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世界⼀わかりみの深い
Docker＆コンテナ⼊⾨
〜 Dockerの基礎からネットワーク・ファイルシステムまで〜
Noriyuki TAKEI
2020年11⽉27⽇
2020/11/27開催 サイオステクノロジーオンライン勉強会資料
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About Me
2
BCPVUNF
Noriyuki TAKEI
Ҫ ٓߦ
Information
• サイオステクノロジー株式会社
• Microsoft MVP for Azure
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Cloud Native, Serverless全般
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@noriyukitakei
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⽬次
1. コンテナってなに︖
2. Dockerってなに︖
3. Dockerfileってなに︖
4. docker-composeってなに︖
5. Dockerのネットワークってどうなってるの︖
6. Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
3
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コンテナってなに︖
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コンテナってなに︖
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コンテナってなに︖
コンテナとは、
平たく⾔ってしまえば、
単なるプロセスです。
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コンテナってなに︖
6
OSの中にOSが⽴てられます。
何が出来るの︖
似たようなのに
仮想化ってあっ
たような・・・。
$FOU04 ϗετ04
8FCαʔόʔ༻$FOU04
σʔλϕʔε༻$FOU04
ϑΝΠϧαʔόʔ༻$FOU04
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コンテナってなに︖
7
仮想化との違い
コンテナはOSが
不要な分だけ
⾼速︕︕
ԾԽ
ίϯςφ
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コンテナってなに︖
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仮想化との違い
Docker上のプロセスとホストOS上のプロセスはカーネルを共有します。
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コンテナってなに︖
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以下のような2つのアプリケーションを⼀つのホストOS上に構築する
ことを考えてみます。
(
.
(
ΞϓϦ
)
;<
)3)
(
- .)
(
ΞϓϦ
)
;<
)3)
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コンテナってなに︖
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仮想化だったら簡単︕︕
(
.
(
ΞϓϦ
)
;<
)3)
(
- .)
(
ΞϓϦ
)
;<
)3)
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コンテナってなに︖
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コンテナではどうやるの︖
(
.
(
ΞϓϦ
) =
>
)3)
(
- .)
(
ΞϓϦ
) =
>
)3)
?;<
?;<
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コンテナってなに︖
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そこで
コンテナでは超重要な概念である
の出番です。
namespace
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コンテナってなに︖
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namespaceとは︖
プロセス、ファイル構造、ユーザーID、グループIDなどを⼀つのOSの中で分
離する技術である。
プログラム⾔語の中ではよく登場する概念である。Javaのパッケージと⾔う概
念とにているものがあり、同⼀の名称を使いたい場合(例えばUser.java)、
namespace
を分けると実現可能となる。
コンテナのコアテクノロジーであるnamespaceという技術は2006年あたりに
Linuxカーネルに実装された技術であり、最新の技術ではない。
package jp.sios.funcA
User.java
package jp.sios.funcB
User.java
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コンテナってなに︖
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(
)2)
)2) )2)
2
/
A
1 B
2
B
1) 32)
)2)
)2) )2)
/
B
A
2
2
1) 32)
2 2 2 2
$!
"
#
2
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(
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)2) )2)
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/
A
1 B
2
B
1) 32)
)2)
)2) )2)
/
B
A
2
2
2
1) 32)
2 2 2 2
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コンテナってなに︖
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では
namespace(コンテナ)
を
作ってみよう
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コンテナってなに︖
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# ps ax
PID TTY STAT TIME COMMAND
1 ? Ss 0:03 /sbin/init
2 ? S 0:00 [kthreadd]
4 ? I< 0:00 [kworker/0:0H]
6 ? I< 0:00 [mm_percpu_wq]
7 ? S 0:00 [ksoftirqd/0]
8 ? I 0:01 [rcu_sched]
…………
# unshare --mount-proc -p --fork /bin/bash
# ps ax
PID TTY TIME CMD
1 pts/0 00:00:00 bash
11 pts/0 00:00:00 ps
namespaceを作成する前は、
プロセスがたくさんあります。
namespace作成にはunshareコマンドを使います。
namespaceを作成したあと
は、プロセス空間が別になる
ので、bashのプロセスしか
ないです。
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コンテナってなに︖
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参考︓コンテナ技術⼊⾨
https://employment.en-japan.com/engineerhub/entry/2019/02/05/103000
$ ROOTFS=$(mktemp -d)
$ CID=$(sudo docker container create centos:centos7)
$ sudo docker container export $CID | tar -x -C $ROOTFS
$ ln -s /usr/local/bin/bash $ROOTFS/bin/bash
$ sudo docker container rm $CID
$ UUID=$(uuidgen)
$ sudo cgcreate -t $(id -un):$(id -gn) -a $(id -un):$(id -gn) -g cpu,memory:$UUID
$ cgset -r memory.limit_in_bytes=10000000 $UUID
$ cgset -r cpu.cfs_period_us=1000000 $UUID
$ cgset -r cpu.cfs_quota_us=300000 $UUID
$ CMD="/bin/sh"
$ cgexec -g cpu,memory:$UUID \
unshare -muinpfr /bin/sh -c "
mount -t proc proc $ROOTFS/proc &&
touch $ROOTFS$(tty); mount --bind $(tty) $ROOTFS$(tty) &&
touch $ROOTFS/dev/pts/ptmx; mount --bind /dev/pts/ptmx $ROOTFS/dev/pts/ptmx &&
ln -sf /dev/pts/ptmx $ROOTFS/dev/ptmx &&
touch $ROOTFS/dev/null && mount --bind /dev/null $ROOTFS/dev/null &&
/bin/hostname $UUID &&
exec capsh --chroot=$ROOTFS --drop=cap_sys_chroot -- -c 'exec $CMD'
"
ファイルシステムやユーザー空間まで分けた実⽤的なCentOS7のnamespace(コ
ンテナ)を作ります。
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先のコマンドは、以下の2つのことを実施しています。
7
7
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こんなにたくさんの
コマンド打つの
めんどくさい・・・
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Dockerを使えば解決
たった1⾏のコマンドで、
先程のダラダラ⻑いコマンドと同じことが
実現出来ます。
$ docker run -it centos:centos7 /bin/bash
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コンテナってなに︖
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namespaceの作成その他コンテナ作成に必要な
もろもろのコマンドの簡略化
コンテナを作成するの必要なOSのイメージを
Docker Hubからダウンロード
つまりDockerで実現できることは主に以下の2つです。
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コンテナってなに︖
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ところで
Docker Hubって
なに︖
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コンテナってなに︖
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Docker Hubとは︖
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コンテナってなに︖
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Dockefileを
使うと
コンテナをカスタマイズ
できます︕︕
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コンテナってなに︖
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CentOS7のイメージにApacheをインストールしてみます。そのため
のDockerfileは以下のとおりです。
Dockerfile
FROM centos:centos7
RUN yum –y install httpd
CentOS7のイメージをダウンロード
Apacheをインストール
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コンテナってなに︖
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Dockerfileを作成し、以下のコマンドを実⾏すると、CentOS7のイ
メージ上にApacheがインストールされたコンテナが作成されます。
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コンテナってなに︖
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さらに作成したコンテナをもとにプライベートリポジトリにオリジナ
ルイメージとしてプッシュ出来ます。
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コンテナってなに︖
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さらにプライベートリポジトリにプッシュしたイメージを他の開発者
に配ることも出来ます。
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もっと複雑な環境を構築するためにDockerfileです。
Dockerfile
FROM centos:centos7
ENV idp_version=3.4.6
# Inatall the libraries neccesary for building Shibboleth IdP
RUN yum -y update && \
yum -y install wget java-1.8.0-openjdk
# Download Shibboleth IdP
RUN wget -q https://shibboleth.net/downloads/identity-provider/$idp_version/shibboleth-identity-provider-
$idp_version.tar.gz && \
tar -zxvf shibboleth-identity-provider-$idp_version.tar.gz -C /opt && \
ln -s /opt/shibboleth-identity-provider-$idp_version/ /opt/shibboleth-idp
COPY bin/ /usr/local/bin/
RUN chmod 750 /usr/local/bin/init-idp.sh
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コンテナってなに︖
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開発環境の構築を例に
仮想化との違いを
考えてみます。
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コンテナってなに︖
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仮想化の場合
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コンテナってなに︖
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仮想化の場合
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コンテナってなに︖
Dockerイメージダウ
ンロード
Dockerイメージから
コンテナを⽣成
コンテナの場合
ϓϥΠϕʔτ
ϦϙδτϦ
システム管理者
システム構成が変更になっ
たDockerイメージをレポジ
トリからにプッシュ
開発環境
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コンテナってなに︖
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コンテナを⽤いると開発環境の構築において以下のようなメリットが
あります。
開発者のPCにDockerさえインストールされていれ
ば、イメージをダウンロードするだけで環境ができ
あがるので、ミスがない
コンテナはカーネルを含まず軽量なのでダウンロー
ドが速い。よって可搬性がよい。
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Dockerってなに︖
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Dockerってなに︖
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前章でDockerの基礎を説明したので、ここでDockerのライフサイク
ルを説明する中でDockerの操作を説明します。
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Dockerってなに︖
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なにはともあれ、まずはDockerイメージのダウンロードをします。
以下のコマンドは、Docker HubからCentOSというイ
メージで、タグがCentOS7(CentOSのバージョンが7)
のDockerイメージをダウンロードするものです。
$ docker pull centos:centos7
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Dockerってなに︖
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次にDockerイメージを元にコンテナを起動します。
$ docker run --name test centos:centos7 /bin/echo hoge
hoge
以下のコマンドを実⾏します。
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次にDockerコンテナを停⽌します。
$ docker stop test
以下のコマンドを実⾏します。
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先程停⽌したコンテナを再開します。
$ docker start test
以下のコマンドを実⾏します。
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先程作成したコンテナをイメージ化します。
以下のコマンドを実⾏します。
$ docker commit test hoge
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先程作成したDockerイメージをレポジトリへPushします。
以下のコマンドを実⾏します。
$ docker login
$ docker tag hoge noriyukitakei/hoge:1.0
$ docker push noriyukitakei/hoge:1.0
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Dockerってなに︖
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実践︕︕
Apacheのコンテナを
起動︕︕
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Dockerってなに︖
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こんな環境を作ります。
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Dockerってなに︖
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Docker Hub
httpd
Dockerイメージ
お休み中のコンテナ
稼働中のコンテナ
PC
httpd
pull
Docker HubからApacheのイメージをpullします。
以下のコマンドを実⾏します。
$ docker pull httpd:2.4.46
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Dockerってなに︖
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Docker Hub
httpd
Dockerイメージ
お休み中のコンテナ
稼働中のコンテナ
PC
httpd
run
Apacheのイメージからコンテナを起動します。
以下のコマンドを実⾏します。
$ docker run -p 8080:80 --name testweb httpd:2.4.41
httpd
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Dockerってなに︖
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$ docker run -p 8080:80 --name testweb httpd:2.4.41
localhostの8080で受けて、
コンテナの80へ転送する。
testwebという名前のコンテ
ナを作成する。コンテナの名
前は、削除したりするのに必
要。
httpd:2.4.41という名前の
Dockerイメージからコンテナ
を作成する。
先程のコマンドの詳細です。
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Dockerってなに︖
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ブラウザを⽴ち上げてhttp://localhost:8080にアクセスして下さい。
以下のような画⾯が表⽰されれば成功ですヮ(ﾟдﾟ)ォ!
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileとは、Dockerのイ
メージを作成する際に実⾏する
コマンドをコード化して、⼀つ
のファイルにまとめたものです。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使わない場合と
使った場合を⽐較してみるとわ
かりやすいです。
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Dockerfileってなに︖
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以下のユースケースをDockerfileを使わない場合と使った場合で⽐較
してみます。
CentOSを構築する。
ApacheとPHPをインストールする。
簡単なPHPアプリを作成する。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使わない場合
まずはCentOS7のイメージからtestwebというコンテナを作成してデーモンと
して起動し、ローカルの8080にアクセスしたらコンテナの80にポートフォ
ワードされるようにします。
$ docker run -d -it -p 8080:80 --name testweb centos:centos7
※ PHPのOfficialイメージを利⽤すればラクチンで実現できますが、ここでは
説明のためにあえて、⾯倒な⽅法でやっていますm(_ _)m
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使わない場合
コンテナにログインします。
$ docker exec -it testweb /bin/bash
Apacheをインストールします。
# yum install httpd
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Dockerfileを使わない場合
phpをインストールします。
# yum install php
Apacheを起動します。
# /usr/sbin/httpd
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Dockerfileを使わない場合
コンテナから抜けます。
# exit
1
2
3
以下のようなPHPファイルを作成します。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使わない場合
コンテナにコピーします。
$ docker cp test.php testweb:/var/www/html
http://localhost:8080/test.phpにアクセスして、以下ような画⾯が表⽰され
れば成功です。
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Dockerfileってなに︖
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まんどくさ
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfile使う場合
以下のDockerfileを作成します。ファイル名はDockerfileとして下さい。
1
2
3
4
5
6
7
FROM centos:centos7
RUN yum -y install httpd php
COPY test.php /var/www/html/
CMD ["/usr/sbin/httpd","-DFOREGROUND"]
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使う場合
先程作成したDockerfileのあるディレクトリで以下のコマンドを実施して下さい。
$ docker build -t testphpimg .
Sending build context to Docker daemon 3.072kB
Step 1/4 : FROM centos:centos7
---> 5e35e350aded
Step 2/4 : RUN yum -y install httpd php
---> Running in afff37dc945e
...
Successfully built 63fa8ae5a4b5
Successfully tagged testphpimg:latest
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使う場合
先程のイメージからコンテナを作成します。
$ docker run -d -p 8080:80 --name testphpimg testweb:latest
http://localhost:8080/test.phpにアクセスしますと先程と同じ結果になる
と思います。
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Dockerfileってなに︖
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先のDockerfileを使うと、内部的には以下のようなことが起きていま
す。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを使ったコンテナの作成は以下の3つのプロセスで⾏われ
ます。次ページからは、最初の例を元にそのプロセスを解説します。
Dockerfileを作成
docker buildコマンドで
Dockerfileを元にイメージを作成
作成したイメージを元にコンテナを起動
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを作成
Dockerfileとは、Docker Hubから取得したイメージに対して実施したいコマ
ンドを書いたものです。先程作成したDockerfileを再び⾒てみましょう。
1
2
3
4
5
6
7
FROM centos:centos7
RUN yum -y install httpd php
COPY test.php /var/www/html/
CMD ["/usr/sbin/httpd","-DFOREGROUND"]
次ページより1⾏ずつ解説します。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを作成
1 FROM centos:centos7
これは、FROMで指定したDockerイメージをベースに、これから記述するコ
マンドを実施しますよという意味です。今回の例ではCentOS7のイメージを
ベースに、様々なコマンドを実⾏するという意味になります。このFROMで指
定したイメージをベースイメージと呼びます。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを作成
3 RUN yum -y install httpd php
FROMで指定したイメージに対してコマンドを実⾏するためにはRUNを使いま
す。このケースでは、ApacheとPHPをインストールします。
5 COPY test.php /var/www/html/
COPYは、ローカルにあるファイルをイメージ上にコピーします。この場合は、
test.phpを/var/www/htmlディレクトリにコピーします。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを作成
7 CMD ["/usr/sbin/httpd","-DFOREGROUND"]
CMDはコンテナ起動時に実⾏するコマンドを指定します。[]で囲って記述して、
その中に配列みたいに⼊れていきます。1つ⽬実⾏するコマンド、2つ⽬以降は
コマンドの引数を⼊れていきます。この例ではApacheを起動しています。
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Dockerfileってなに︖
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Dockerfileを作成
RUNもCOPYもCMDもコマ
ンドを実⾏するものです。
では、その違いはなんで
しょうか︖それは実⾏タイ
ミングの違いです。イメー
ジにしてみました。
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Dockerfileってなに︖
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docker buildコマンドでDockerfileを元にイメージを作成
次に1で作成したDockerfileを元にApache、PHPがインストールされ、実⾏し
たPHPファイルtest.phpを含むイメージを作成します。そのためにはdocker
buildコマンドを使います。
$ docker build -t testphpimg .
ビルドした結果作成される
Dockerイメージの名前を指定
する。
Dockerfileの場所を指定する。ドットだけ
だと、このコマンドを実⾏したのと同じ
ディレクトリにあるDockerfileという名前
のファイルが指定される。
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Dockerfileってなに︖
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作成したイメージを元にコンテナを起動
では、先程作成したイメージを元にコンテナを起動してみます。
$ docker run -d -p 8080:80 --name testweb testphpimg:latest
http://localhost:8080/test.phpにアクセスしますと先程と同じ結果になる
と思います。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeってなに︖
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docker-composeとは、複数のコンテナからなる⼀つのシステムの構築をラクチンにす
るためのツールであり、⾮常に頻繁に使われるツールでもあります。この説明だけだと、
イマイチわかりにくいかと思いますので、以下のユースケースをもとに「docker-
composeを使わない場合」「docker-composeを使う場合」で説明してみます。
PCのブラウザからは80番ポート(HTTPプロトコル)で
WordPressのコンテナにアクセスします。
WordPressのコンテナからは3306番ポート(MySQLプ
ロトコル)でMySQLにアクセスします。
WordPressもMySQLもDockerの公式イメージを使う
こととします。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使わない場合
まず、Dockerのネットワークを作成します。
$ docker network create wp-network
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使わない場合
次にMySQLのコンテナを起動します。Dockerの公式イメージを利⽤します。
$ docker run -d --name mysql \ # mysqlという名前のコンテナを作成し、デーモンで起動する
--network wp-network \ # 先程作成したwp-networkをいうネットワークに所属させる
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=wordpress \ # コンテナ内で利⽤する環境変数を定義する
-e MYSQL_DATABASE=wordpress \
-e MYSQL_USER=wordpress \
-e MYSQL_PASSWORD=wordpress \
mysql:8.0.20 # MySQLのイメージ名を定義する
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使わない場合
WordPressのコンテナを起動します。Dockerの公式イメージを利⽤します。
$ docker run -d --name wordpress \ # wordpressという名前のコンテナを作成し、デーモンで
起動する
--network wp-network \ # 先程作成したwp-networkをいうネットワークに所属させる
-p 80:80 \ # localhostの80番宛のポートをコンテナの80番に転送する
-e WORDPRESS_DB_HOST=mysql:3306 \ #コンテナ内で利⽤する環境変数を定義する
-e WORDPRESS_DB_NAME=wordpress \
-e WORDPRESS_DB_USER=wordpress \
-e WORDPRESS_DB_PASSWORD=wordpress \
wordpress:php7.4-apache # WordPressのイメージ名を定義する
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docker-composeってなに︖
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まんどくさ
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
右のファイルをdocker-
compose.ymlという
ファイル名で作成します。
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version: '3'
services:
mysql:
image: mysql:8.0.20
restart: always
environment:
MYSQL_ROOT_PASSWORD: wordpress
MYSQL_DATABASE: wordpress
MYSQL_USER: wordpress
MYSQL_PASSWORD: wordpress
wordpress:
depends_on:
- mysql
image: wordpress:php7.4-apache
ports:
- "80:80"
restart: always
environment:
WORDPRESS_DB_HOST: mysql:3306
WORDPRESS_DB_USER: wordpress
WORDPRESS_DB_PASSWORD: wordpress
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
そして以下のコマンドを実⾏します。これだけ︕︕
$ docker-compose up -d
※ 事前に以下の⼿順でdocker-composeのインストールが必要です。1.25.5の部分は2020年6
⽉3⽇時点での最新バージョンです。その時の最新バージョンはこちらのリンクから「Latest
release」と記載のあるものをダウンロードして下さい。
$ sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.25.5/docker-
compose-$(uname-m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
$ sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
先程のdocker-compose.ymlのファイルの詳細について説明します︕︕
1 version: '3'
docker-compose.ymlのファイルフォーマットのバージョンを表しています。本記事執筆時点で⼀
番安定して利⽤できるのが3だと思いますので、3としています。
3 services:
docker-composeではサービスという単位でコンテナを管理します。サービス＝コンテナと考えて
差し⽀えありません。そして、このservicesの下にネストさせて、各コンテナをサービスとして記
述していきます。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
4
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mysql:
image: mysql:8.0.20
ここでは、MySQLのサービス(コンテナ)の定義をしています。DockerHubからMySQLの公式イメー
ジを取得します。
6 restart: always
restartポリシーの定義です。これをalwaysにするとホストOSやDockerデーモン起動時にコンテナ
が⾃動的に起動します。PCを⽴ち上げたらコンテナも合わせて起動したいときに便利です。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
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environment:
MYSQL_ROOT_PASSWORD: wordpress
MYSQL_DATABASE: wordpress
MYSQL_USER: wordpress
MYSQL_PASSWORD: wordpress
これは環境変数の定義です。docker-composeでは、environmentでコンテナに与える環境変数を定
義します。
例えば上記の記述の⼀番最上部の「MYSQL_ROOT_PASSWORD: wordpress」の意味は、
MYSQL_ROOT_PASSWORDという環境変数にwordpressという値を⼊れますよというものになりま
す。
MySQLのコンテナは、データベース構築に必要な情報を環境変数で定義します。上記の定義では、そ
れぞれ上から順にMySQLのROOTパスワード、MySQLに作成するデータベース名、データベースに接
続するためのユーザー、データベースに接続するためのパスワードにを表しています。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
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wordpress:
depends_on:
- mysql
次は、WordPressのサービス(コンテナ)の定義です。「depends_on」は起動順序を制御します。
WordPressはMySQLに接続するので、WordPressよりも先にMySQLを起動するよう順番を制御しま
す。上記のように先に起動したいサービスのサービス名(ここではMySQL)を記述します。
ただし、ここで注意事項があります。これはあくまで起動順序を制御するものであり起動完了を保証
するものではありません。この定義を⾏うと、MySQL→WordPressの順に起動はしますが、MySQL
の起動が完了するまえにWordPressが⽴ち上がってしまうことがあります。完全に起動順序を保証し
たい場合には、起動スクリプトなどで、事前に⽴ち上がっていてほしいサービスが⽴ち上がっている
がどうかをチェックする必要があります。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
16 image: wordpress:php7.4-apache
WordPressの公式イメージを取得する定義です。
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ports:
- "80:80"
PCのlocalostの80番ポートあてにアクセスすると、コンテナの80番ポートあてに転送させるための定
義です。
19 restart: always
先程ご説明したrestartポリシーの定義です。
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docker-composeってなに︖
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docker-composeを使う場合
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environment:
WORDPRESS_DB_HOST: mysql:3306
WORDPRESS_DB_USER: wordpress
WORDPRESS_DB_PASSWORD: wordpress
先程ご説明した環境変数の定義です。環境変数の内容は、それぞれ上から順にWordPressが接続する
MySQLのホスト名、データベース名、ユーザー名、パスワードになります。WordPressのコンテナで
は、これらの環境変数を読み取り、MySQLへの接続に使っています。
ここでのポイントは、WORDPRESS_DB_HOSTの値です。mysql:3306となっています。同じ
docker-conpose.yml内で定義したコンテナ同⼠は、サービス名でアクセスできるようになっていま
す。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Dockerのネットワークは以下のようになっています。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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こう考えるとわかりやすい︖Dockerのネットワークを物理サーバー
に置き換えてみました︕︕
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Dockerのネットワークを構成しているコアな技術は以下の3つ︕︕
Network
Namespace
ルーティングテーブルなどネットワークを動作させるのに
必要な機能が完全に分離された環境を作るためのものです。
仮想スイッチ
PC内で物理のL2スイッチと同じように振る舞うのが仮想
スイッチと⾔われるものです。これもカーネルが持ってい
る機能で、ip linkコマンドで作成することができます。
仮想
ネットワーク
インターフェース
仮想的なネットワークインターフェースで、ip link addコ
マンドで作成することができます。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Netowork Namespaceってなに︖Network Namespaceがない状態
で仮想NICを2つ作ると。。。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Netowork Namespaceがあると。。。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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実際にネットワークを作ってみましょう︕︕Dockerコマンドを使うとラクチンですが、あえてそれは使
わないでやってみます。でもいまから説明することは、知らないうちにDockerコマンドが裏側でやって
います。今回のゴールは以下のネットワークを作成することです。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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最初はなにもない以下のような状態です。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Network Namespaceを作成します。
# ip netns add ns1
# ip netns add ns2
Network Namespaceが出来
ました。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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次に仮想スイッチを作成します。
# ip link add br0 type bridge
仮想スイッチが出来ました。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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以下の仮想ネットワークインターフェースを作成します。
ns-veth1
先程作成したNetwork Namespaceであるns1の⽅に接続される
仮想NIC
br-veth1 ns-veth1とペアで作成され、仮想スイッチに接続される仮想NIC
ns-veth2 先程作成したNetwork Namespaceであるns2の⽅に接続される
仮想NIC
br-veth2 ns-veth2とペアで作成され、仮想スイッチに接続される仮想NIC
rt-veth 物理NICとルーティングされる仮想NIC
br-veth3 rt-vethとペアで作成され、仮想スイッチに接続される仮想NIC
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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# ip link add name ns-veth1 type veth peer name br-veth1
# ip link add name ns-veth2 type veth peer name br-veth2
# ip link add name rt-veth type veth peer name br-veth3
仮想NICが出来ました。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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Network Namespaceに仮想ネットワークインターフェースを接続
します。
# ip link set ns-veth1 netns ns1
# ip link set ns-veth2 netns ns2
接続出来ました。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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仮想スイッチに仮想ネットワークインターフェースを接続します。
# ip link set dev br-veth1 master br0
# ip link set dev br-veth2 master br0
# ip link set dev br-veth3 master br0
接続出来ました。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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仮想NICと仮想スイッチをUpをしたり、IPアドレスを付与したりし
ます。
# ip netns exec ns1 ip link set ns-veth1 up
# ip netns exec ns2 ip link set ns-veth2 up
# ip link set rt-veth up
# ip link set br-veth1 up
# ip link set br-veth2 up
# ip link set br-veth3 up
# ip link set br0 up
# ip netns exec ns1 ip addr add 192.168.0.1/24 dev ns-veth1
# ip netns exec ns2 ip addr add 192.168.0.2/24 dev ns-veth2
# ip addr add 192.168.0.100/24 dev rt-veth
■ 仮想NICと仮想スイッチのUp
■ IPアドレスの付与
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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こうなります。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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動作確認します。
# ip netns exec ns1 ping 192.168.0.2
64 bytes from 192.168.0.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.071 ms
・・・以下略・・・
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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GoogleのパブリックDNSにPing打ってみます。
# ip netns exec ns1 ping 8.8.8.8
connect: Network is unreachable
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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原因は以下の3つ・・・
IP転送が有効になっていない
Network Namespace内で
デフォルトゲートウェイが設定されてない
NATされていない
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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IP転送が有効になっていない
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IP転送が有効になっていない → これで解決︕︕
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
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Network Namespace内でデフォルトゲートウェイが設定されてな
い
ここをns1とns2のデ
フォゲにする必要がある。
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Network Namespace内でデフォルトゲートウェイが設定されてな
い → これで解決︕︕
# ip netns exec ns1 ip route add default via 192.168.0.100
# ip netns exec ns2 ip route add default via 192.168.0.100
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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NATされていない
ns1というNetwork Namespaceから8.8.8.8あてのパケットの送信元IPアドレ
スと宛先IPアドレスは以下のようになっています。
送信元IPアドレス 192.168.0.1
宛先IPアドレス 8.8.8.8
このアドレスでは外部ネットワークへは届きません。送信元IPアドレスがプライ
ベートアドレスだからです。インターネットに出るときには、送信元を物理NIC
のIPアドレスに変換する必要はあります。つまりNATする必要があります。
送信元IPアドレス 物理NICのIPアドレス
宛先IPアドレス 8.8.8.8
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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NATされない → これで解決︕︕
# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
ルーティングが終わった後に、送信元が192.168.0.0/24で、かつeth0という
ネットワークデバイスから出ていくパケットの送信元アドレスをeth0のアドレ
ス、つまり物理NICのアドレスに変更するという内容です。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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再び動作確認︕︕
# ip netns exec ns1 ping 8.8.8.8
PING 8.8.8.8 (8.8.8.8) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 ttl=127 time=12.9 ms
・・・以下略・・・
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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ちなみに外部ネットワークへのパケットはこのように流れています。まずNetwork
Namespaceのns1から出たパケットは、宛先が192.169.0.0/24宛ではないので、先程
設定したデフォルトゲートウェイの設定により、rt-veth(192.168.0.100)に向かいます。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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IP転送の設定によるrt-vethから物理NICにルーティングされます。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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iptablesコマンドで⾏ったNATの設定により、送信元IPアドレスが物理NICのIPアドレス
に変換されます。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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パケットがインターネットに出ていきます。
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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ちなみにDockerなら以下のコマンドで⼀発でネットワーク構築できる︕︕
# docker run -it -d --name test01 centos:centos7
# docker run -it -d --name test02 centos:centos7
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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docker0というのは、Dockerをインストールしたときにデフォルトで作成される仮想ス
イッチです。特に何も指定せずコンテナを作成すると、このdocker0に接続されます。新
しく2つのコンテナを作成したので、「veth9f0eb93」「veth7010a0b」という新たに2
つの仮想NICが出来上がっています。
# ip addr show
・・・略・・・
5: docker0: mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:42:be:19:a5:0e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::42:beff:fe19:a50e/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
32: veth9f0eb93@if31: mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 state UP
group default
link/ether fa:43:35:64:5a:8b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet6 fe80::f843:35ff:fe64:5a8b/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
34: veth7010a0b@if33: mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 state UP
group default
link/ether 2e:f1:f5:7d:0f:0e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 1
inet6 fe80::2cf1:f5ff:fe7d:f0e/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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docker0の仮想スイッチに接続されている仮想NICを⾒てみます。確かに先程の
「veth9f0eb93」「veth7010a0b」という仮想NICがdocker0という仮想スイッチに接
続されているのがわかります。
# ip link show master docker0
32: veth9f0eb93@if31: mtu 1500 qdisc
noqueue master docker0 state UP mode DEFAULT group default
link/ether fa:43:35:64:5a:8b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
34: veth7010a0b@if33: mtu 1500 qdisc
noqueue master docker0 state UP mode DEFAULT group default
link/ether 2e:f1:f5:7d:0f:0e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 1
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Dockerのネットワークってどうなってるの︖
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では、各コンテナのデフォルトゲートウェイも調べてみましょう。docker inspectコマ
ンドでコンテナの詳細情報を⾒ることが出来ます。–formatオプションを使うと、出⼒
する情報を整形出来ます。デフォルトゲートウェイの情報のみを出すように整形してみ
ます。
# docker inspect --format '{{.NetworkSettings.Gateway}}' test01
172.17.0.1
# docker inspect --format '{{.NetworkSettings.Gateway}}' test02
172.17.0.1
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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DockerはOverlayFSという、ちょっと特殊なファイルシステムを使って、劇的な容量の
削減を⾏っています。ちょうどPhotoshopのレイヤーのイメージに近い感じです。
layer01〜layer03ディレクト
リにあるファイルをマージし
たものがmergedディレクトリ
に表⽰される
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
122
上位のレイヤーに同名のファイ
ルがあった場合、それが
mergedディレクトリに表⽰さ
れる。この場合は、layer03
ディレクトリにあるファイルB
がmergedディレクトリに表⽰
される。
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
123
実際に⼿を動かして
やってみよう︕︕
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
124
重ね合わせるレイヤーのベースとなるディレクトリです。先程のイメージ
図で記載した「layer01〜layer03ディレクトリ」に相当します。
OverlayFSの仕組み上、このディレクトリのファイルに対して変更がされる
ことはないので、基本的にこのディレクトリは読み込み専⽤でOKです。
lowerdir
これからOverlayFSの実際の動きをご説明するとともに、実際にコマ
ンド叩いて実践したいと思います。まず、その前にちょっと説明させ
てください。OverlayFSには以下の4つのレイヤーの概念があります。
内部的に利⽤される作業⽤ディレクトリです。
upperdir
mergeddirに対して変更をかけたファイルが保存されるディレクトリです。
workdir
lowerdirとupperdirを結合したディレクトリです。ファイルに対して追
加・変更・削除などの操作を⾏うディレクトリでもあります。
mergeddir
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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OverlayFSで右図のようなディレ
クトリ構造を作成してみます。
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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先の図のファイルシステム構成を実現するために以下のコマンドを実
⾏します。
# mkdir merged
# mkdir upper
# mkdir lower01 lower02
# echo "hoge" > lower01/hoge.txt
# echo "fuga" > lower02/fuga.txt
# mkdir work
# mount -t overlay overlay \
–o lowerdir=lower02:lower01, \
upperdir=upper,\
workdir=work merged
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
127
⼀番気になるmountコマンドの説明です。
# mount -t overlay overlay \
–o lowerdir=lower02:lower01, \
upperdir=upper,\
workdir=work merged
mountのタイプです。 mountしたものに⼀意の名前を
つけます。
lowerdirの指定です。
upperdirの指定です。
workdirの指定です。 mergeddirの指定です。
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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期待通りの動作になっているかどうかを確認します。
# ls merged
fuga.txt hoge.txt # mergedディレクトリにlower01、02にあるファイルが表
⽰されている
# cat merged/hoge.txt # ファイルの中⾝は、lower01にあるhoge.txtと同じ
hoge
# cat merged/fuga.txt # ファイルの中⾝は、lower02にあるfuga.txtと同じ
fuga
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
129
では、次にlower02ディ
レクトリにhoge2という
内容のhoge.txtを追加し
てみます。lower02のほ
うがlower01より上のレ
イヤーなので、merged
ディレクトリのhoge.txt
の中⾝はhoge2になるは
ずです。右図のような構
成ですね。
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
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期待通りの動作になっているかどうかを確認します。
# umount overlay # 読み取り専⽤なので⼀度unmoutする
# echo “hoge2” > lower02/hoge.txt # lower02にhoge2という内容の
hoge.txtを追加する。
# mount -t overlay overlay -o
lowerdir=lower02:lower01,upperdir=upper,workdir=work merged
# ls merged
fuga.txt hoge.txt
# cat merged/hoge.txt # 確かにlower02にあるhoge.txtの内容が表⽰され
る。
hoge2
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Dockerのファイルシステムってどうなってるの︖
131
ここからは実際に発⽣する以下のユースケースを元にOverlayFSの動きを⾒てみます。
ファイルを追加するときの動き
ファイルを更新するときの動き
ファイルを削除するときの動き
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ファイルを追加するときの動き
ユーザーに⾒えるのはmergeddir
であり、ユーザーはこのmerged
ディレクトリにファイルを追加す
るオペレーションをするわけです
が、OverlayFS的にはpiyo.txtは
upperディレクトリに追加されま
す。そして、upperディレクトリ
に書き込まれたファイルは
lower01ディレクトリやlower02
ディレクトリに書き込まれたファ
イルと同じように、mergedディ
レクトリに⾒えるようになります。
図にすると以下のような感じです。
mergedディレクトリに追加・
変更・削除したものは、必ずこ
のupperディレクトリに反映さ
れる。
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ファイルを追加するときの動き
では実際にコマンドを実⾏して確認してみましょう。まずhoge.txt、fuga.txtを作成します。
# mkdir merged
# mkdir upper
# mkdir lower01 lower02
# echo "hoge" > lower01/hoge.txt
# echo "fuga" > lower02/fuga.txt
# mkdir work
# mount -t overlay overlay -o lowerdir=lower02:lower01,upperdir=upper,workdir=work
merged
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ファイルを追加するときの動き
ここでmergeddirにpiyo.txtを追加してみましょう。確かにmergeddir
ディレクトリにファイルが追加されていることがわかります。
# echo piyo > merged/piyo.txt
# ls merged
fuga.txt hoge.txt piyo.txt
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ファイルを追加するときの動き
でも、実際に追加したファイルはuperdirディレクトリにあります。
# ls upperdir
piyo.txt
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ファイルを更新するときの動き
次にファイルを更新するときの動
きを説明します。「ファイルを追
加するときの動き」でご紹介した
右図の構成のfuga.txtというファ
イルの内容をfugaからfuga2に変
更してみます。
まず、 ユーザーがmergedディレ
クトリ内のfuga.txtをhogeから
hoge2に変更するオペレーション
をすると、ファイルシステム内部
の動きは、まずlower02の
fuga.txtがupperディレクトリに
コピーされます。
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ファイルを更新するときの動き
次に、uperディレクトリ内の
fuga.txtの内容がfugaからfuga2
に変更されます。
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ファイルを更新するときの動き
そして、このfuga.txtというファ
イル名のファイルは、lower02
ディレクトリとupperディレクト
リの両⽅に存在してます。
OverlayFSの仕様では、より上位
の層のレイヤーのファイルがユー
ザーに⾒えることとなるので、
mergedディレクトリには、
upperディレクトリにあるファイ
ルが⾒えることとなります。つま
り以下のような状態です。
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ファイルを更新するときの動き
# echo fuga2 > merged/fuga.txt
# cat merged/fuga.txt
fuga2
では実践してみましょう。「ファイルを追加するときの動き」の状態で、
mergedディレクトリ内のhoge.txtの内容をhogeからhoge2に変更して
みます。
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ファイルを更新するときの動き
# cat upper/fuga.txt
fuga2
mergedディレクトリ内のhoge.txtの内容はhoge2になっているわけで
すが、upperディレクトリのhoge.txtも合わせてhoge2になっているこ
とがわかります。 つまり、mergedディレクトリに加えた変更は、⼀旦
lower01ディレクトリもしくはlower02ディレクトリのファイルを
upperディレクトリにコピーし、それからその内容を変更します。この
仕組をコピー・オン・ライトといいます。
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ファイルを削除するときの動き
次にファイルを削除するときの動
きを⾒てみます。「ファイルを更
新するときの動き」でご紹介した
右図の構成から、hoge.txtを削除
してみます。
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ファイルを削除するときの動き
hoge.txtを削除すると下図のよう
になります。upperディレクトリ
に何やら新しいファイルが出来て、
mergeddirディレクトリには
hoge.txtは⾒えなくなりました。
upperディレクトリに出来たファイルは「ホワイトアウト
ファイル」と呼ばれるもので、ファイルが削除されたこと
を表すものです。OverlayFSでは、lowerdirの層にある
ディレクトリには変更を加えることはしません。そういう
仕様だからです(この仕様のありがたみは、このあとの説
明でご説明します)。では、「ファイルが削除された」と
いうことを表現する⽅法が難しいわけですが、そこで
OverlayFSでは、先程のホワイトアウトファイルと呼ばれ
るものを、削除対象と同名のファイル名でupperディレク
トリに置くことで、ファイルシステム的に削除されたこと
にしてしまうわけです。つまりmergeddirからは⾒えなく
なるということになります。
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ファイルを削除するときの動き
では実際にコマンドを実⾏して確認してみましょう。
# rm merged/hoge.txt
# ls merged
fuga.txt piyo.txt # 確かにpiyo.txtは削除されている。
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ファイルを削除するときの動き
では、upperディレクトリを⾒てみましょう。
# ls upper
fuga.txt hoge.txt piyo.txt
[root@localhost test]# ls -la upper/hoge.txt
c---------. 1 root root 0, 0 Aug 11 09:16 upper/hoge.txt
あれ︖何やら新しいhoge.txtという新しいファイルが出来ていますね。しかも、先頭の⼀⽂字が「c」と
なっています。これはキャラクタデバイスファイルです(ディレクトリだとd、シンボリックリンクだとlと
かになっています)。このキャラクタデバイスファイルという特殊なファイルを使うことにより、「この
ファイルは削除されたよ」というマーカーみたいな役割をしているのです。
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ファイルを削除するときの動き
もちろん下位のレイヤー(lower01ディレクトリ、lower02ディレクトリ)には何ら変化は
ありません。
# ls lower01
hoge.txt
# ls lower02
fuga.txt
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OverlayFSを理解できたところで、
Dockerで実際に試してみよう︕︕
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DockerでのOverlayFSの動きを確かめるために以下のDockerイメージを作成します。
• ベースイメージはCentOS7
• hogeと書かれたテキストファイルを/root/hoge.txtに配置
• fugaと書かれたテキストファイルを/root/fuga.txtに配置
これを実現するためのDockerfileも作ります。
1
2
3
4
5
FROM centos:centos7
ADD hoge.txt /root/hoge.txt
ADD fuga.txt /root/fuga.txt
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そして以下のコマンドを実⾏してDockerのイメージを作成します。
# echo "hoge" > hoge.txt
# echo "fuga" > fuga.txt
# docker build -t testapp01 .
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先ほど作成したイメージでコンテナを起動します。
# docker run -d -it testapp01 /bin/bash
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mountコマンドでファイルシステムのマウント状況を確認します。おっと、何やら
Dockerコマンドがよしなに⾊々なディレクトリをOverlayFSでマウントしています。次
のページではその構造を図解してみます。
# mount | grep overlay
overlay on
/var/lib/docker/overlay2/1ed14519861b8d785d3265512917f70274b3f11192f184e0f025728c
ad34317d/merged type overlay
(rw,relatime,seclabel,lowerdir=/var/lib/docker/overlay2/l/677WTGQVA7IBOMGXUH7Z4DEXLS
:/var/lib/docker/overlay2/l/NBS6NXIEXE65SYVIZ7D3HSREZY:/var/lib/docker/overlay2/l/BFQ
S6YGZG6YK5HU5PPE3SLJ4NE:/var/lib/docker/overlay2/l/5CXN3KDXZ4VBENORX7ZLOHUAQU
,upperdir=/var/lib/dockeroverlay2/1ed14519861b8d785d3265512917f70274b3f11192f184e0
f025728cad34317d/diff,workdir=/var/lib/docker/overlay2/1ed14519861b8d785d3265512917
f70274b3f11192f184e0f025728cad34317d/work)
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前ページのmoutオプションで指定さ
れていた、OverlayFSのmergeddir層
に相当する。
前ページのmoutオプションで指定さ
れていたupperdirに相当する。
前ページの
moutオプ
ションで指定
されていた
lowerdirに相
当する。
Dockerfileに記載されている⼀⾏ごと
が、OverlayFSのlowerdirの1層に該
当します。ただし、LBAELコマンド
などファイルシステムに影響のない
コマンドは、OverlayFSの層は作成さ
れません。
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ここでさらにOverlayFSのコンテナでの動きを確認するために、先程作成したコンテナ
に新しいファイルを作成してみると、たしかにupperdirの層に新しくpiyo.txtというファ
イルが追加されていました。
# docker exec -it trusting_lalande /bin/bash
# echo "piyo" > /root/piyo.txt
# exit
# cat
/var/lib/docker/overlay2/1ed14519861b8d785d3265512917f70274b3f11192f184e0f025728c
ad34317d/diff/root/piyo.txt
piyo
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イメージにすると右図のような感じで
すね。
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OverlayFSを使⽤したDockerは以下のように同じCentOSから作られたDockerイメージ
は、CentOSのファイルの部分はみんなで共有します。
CeontOSのDockerイメージ
/root/hoge.txtを
追加したイメージ
/root/fuga.txtを
追加したイメージ
/root/piyo.txtを
追加したイメージ
共有 共有
共有
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OverlayFSを使⽤しない場合は、以下のように個別にCentOSの部分を⽤意しなければな
らず、かなりファイルの容量に無駄が⽣まれます(´・ω・｀)なのでOverlayFSはすごいの
です。
CeontOSのDockerイメージ
/root/hoge.txtを
追加したイメージ
/root/fuga.txtを
追加したイメージ
/root/piyo.txtを
追加したイメージ
CeontOSのDockerイメージ CeontOSのDockerイメージ
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最後に︕︕
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【連載】世界⼀わかりみが深いコンテナ & Docker⼊⾨ 〜 その1:コンテナってなに︖ 〜
https://tech-lab.sios.jp/archives/18811
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【連載】世界⼀わかりみが深いコンテナ & Docker⼊⾨ 〜 その2:Dockerってなに︖ 〜
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【連載】世界⼀わかりみが深いコンテナ & Docker⼊⾨ 〜 その5:Dockerのネットワークってどう
なってるの︖ 〜
https://tech-lab.sios.jp/archives/20179
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【連載】世界⼀わかりみが深いコンテナ & Docker⼊⾨ 〜 その6:Dockerのファイルシステムって
どうなってるの︖ 〜
https://tech-lab.sios.jp/archives/21103
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ご清聴ありがとう
ございました。