することでアプリケーションのデプロイ時の安全性を本質的に高められます。
アプリの起動の高速化
VM などの他の仮想化技術と比較すると、コンテナは非常に軽量です。 軽量であることには多くのメリットがありますが、その 1 つとして起動時間の短さが挙げられます。 コンテナは、ハイパーバイザーやオペレーティングシステムの仮想化なしでコンピューティングリソースにアクセスできるので、起動はほぼ一瞬です。
起動時間を左右する要因は、アプリケーション自体だけです。 オーバーヘッドによる待機時間が実質的に存在しないため、起動時間はコードの分しか発生しません。 迅速に起動できるので、更新と改善を頻繁に実施できるようになります。
柔軟性
開発にコンテナ化を利用することで、仮想環境でもベアメタル環境でもコードを実行できるようになります。 デプロイ要件が何であれ、コンテナ化すれば対応できるでしょう。 ベアメタル環境を仮想化環境に (または仮想化環境をベアメタル環境に) すぐに切り替える必要が生じた場合でも、アプリケーションをコンテナ化していればいつでも対応できます。
マイクロサービスとしてコンテナ化したアプリケーションは柔軟に扱えるため、一部の要素をベアメタルでホストし、他の要素は仮想クラウド環境にデプロイするということも可能です。
コンテナ化を視野に入れることで、利用可能なリソースを新たな感覚で扱えるようになります。 限界まで使用していると思っていたマシンでも、コンテナ化を使えばさらに処理能力を引き出せるケースもあります。 コンテナ化なしではリソースの上限に達していた状況が、イノベーションのきっかけとなることもあるでしょう。
管理の簡素化
Kubernetes には、ロールバックやアップグレードなど、コンテナ管理を簡素化できるツールが組み込まれており、 インストールの管理も可能です。 また、障害が発生したコンテナの復旧、ヘルスチェックに失敗したコンテナの終了、コンテナのヘルスとステータスの常時モニタリングなど、自己修復機能も用意されています。
さらに、Kubernetes ではリソース管理も自動化できます。 自動化の手順は、コンテナごとに、タスクの処理に使用する CPU と RAM の量を割り当てるだけです。 このように Kubernetes などのツールを使用してコンテナを管理することで、従来の手法に比べてアプリケーションの管理を大幅に簡略化できます。
おわりに
コンテナ化は、IT 分野全般に適用することができる、非常に汎用的な技術です。 適切に使用すれば、デプロイのスピードやワークフローの効率を高め、インフラストラクチャの競合を最小限に抑えることで、DevOps の効率を向上させられます。 また、利用可能なリソースをより有効に活用できるようにもなります。 コンテナは、事実上すべてのコンピューティングリソースを利用するように構成できるうえ、運用のオーバーヘッドもほぼ発生しません。
コンテナ化という概念が生まれたのは、何十年も前の話です。 しかし、Kubernetes や Docker Engine などのモダンなツールの登場によってコンテナは見直され、多くの開発現場でワークフローの最前線に投入されるようになりました。 アプリケーションが複雑化し続けている現代では、今後もコンテナの利用はさらに広がるでしょう。
まだコンテナを活用していない方は、ぜひ今日から開発に取り入れてみてください。
