コンテナ技術の基礎
コンテナ技術の基本概念と、なぜコンテナが現代のアプリケーション開発・デプロイに不可欠なのかを学びます。
目次
コンテナとは
定義
コンテナは、アプリケーションとその依存関係を1つのパッケージにまとめ、どの環境でも一貫して実行できるようにする技術です。
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ コンテナ │
│ ┌─────────────────────────────────────────┐ │
│ │ アプリケーション │ │
│ ├─────────────────────────────────────────┤ │
│ │ ライブラリ・依存関係（JDK, Node.js等） │ │
│ ├─────────────────────────────────────────┤ │
│ │ 設定ファイル・環境変数 │ │
│ └─────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────┘
なぜコンテナが必要か
1. 環境の一貫性
開発環境で動くのに本番で動かない...
従来の問題:
┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
│ 開発環境 │ ≠ │ ステージ │ ≠ │ 本番 │
│ Java 11 │ │ Java 17 │ │ Java 21 │
│ Ubuntu │ │ CentOS │ │ Amazon │
│ │ │ │ │ Linux │
└──────────┘ └──────────┘ └──────────┘
コンテナによる解決:
┌─── ───────────────────────────────────────────┐
│ 同一コンテナイメージ │
│ Java 21 + アプリ + 設定 = 常に同じ動作 │
└──────────────────────────────────────────────┘
↓ ↓ ↓
開発環境 ステージ 本番
2. 分離（Isolation）
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ ホストOS │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐│
│ │ コンテナA │ │ コンテナB │ │ コンテナC ││
│ │ Java 11 │ │ Java 21 │ │ Node.js ││
│ │ ポート8080 │ │ ポート8080 │ │ ポート3000 ││
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘│
│ ↓ ↓ ↓ │
│ 異なるJavaバージョンが同一ホストで共存可能 │
└───────────────────── ────────────────────────────────┘
3. 高速な起動
仮想マシン起動: 数分
OS起動 → サービス起動 → アプリ起動
コンテナ起動: 数秒
プロセス起動のみ
仮想マシンとの比較
アーキテクチャの違い
仮想マシン（VM） コンテナ
┌─────────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐
│ App A │ App B │ │ App A │ App B │ App C │
├─────────────┼────────────┤ ├──────────┼────────┼───────┤
│ Guest OS │ Guest OS │ │ Bins │ Bins │ Bins │
│ (Ubuntu) │ (CentOS) │ │ Libs │ Libs │ Libs │
├─────────────┴────────────┤ ├──────────┴────────┴───────┤
│ Hypervisor │ │ Container Engine │
├──────────────────────────┤ │ (Docker) │
│ Host OS │ ├───────────────────────────┤
├──────────────────────────┤ │ Host OS │
│ Hardware │ ├───────────────────────────┤
└──────────────────────────┘ │ Hardware │
└───────────────────────────┘
比較表
| 項目 | 仮想マシン | コンテナ |
|---|---|---|
| 起動時間 | 分単位 | 秒単位 |
| サイズ | GB単位 | MB単位 |
| リソース効率 | 低い（OS分のオーバーヘッド） | 高い |
| 分離レベル | 完全（ハードウェアレベル） | プロセスレベル |
| 密度 | 1ホストに数十VM | 1ホストに数百コンテナ |
| セキュリティ | 高い | 中程度（カーネル共有） |
| 用途 | 異なるOSが必要な場合 | マイクロサービス |
使い分け
VMが適している場合:
- 異なるOSカーネルが必要（Linux上でWindows）
- 完全な分離が必要（マルチテナント基盤）
- レガシーアプリケーション
コンテナが適している場合:
- マイクロサービスアーキテクチャ
- CI/CDパイプライン
- 開発環境の標準化
- スケーラブルなWebサービス
Dockerの基本概念
Docker Engine
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ Docker Client (CLI) │
│ docker run, build, push │
└────────────────────┬────────────────────────────┘
│ REST API
┌────────────────────▼────────────────────────────┐
│ Docker Daemon (dockerd) │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ Images │ │ Containers │ │ Networks │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └──────────┘ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ Volumes │ │ Plugins │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ │
└────────────────────┬────────────────────────────┘
│
┌────────────────────▼────────────────────────────┐
│ Container Runtime │
│ (containerd + runc) │
└─────────────────────────────────────────────────┘
主要コンポーネント
1. イメージ（Image）
コンテナの設計図（読み取り専用テンプレート）
# イメージの取得
docker pull eclipse-temurin:21-jre
# イメージの一覧
docker images
# 出力例
REPOSITORY TAG IMAGE ID SIZE
eclipse-temurin 21-jre abc123def456 267MB
postgres 16 def789ghi012 412MB
2. コンテナ（Container）
イメージから作成された実行インスタンス
# コンテナの作成と起動
docker run -d --name my-app eclipse-temurin:21-jre
# コンテナの一覧
docker ps
# 出力例
CONTAINER ID IMAGE STATUS NAMES
a1b2c3d4e5f6 eclipse-temurin:21-jre Up 5 minutes my-app
3. ボリューム（Volume）
永続データの保存場所
# ボリュームの作成
docker volume create my-data
# ボリュームをマウントしてコンテナ起動
docker run -d \
-v my-data:/var/lib/postgresql/data \
postgres:16
4. ネットワーク（Network）
コンテナ間の通信を管理
# ネットワークの作成
docker network create my-network
# ネットワークに接続してコンテナ起動
docker run -d --network my-network --name db postgres:16
docker run -d --network my-network --name app my-app:latest
コンテナイメージ
レイヤー構造
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Layer 4: アプリケーション (JAR) │ ← 変更頻度: 高
├─────────────────────────────────────────┤
│ Layer 3: 依存ライブラ リ │ ← 変更頻度: 中
├─────────────────────────────────────────┤
│ Layer 2: JDK 21 │ ← 変更頻度: 低
├─────────────────────────────────────────┤
│ Layer 1: ベースOS (Alpine/Debian) │ ← 変更頻度: 低
└─────────────────────────────────────────┘
各レイヤーは読み取り専用
キャッシュにより、変更のないレイヤーは再利用される
イメージタグ
# タグの形式
レジストリ/リポジトリ:タグ
# 例
docker.io/library/postgres:16 # Docker Hub公式
ghcr.io/myorg/my-app:v1.0.0 # GitHub Container Registry
123456789.dkr.ecr.ap-northeast-1.amazonaws.com/my-app:latest # AWS ECR
# タグのベストプラクティス
my-app:latest # 開発用（本番では避ける）
my-app:v1.2.3 # セマンティックバージョン（推奨）
my-app:abc123def # Gitコミットハッシュ
my-app:20240115-1 # 日付ベース
イメージサイズの最適化
サイズ比較:
┌────────────────────────────────────────────┐
│ ubuntu:22.04 77MB │
├────────────────────────────────────────────┤
│ debian:bookworm-slim 74MB │
├────────────────────────────────────────────┤
│ alpine:3.19 7MB │
├────────────────────────────────────────────┤
│ distroless/java21 ~200MB │
│ (Googleの最小イメージ) │
└────────────────────────────────────────────┘
コンテナレジストリ
主要なレジストリ
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ コンテナレジストリ │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ パブリック │
│ ├── Docker Hub (docker.io) 最大のパブリックレジス トリ │
│ ├── GitHub Container Registry GitHubとの連携が容易 │
│ └── Quay.io Red Hat運営 │
│ │
│ クラウドプロバイダ │
│ ├── Amazon ECR AWSとの統合 │
│ ├── Google Container Registry GCPとの統合 │
│ └── Azure Container Registry Azureとの統合 │
│ │
│ プライベート │
│ ├── Harbor CNCF認定、エンタープライズ │
│ └── JFrog Artifactory 汎用アーティファクト管理 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
基本操作
# Docker Hubへのログイン
docker login
# プライベートレジストリへのログイン
docker login ghcr.io
docker login 123456789.dkr.ecr.ap-northeast-1.amazonaws.com
# イメージのプッシュ
docker tag my-app:v1.0.0 ghcr.io/myorg/my-app:v1.0.0
docker push ghcr.io/myorg/my-app:v1.0.0
# イメージのプル
docker pull ghcr.io/myorg/my-app:v1.0.0
コンテナのライフサイクル
状態遷移
docker create
┌──────────────────────────────┐
│ ▼
┌───────┴───────┐ ┌──────────────┐
│ Image │ │ Created │
│ (イメージ) │ │ (作成済) │
└───────────────┘ └──────┬───────┘
│ docker start
▼
┌──────────────┐
docker restart ───▶│ Running │◀─── docker unpause
│ (実行中) │
└──────┬───────┘
│
┌─────────────────┼─────────────────┐
│ │ │
docker stop docker pause プロセス終了
│ │ │
▼ ▼ ▼
┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐
│ Stopped │ │ Paused │ │ Exited │
│ (停止済) │ │ (一時停止) │ │ (終了) │
└─── ───────────┘ └──────────────┘ └──────┬───────┘
│ │
└──────────────┬─────────────────────┘
│ docker rm
▼
┌──────────────┐
│ Deleted │
│ (削除済) │
└──────────────┘
基本操作
# コンテナの作成と起動
docker run -d --name idp-server \
-p 8080:8080 \
-e SPRING_PROFILES_ACTIVE=docker \
my-idp-server:latest
# コンテナの停止
docker stop idp-server
# コンテナの再起動
docker restart idp-server
# コンテナの削除
docker rm idp-server
# 実行中のコンテナ内でコマンド実行
docker exec -it idp-server /bin/sh
# ログの確認
docker logs -f idp-server
リソース制限
# CPUとメモリの制限
docker run -d \
--name idp-server \
--cpus="2.0" \
--memory="4g" \
--memory-swap="4g" \
my-idp-server:latest
# 制限の確認
docker stats idp-server
# 出力例
CONTAINER ID NAME CPU % MEM USAGE / LIMIT MEM %
a1b2c3d4e5f6 idp-server 25.5% 2.1GiB / 4GiB 52.50%
IDサービスでの活用
開発環境の標準化
# docker-compose.yml（開発環境）
version: '3.8'
services:
idp-server:
build: .
ports:
- "8080:8080"
environment:
- SPRING_PROFILES_ACTIVE=local
- DATABASE_URL=jdbc:postgresql://db:5432/idp
depends_on:
- db
- redis
db:
image: postgres:16
environment:
POSTGRES_DB: idp
POSTGRES_USER: idp
POSTGRES_PASSWORD: secret
volumes:
- postgres-data:/var/lib/postgresql/data
redis:
image: redis:7-alpine
ports:
- "6379:6379"
volumes:
postgres-data:
本番デプロイパターン
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Kubernetes Cluster │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Deployment │ │
│ │ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐│ │
│ │ │ Pod │ │ Pod │ │ Pod ││ │
│ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ │ │ ┌───────────┐ ││ │
│ │ │ │idp-server │ │ │ │idp-server │ │ │ │idp-server │ ││ │
│ │ │ │ :8080 │ │ │ │ :8080 │ │ │ │ :8080 │ ││ │
│ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ │ │ └───────────┘ ││ │
│ │ └───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────┘│ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ▲ │
│ │ │
│ ┌─────────────────────────┴───────────────────────────┐ │
│ │ Service │ │
│ │ (LoadBalancer / Ingress) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
セキュリティ考慮事項
# セキュアなDockerfile例
FROM eclipse-temurin:21-jre-alpine
# 非rootユーザーの作成
RUN addgroup -g 1000 appgroup && \
adduser -u 1000 -G appgroup -D appuser
# アプリケーションのコピー
WORKDIR /app
COPY --chown=appuser:appgroup target/*.jar app.jar
# 非rootユーザーで実行
USER appuser
# ヘルスチェック
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=60s \
CMD wget -q --spider http://localhost:8080/actuator/health || exit 1
# 実行
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]
まとめ
コンテナの主なメリット
| メリット | 説明 |
|---|---|
| 環境の一貫性 | 開発・テスト・本番で同一イメージ |
| 高速なデプロイ | 秒単位での起動・停止 |
| リソース効率 | VMより軽量で高密度 |
| スケーラビリティ | 水平スケーリングが容易 |
| 分離 | アプリケーション間の独立性 |
次のステップ
- Dockerfile ベストプラクティス - 効率的なイメージ作成
- Docker Compose - 複数コンテナの管理
- Dockerコマンドリファレンス - よく使うコマンド集