Python3.4 + Djangoで作るWebアプリケーション(Part.1 環境構築編)

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概要

PythonのWebフレームワークであるDjangoを使って、Webアプリケーションを作っていきます。
私自身がネットワークエンジニアでありWebアプリケーション開発の初心者なので、
備忘録と手順をまとめる意図でゼロベースでインフラ環境を構築するところから書いています。

いざ書き始めると膨大なメモに成ってしまったので、全3回くらいに分けています。
初回は環境構築を中心に紹介します。

いきなりDjangoアプリを作りたい方はこちらからスタートしてください。
Python3.4 + Djangoで作るWebアプリケーション(Part.2 アプリ開発編)

Python Webフレームワーク

日本でWebアプリケーション開発というと、RubyとそのWebフレームワークであるRuby on Railsが圧倒的に有名ですが、
PythonでもWebフレームワークがいくつか用意されており、その中でも有名で多く使われている2つを紹介します。

Django

Python Webフレームワークとしては最も利用されています。テンプレートエンジンやORM(データベースとプログラム上のオブジェクトをマッピングしてくれる機能)、テスト機能や日本語化機能などを包括しているオールインワン型のWebフレームワークです。またWebアプリケーションの管理者用GUIを自動生成してくれる便利な機能もあります。操作する対象ファイルが多いので学習コストはありますが、実サービスでも十分運用していくことができるので長く使い続けることができます。

Flask

Flaskは軽量なWebフレームワークで、Djangoの次に人気があるようです。オールインワン型のDjangoに比べると少ないファイル構造で構成されており、学習コストも低いです。
データベースを使わないような規模の小さいWebアプリケーションの開発に向いています。
規模の大きいWebアプリケーションを作成する場合には、他のPythonパッケージを組み合わせながら開発することになります。


Python には、これらのほかにBottle, Pyramid, Tornade, PloneといったWebフレームワークがあります。現時点では上記2つが非常に多く使われているようです。

今回はDjangoを用いてWebアプリケーションを開発していきます。
業務で使うWebアプリケーションを開発する場合は、Djangoを利用することで広範囲の機能をカバーすることができます。
初めは苦戦はするかもしれませんが、早い段階からDjangoに慣れておくことをお勧めします。
Djangoを使うことで、モダンなWeb開発プロセスも学ぶことができます。

環境構築

まずは環境構築を進めていきます。以下の環境で開発を進めていきます。

  • ホストマシン
    • MacBookAir OSX Yosemite 10.10.5
  • 仮想マシン管理ソフトウェア
    • Virtualbox 4.3.18
    • Vagrant 1.7.4
  • 仮想マシン
    • CentOS 7.1.1503
  • Python version
    • Python 3.4.3
  • Web フレームワーク
    • Django 1.8.4
  • データベース
    • MariaDB 10.1.7
  • Webサーバ
    • nginx 1.9.4

Vagrantで仮想マシンを構築

開発用途で仮想マシンを作ったり、壊したりすることが多い場合は、Vagrantを利用すると便利です。
またVagrantのフォルダ共有機能を使うことで、仮想マシン上にあるファイルをホストマシンの使い慣れたテキストエディタで編集することができるので、
アプリケーションを楽に開発することができます。

まずは適当なディレクトリを作ります。

% mkdir django_apps
% cd django_apps

次に、下記のコマンドでvagrantの設定ファイルを作成します。

% vagrant init

そうすると下記のようなファイルが作成されます。

% ls -al
total 8
drwxr-xr-x   3 taiji  staff   102  9 18 01:04 ./
drwxr-xr-x  18 taiji  staff   612  9 18 01:03 ../
-rw-r--r--   1 taiji  staff  3016  9 18 01:04 Vagrantfile

次にVagrant boxで公開されているCentOS7のイメージをダウンロードおよびインストールをします。

まずhttp://www.vagrantbox.es/ にて公開されているCentOS7のboxファイルのダウンロードを実施します。
(完了までに数分かかります。)

% vagrant box add centos70 https://github.com/holms/vagrant-centos7-box/releases/download/7.1.1503.001/CentOS-7.1.1503-x86_64-netboot.box

==> box: Box file was not detected as metadata. Adding it directly...
==> box: Adding box 'centos70' (v0) for provider:
    box: Downloading: https://github.com/holms/vagrant-centos7-box/releases/download/7.1.1503.001/CentOS-7.1.1503-x86_64-netboot.box
==> box: Successfully added box 'centos70' (v0) for 'virtualbox'!

vagrantfileを編集して、下記のような内容に変更します。
ここでDjangoで作成したWebアプリケーションにhttpアクセスするためのネットワーク設定も追加しています。

Vagrant.configure(2) do |config|
   config.vm.box = "centos70"
   config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.15"
end

Vagrantfileで記述した設定で仮想マシンを起動します。(起動まで数分かかります)

% vagrant up

仮想マシンが正常に立ち上がれば、下記コマンドで確認することができます。

% vagrant status
Current machine states:

default                   running (virtualbox)

The VM is running. To stop this VM, you can run `vagrant halt` to
shut it down forcefully, or you can run `vagrant suspend` to simply
suspend the virtual machine. In either case, to restart it again,
simply run `vagrant up`.

正しく作成されたか、ログインして確認します

% vagrant ssh
Welcome to your Vagrant-built virtual machine.
[vagrant@localhost ~]$

仮想マシン、ホストマシンのフォルダ共有が有効になっているか確認します。
デフォルトでは、仮想マシンの/vagrantディレクトリと、ホストマシンのVagrantfileが設置されたディレクトリが共有されています。
ここでは共有機能をテストするために、簡単なファイルを設置してみます。

仮想マシン
[vagrant@localhost ~]$ cd /vagrant/
[vagrant@localhost vagrant]$ date >date.txt
[vagrant@localhost vagrant]$ cat date.txt
Fri Sep 18 04:57:51 UTC 2015

[vagrant@localhost vagrant]$ ls -la
total 12
drwxr-xr-x   1 vagrant vagrant  170 Sep 18 04:57 .
dr-xr-xr-x. 18 root    root    4096 Sep 18 04:48 ..
drwxr-xr-x   1 vagrant vagrant  102 Sep 17 16:11 .vagrant
-rw-r--r--   1 vagrant vagrant 3226 Sep 18 04:44 Vagrantfile
-rw-r--r--   1 vagrant vagrant   29 Sep 18 04:57 date.txt
ホストマシン
% ls -la
total 16
drwxr-xr-x   5 taiji  staff   170  9 18 13:57 ./
drwxr-xr-x  18 taiji  staff   612  9 18 01:03 ../
drwxr-xr-x   3 taiji  staff   102  9 18 01:11 .vagrant/
-rw-r--r--   1 taiji  staff  3226  9 18 13:44 Vagrantfile
-rw-r--r--   1 taiji  staff    29  9 18 13:57 date.txt

% cat date.txt
Fri Sep 18 04:57:51 UTC 2015

仮想マシンが正常に作成できたことが確認できました。

CentOSにインストールされている全パッケージを最新にしておきます。

[vagrant@localhost vagrant]$ sudo yum update -y

これで仮想マシンにおける準備はOKです。

次章では、仮想マシンにPythonとDjango
をインストールしていきます。

Python3系をインストール

CentOS7では、デフォルトでPython2.7.5がインストールされています。

[vagrant@localhost vagrant]$ python --version
Python 2.7.5

ここではPython3系の最新版であるPython3.4.3をインストールします。

[vagrant@localhost ~]$ cd /usr/local/src
[vagrant@localhost src]$ sudo wget https://www.python.org/ftp/python/3.4.3/Python-3.4.3.tgz
[vagrant@localhost src]$ sudo tar xzvf Python-3.4.3.tgz
[vagrant@localhost src]$ ls -al
total 19108
drwxr-xr-x.  3 root   root         48 Sep 18 05:05 .
drwxr-xr-x. 12 root   root       4096 Jul 14 05:11 ..
drwxrwxr-x  15 veewee veewee     4096 Feb 25  2015 Python-3.4.3
-rw-r--r--   1 root   root   19554643 Feb 25  2015 Python-3.4.3.tgz
[vagrant@localhost src]$ cd Python-3.4.3
[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ sudo ./configure
[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ sudo make
[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ sudo make altinstall

/usr/local/bin/配下にpython3.4がインストールされたことが確認できます。

[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ ls -al /usr/local/bin
total 22356
drwxr-xr-x.  2 root root     4096 Sep 18 05:09 .
drwxr-xr-x. 12 root root     4096 Jul 14 05:11 ..
-rwxr-xr-x   1 root root      101 Sep 18 05:09 2to3-3.4
-rwxr-xr-x   1 root root      241 Sep 18 05:09 easy_install-3.4
-rwxr-xr-x   1 root root       99 Sep 18 05:09 idle3.4
-rwxr-xr-x   1 root root      213 Sep 18 05:09 pip3.4
-rwxr-xr-x   1 root root       84 Sep 18 05:09 pydoc3.4
-rwxr-xr-x   2 root root 11423753 Sep 18 05:09 python3.4
-rwxr-xr-x   2 root root 11423753 Sep 18 05:09 python3.4m
-rwxr-xr-x   1 root root     3032 Sep 18 05:09 python3.4m-config
-rwxr-xr-x   1 root root      236 Sep 18 05:09 pyvenv-3.4

インストールされたPythonのバージョンを確認します。

[vagrant@localhost ~]$ /usr/local/bin/python3.4 --version
Python 3.4.3

Python 3.4.3コマンドのPATHを通します。

[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ sudo ln -s /usr/local/bin/python3.4 /usr/bin/python3

こうすることで「python3」コマンドでPython3.4.3を呼び出すことができるので、用途に応じてPython2系とPython3系を使い分けることができます。

[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ python3 --version
Python 3.4.3
[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ python --version
Python 2.7.5

pipをインストール

Pythonのパッケージマネージャであるpipを利用する環境を構築します。
Python2系では2.7.9以降、Python3系では3.4以降からpipがデフォルト機能としてインストールされています。

[vagrant@localhost ~]$ python3 -m pip list
You are using pip version 6.0.8, however version 7.1.2 is available.
You should consider upgrading via the 'pip install --upgrade pip' command.
pip (6.0.8)
setuptools (12.0.5)

pipのversionが古いようなので下記コマンドでpipをupgradeします。

[vagrant@localhost ~]$ sudo python3 -m pip install --upgrade pip

[vagrawnt@localhost ~]$ sudo python3 -m pip --version
pip 7.1.2 from /usr/local/lib/python3.4/site-packages (python 3.4)

pipを使うたびに「 python3 -m pip」というコマンドを打つのは面倒なので、
ここではシンボリックリンクで「pip3」コマンドでPython3系のpipを呼び出すようにします。

[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ sudo ln -s /usr/local/bin/pip3.4  /usr/bin/pip3

[vagrant@localhost Python-3.4.3]$ pip3 --version
pip 7.1.2 from /usr/local/lib/python3.4/site-packages (python 3.4)

参考 : Python2.7.8以前、Python3.3系以前でpipをインストール

Python2.7.8以前、Python3.3系以前では、pipは別途インストールする必要があります。
その場合は下記の手順を試してください。
今回はPython3.4系を利用しますので、実行しなくてOKです。

$ sudo wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py

#rootユーザにインストール
$ sudo python get-pip.py

#非rootユーザにインストール
$ python get-pip.py –user

pyvenvで仮想実行環境を構築

次にpyvenv環境を構築します。
pyenvは利用パッケージやpythonのバージョンを、プロジェクト単位で切り替えることができる仮想実行環境です。
開発段階においては複数の機能実装を並行して開発する場合が多く、
仮想実行環境を利用することでより、アプリケーションごとに開発環境を切り替えてテストしたり、
アプケーションを動作させるためのパッケージを明文化することができます。
Python2系ではvirtualenvなどをインストールする必要がありましたが、
Python3系ではpyvenvというデフォルト機能として提供されています。

まず/vagrantディレクトリにアリケーション用のディレクトリを作ります。

[vagrant@localhost ~]$ cd /vagrant/
[vagrant@localhost vagrant]$ mkdir django_apps
[vagrant@localhost vagrant]$ cd django_apps/

次に作成したディレクトリに、pyvenvで仮想環境を構築します。
このときPython3.4.3をデフォルト設定するようにします。

[vagrant@localhost app1]$ pyvenv-3.4 venv_app1

[vagrant@localhost django_apps]$ ls -la
total 0
drwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 102 Sep 18 06:05 .
drwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 204 Sep 18 06:02 ..
drwxr-xr-x 1 vagrant vagrant 238 Sep 18 06:04 venv_app1

作成した仮想実行環境に読み込みます。

[vagrant@localhost django_apps]$ source venv_app1/bin/activate
(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$

専用の仮想実行環境を構築することができました。
仮想環境の状態を確認してみます。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ python --version
Python 3.4.3
(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ which python
/vagrant/django_apps/venv_app1/bin/python

このように、作成されたvenv_app1ディレクトリ配下に新たにPython実行環境が作成されていることがわかります。
pipについても同様に、venv_app1ディレクトリ配下に作成されていることが確認できます。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip --version
pip 6.0.8 from /vagrant/django_apps/venv_app1/lib/python3.4/site-packages (python 3.4)

pyvenv環境のpipもバージョンが古いので、upgradeしておきます。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip install --upgrade pip

なお仮想実行環境から離脱する場合は、下記のようにします。

(env_app1)[vagrant@localhost app1]$ deactivate
[vagrant@localhost app1]$

再度、仮想実行環境にログインする場合は、作成時と同じコマンドを入力します。

[vagrant@localhost django_apps]$ source venv_app1/bin/activate
(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$

以降の章では、作成した仮想実行環境「venv_app1」を使って進めていきます。

MriaDBをインストール

MariaDBはMySQLをフォークして立ち上げられたプロジェクトであり、MySQLと機能互換があります。
MySQLと同様のデータベース操作コマンドやPythonパッケージを使うことができます。

MariaDBをインストールしていきます。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ sudo yum install -y mariadb-server mariadb-devel

MariaDBをPythonプログラムから操作するために、mysqlclientパッケージをインストールします。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip install  mysqlclient

MariaDBを起動します

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ sudo systemctl start mariadb
(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ sudo systemctl enable mariadb

MariaDBにrootユーザでログインします。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$  mysql -u root

Welcome to the MariaDB monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MariaDB connection id is 2
Server version: 5.5.44-MariaDB MariaDB Server

Copyright (c) 2000, 2015, Oracle, MariaDB Corporation Ab and others.

Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

今回作成するWebアプリケーション用に、新規にデータベースを作成します。
ここでは、「app1_db」という名前のデータベースを作成します。

MariaDB [(none)]> CREATE DATABASE app1_db CHARACTER SET utf8;

Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

作成したデータベースにアクセスできるユーザを作成します。
ここでは「app1_user」という名前のユーザを作成します。
パスワードは「app1_passwd」を設定しています。

MariaDB [(none)]> GRANT ALL PRIVILEGES ON app1_db.* TO app1_user@localhost IDENTIFIED BY 'app1_passwd';

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

一旦MySQLプロンプトを終了します。

MariaDB [(none)]> exit
Bye

正常にデータベースとユーザが作成されたか確認するために、新しいユーザでログインします。

# -pの後にスペースを入れないように注意
(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$  mysql -u app1_user -papp1_passwd

MariaDB [(none)]> SHOW DATABASES;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| app1_db            |
| test               |
+--------------------+
3 rows in set (0.00 sec)

app1_dbが正常に作成されたことを確認することができました。

これでMariaDBの初期設定は完了です。
Djangoを使っていると、直接、MariaDBコマンドを叩く機会は多くはありません。
Webアプリケーションを開発するときは、DjangoのORM(Object-Relational Mapping)機能を利用することで
Models.pyという設定ファイルに書かれた内容を元に、動的にデータベースが反映されていきます。

nginxをインストール

Webサーバとしてnginxをインストールしていきます。

仮想マシンに、nginx yum レポジトリを追記します。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ cd /etc/yum.repos.d/

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ sudo vi nginx.repo

# 下記を記載
## ここでは最新versionをインストールするように記載しています。
[nginx]
name=nginx repo
baseurl=http://nginx.org/packages/mainline/centos/$releasever/$basearch/
gpgcheck=0
enabled=1

nginx.repoが作成されたことを確認します。

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ ls -al
total 44
drwxr-xr-x.  2 root root 4096 Sep 18 09:58 .
drwxr-xr-x. 79 root root 8192 Sep 18 06:33 ..
-rw-r--r--.  1 root root 1664 Mar 31 22:27 CentOS-Base.repo
-rw-r--r--.  1 root root 1309 Mar 31 22:27 CentOS-CR.repo
-rw-r--r--.  1 root root  649 Mar 31 22:27 CentOS-Debuginfo.repo
-rw-r--r--.  1 root root 1331 Mar 31 22:27 CentOS-Sources.repo
-rw-r--r--.  1 root root 1002 Mar 31 22:27 CentOS-Vault.repo
-rw-r--r--.  1 root root  290 Mar 31 22:27 CentOS-fasttrack.repo
-rw-r--r--   1 root root  109 Sep 18 09:58 nginx.repo

次に、yumコマンドでnginxをインストールします。

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ sudo yum install -y nginx

nginxコマンドを使って、正しくインストールできたことを確認します。

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ nginx -v
nginx version: nginx/1.9.4

nginxを起動させます。

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ sudo systemctl start nginx.service
(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ sudo systemctl enable nginx.service

nginxは下記 2ファイルで設定されています。
デフォルトでは「/usr/share/nginx/html」ディレクトリ配下の「index.html」をWebアクセスできるように設定されています。

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ less /etc/nginx/nginx.conf

user  nginx;
worker_processes  1;

error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
pid        /var/run/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       /etc/nginx/mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;

    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}
(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ less /etc/nginx/conf.d/default.conf
server {
    listen       80;
    server_name  localhost;

    #charset koi8-r;
    #access_log  /var/log/nginx/log/host.access.log  main;

    location / {
        root   /usr/share/nginx/html;
        index  index.html index.htm;
    }

    #error_page  404              /404.html;

    # redirect server error pages to the static page /50x.html
    #
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   /usr/share/nginx/html;
    }

    # proxy the PHP scripts to Apache listening on 127.0.0.1:80
    #
    #location ~ \.php$ {
    #    proxy_pass   http://127.0.0.1;
    #}

    # pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000
    #
    #location ~ \.php$ {
    #    root           html;
    #    fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
    #    fastcgi_index  index.php;
    #    fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  /scripts$fastcgi_script_name;
    #    include        fastcgi_params;
    #}

    # deny access to .htaccess files, if Apache's document root
    # concurs with nginx's one
    #
    #location ~ /\.ht {
    #    deny  all;
    #}
}

デフォルトで用意されているindex.htmlにHTTPアクセスできるか確認してみます。

まず確認する前に、firewalldを停止状態にします。
(フィルタ機能が全停止するので、本番環境での実施には十分に注意してください。)

(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ sudo systemctl stop firewalld
(venv_app1) [vagrant@localhost yum.repos.d]$ sudo systemctl disable firawalld

ここではVagrantfileのprivate_networkの業で指定したのIPアドレスを利用して、ホストマシンのWebブラウザからアクセスすることができます。

http://192.168.33.15/

成功していればWebブラウザで以下のような画面が表示されます。

nginx_snapshot.png

以上でnginxの構築は完了です。

Djangoをインストール

Djangoのパッケージをpipを使ってインストールします。
pipを使うことで、以下のように簡単にインストールをすることができます。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip install django

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip list
Django (1.8.4)
pip (7.1.2)
setuptools (12.0.5)

uWSGIをインストール

Djangoで開発したWebアプリケーションとWebサーバを連動させるインタフェース(WSGI: Web Server Gateway Interfaceと呼ばれます)として、
uWSGIを利用します。

pipを使ってuWSGIパッケージをインストールします。

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip install uwsgi

(venv_app1) [vagrant@localhost django_apps]$ pip list
Django (1.8.4)
mysqlclient (1.3.6)![nginx_snapshot.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/45596/7335cc85-e6a9-860f-8bf5-847b4585dc47.png)

pip (7.1.2)
setuptools (12.0.5)
uWSGI (2.0.11.1)

実際にDjangoアプリケーションとWebサーバを連動させるにはもう少し設定が必要ですが、
そちらはDjangoでWebアプリケーションを作るときに、手順を説明していきます。


環境構築はこれで完了です。
次回から、いよいよDjangoを使ってアプケーションを開発していきます。

Python3.4 + Djangoで作るWebアプリケーション(アプリ開発編)