1. はじめに：仮想マシンとDocker
アプリケーションのデプロイと管理を容易にするために、仮想マシンとDockerが広く使用されています。しかし、これらはアーキテクチャと機能の違いから、それぞれ特定のシナリオで優れたパフォーマンスを発揮します。
2. 仮想マシンとは何か
仮想マシンは物理ハードウェアの上に、仮想化ソフトウェアまたはハイパーバイザーを使用して複数の異なるOS環境を実行する技術です。各仮想マシンは、オペレーティングシステムとその上で実行されるアプリケーション、サービスのすべてを含む完全なシステムとして動作します。しかし、それぞれの仮想マシンが個々のOSを必要とするため、システムリソースの使用効率はDockerよりも低くなります。
3. Dockerとは何か
Dockerは、ソフトウェアとその依存関係を一つのパッケージ、すなわちコンテナにまとめます。そして、DockerはホストシステムのLinuxカーネルを共有するため、コンテナは高速に起動し、軽量な運用が可能です。コンテナ内のアプリケーションは、その実行に必要なライブラリと依存関係を含むため、開発環境から本番環境まで一貫した動作を実現します。
Dockerコンテナは、Linuxカーネルの特定の機能（特に名前空間とコントロールグループ）を使用して、プロセスとリソースの隔離を提供します。コンテナは、その中で実行されるプロセスが他のプロセスと独立して動作するかのように見せるために、これらの機能を使用します。
「プロセス」とは、コンピュータのOSがプログラムの実行を管理するための仕組みで、実行中のプログラムのインスタンスを指します。プロセスはそれぞれ独立したメモリ空間を持ち、一連の手続きやタスクを実行します。システム内で複数のプロセスが同時に実行されることが一般的です。
「リソース」とは、システムがプロセスの実行に必要とする各種の要素を指します。これにはCPU時間、メモリ、ネットワーク接続、ディスクIOなどが含まれます。これらのリソースは限られているため、OSはこれらをプロセス間で適切に割り当てる必要があります。
コンテナはそれぞれが独立したOS環境を持つように見えますが、実際にはすべてのコンテナが同じホストOSのカーネルを共有しています。コンテナに必要なのは、アプリケーションが動作するために必要な最小限のOSの部分だけなので、コンテナは一般的に仮想マシンよりもはるかに軽量です.
この設計は、コンテナの起動時間を短縮します。なぜなら、OS全体をブートするのではなく、必要なプロセスだけを開始すればよいからです。また、メモリ上の占有領域も少なく、スケーラビリティも向上します。
したがって、Dockerコンテナが共通のカーネルを共有することで、それぞれのコンテナはより軽量で、迅速に起動することが可能になります。一方、仮想マシンは各々が完全なOSを含むため、それぞれの起動と実行にはより多くのリソースと時間が必要となります。
4. 仮想マシンとDockerの比較
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システムリソースの使用： DockerはホストOSのカーネルを共有するため、仮想マシンよりも大幅に少ないリソースを使用します。仮想マシンはそれぞれが完全なゲストOSを必要とするため、CPU、メモリ、ストレージの消費が大きくなります。
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ポータビリティ： DockerコンテナはOSのカーネルを共有するため、開発環境からテスト環境、本番環境へとスムーズに移行することができます。一方、仮想マシンはハードウェアとOSの互換性を保証するための追加の調整が必要です。
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起動時間： Dockerコンテナはカーネルを共有し、システムリソースが少ないため、起動は非常に高速です。一方、仮想マシンは完全なOSを起動するため、起動時間が長くなります。
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セキュリティ： 仮想マシンはゲストOSが分離されているため、他の仮想マシンから隔離された環境を提供します。一方、Dockerコンテナはカーネルを共有するため、その隔離レベルは仮想マシンよりも低い可能性があります。
仮想マシンが重くなる理由
仮想マシンが「重い」と感じる理由はいくつかありますが、主な理由は以下のとおりです。
完全なOSの実行:
仮想マシンは完全なOSを実行するため、そのために必要な全てのリソース（CPU、メモリ、ディスクスペースなど）を確保しなければなりません。これは、ホストマシンのリソースを大量に消費するため、全体的なパフォーマンスに影響を与えます。
ハイパーバイザーのオーバーヘッド:
仮想マシンはハイパーバイザー（仮想化ソフトウェア）を介してハードウェアリソースにアクセスします。この間接的なアクセスは、パフォーマンスにオーバーヘッドを生じさせ、仮想マシンの動作を遅くさせます。
起動時間:
仮想マシンはフルのOSを起動する必要があります。OSが全てのサービスとプロセスをロードするのには時間がかかるため、新しい仮想マシンを起動するのには相応の時間がかかります。
一方、Dockerコンテナはこれらの問題を回避します。コンテナは共有カーネルを使用し、完全なOSの代わりにアプリケーションが実行するのに必要な最小限の環境を提供します。これにより、リソース使用量と起動時間が大幅に減少します。また、DockerはOSレベルでの仮想化を使用するため、ハイパーバイザーのオーバーヘッドを避けることができます。これが、Dockerが「軽量」である主な理由です。
5. 使用シーンの選択
仮想マシンはそれぞれが完全なOS環境を提供するため、異なるOSで動作するアプリケーションを同時に実行する必要がある場合や、強固な隔離が必要な場合に適しています。
一方、Dockerはアプリケーションのデプロイ、スケーリング、移植性に優れています。開発者はコードをDockerコンテナにデプロイすることで、それがどの環境でも一貫した動作をすることを確信できます。また、マイクロサービスアーキテクチャを採用している場合、Dockerは各サービスを独立したコンテナとして運用するのに理想的な選択肢となります。
以上が仮想マシンとDockerの概要とその使用シーンについての解説です。これがDockerへの理解の一助となれば幸いです。