はじめに
現代の情報技術の世界では、アプリケーション管理はますます複雑化し、高い柔軟性が求められています。企業は、複数の環境でアプリケーションを実行しながら、安全性と拡張性を確保する必要があります。そこで登場するのが、コンテナとその関連ツールやプラットフォームです。これらは、効率的にこれらの課題を解決する方法として広く採用されています。
この記事では、コンテナとコンテナオーケストレーションツールの基本的な概念、誕生の背景、そしてその利点について解説します。その後、簡単なアプリケーションをコンテナとコンテナオーケストレーションを使って構築し、どのように動作するかを見ていきます。
コンテナとは？
コンテナとは、文字通り「容器」を意味し、その概念と役割に非常に近いものです。実際には、すべての関連するソフトウェアを単一のパッケージにまとめ、あらゆるシステム上でアプリケーションを実行するための独立した環境を作成する方法です。各コンテナには、アプリケーションを実行するために必要なすべてのコンポーネントが含まれ、信頼性が高く、移植性と柔軟性があります。つまり、どの環境でも依存関係を気にせずに実行できます。
かつては、異なる環境（開発、ステージング、本番など）にアプリケーションをデプロイする際に、ライブラリのインストールやオペレーティングシステムの互換性など、多くの問題に対処する必要がありました。環境が変更されたり拡張されたりするたびに、これらの作業を繰り返す必要があり、その過程でエラーが発生しやすく、コストがかかり、予期せぬバグが発生する可能性がありました。
仮想化技術とアプリケーションのコンテナ化の導入により、一度ビルドして何度も使用できるようになり、これらの問題はほぼ解消されました。
現在最も普及しているアプリケーションパッケージングプラットフォームの一つがDockerエンジン、通称Dockerです。Dockerはあまりにも普及しているため、コンテナと言えばDockerを連想しますが、PodmanなどDockerを使わずにコンテナをビルドできるツールもあります。この記事の後半では、Dockerを使ってアプリケーションをデプロイしますが、 DockerエンジンはDockerfileに基づいてアプリケーションをコンテナにパッケージングするプラットフォームであり、Docker自体がコンテナではないことを明確にしておきます。
コンテナオーケストレーションとは？
コンテナは非常に効率的に機能しますが、もちろんその制限もあります。
複雑で大規模なアプリケーションの増加に伴い、個々のコンテナの管理では不十分になりました。コンテナオーケストレーションは、この問題を解決するために生まれ、コンテナのライフサイクルを管理し、デプロイ、設定、ネットワーク管理のプロセスを自動化します。Kubernetes、Elastic Container Service、Docker Swarm、Apache Mesosなどのコンテナオーケストレーションツールは強力な管理機能を提供し、コンテナ化されたアプリケーションの管理を容易かつ効果的にします。
コンテナオーケストレーションは、情報技術の分野において大きな革新をもたらし、柔軟で効率的かつ容易に管理できるアプリケーションの構築とデプロイを可能にしました。
コンテナオーケストレーションの動作原理
ほとんどのコンテナオーケストレーションプラットフォームは、宣言的なモデルをサポートしており、ユーザーが逐一指示を与えなくても望む結果を定義することができます。開発者はYAMLやJSON形式の設定ファイルを書いて、望ましい構成を記述します。これらの設定ファイルの役割は以下の通りです：
- アプリケーションを実行するためのコンテナイメージを特定する
- イメージの所在場所（例：Docker Hub）を管理ツールに指示する
- 各コンテナのネットワークアドレスとポートを特定する
- コンテナ間でのデータ通信の安全性を確保する
- ストレージブロックとログを使用するための接続性を提供する
ほとんどの開発チームは、異なる環境でアプリケーションをテストできるように設定ファイルを管理し、バージョン管理します。
設定ファイルが提供された後、コンテナオーケストレーションは自動的にコンテナのデプロイをスケジュールします。プラットフォームは、CPU、メモリの利用可能量、または設定ファイルで指定された他の条件（例：メタデータや特定のサーバーの距離など）に基づいて、最適なサーバーを選択します。
コンテナが展開された後、オーケストレーションツールは、コンテナ内に含まれるアプリケーションのライフサイクルを管理します：
- スケーラビリティの管理、トラフィックのルーティング、コンテナ間のリソース配分
- 各コンテナの高可用性とパフォーマンスの確保
- アプリケーションの状態とパフォーマンスを監視するためのログデータの収集と保存
- 問題が発生した場合のトラブルシューティングとコンテナの自動復旧
コンテナオーケストレーションは、従来のサーバーからあらゆる種類のクラウド展開まで、コンテナをサポートする任意の環境で動作します。
コンテナオーケストレーションの利点
コンテナの作成と管理
コンテナオーケストレーションにより、事前にパッケージ化されたDockerイメージに基づいてコンテナを作成し、管理することができます。コンテナは、アプリケーションに必要なすべての依存関係を含み、ソースコードや設定を変更することなく、複数のサーバーやクラウドプラットフォームにデプロイすることができます。これにより、一貫性のある自動化されたアプリケーションデプロイプロセスが実現します。
アプリケーションの柔軟なスケーリング
コンテナオーケストレーションは、リソース要件やワークロードに基づいて、同時に実行するアプリケーションのインスタンス数を詳細に制御する機能を提供します。これにより、ニーズに応じてアプリケーションのスケールを柔軟に調整でき、パフォーマンスや拡張性の問題を回避することができます。
コンテナのライフサイクル管理
Kubernetes、Docker Swarm Mode、Apache Mesosなどのコンテナオーケストレーションツールは、組織内や複数の組織間で多くのサービスを自動化を通じて容易に管理できるようにします。このオーケストレーションにより、デプロイからスケーリング、縮小まで、コンテナのライフサイクル全体を維持し、管理することができます。
コンテナの状態監視
Kubernetes、Elastic Container Service (ECS)などのオーケストレーションプラットフォームの監視機能は、各サービスのリアルタイムのステータスを表示するダッシュボードを提供します。これにより、管理者はコンテナの状態を全体的に把握し、必要に応じて迅速に問題を解決できます。
自動デプロイ
Jenkinsのような自動化ツールは、開発者がリモートで作業できるようにし、ソースコード管理システムに直接アクセスすることなく変更をリモートサーバーにデプロイできます。これにより、デプロイプロセスの一貫性と安定性が保証されます。
まとめ
コンテナとコンテナオーケストレーションは、現代のアプリケーション管理において不可欠なツールとなっています。これらの技術を理解し、効果的に利用することで、アプリケーションのデプロイ、管理、スケーリングが容易になります。次回の記事では、具体的な例として、PHP LaravelフレームワークとAmazon ECSを使用して、コンテナとコンテナオーケストレーションを実際に体験してみましょう。