「あれ、コンテナって何だっけ？」から生まれた Rust で書かれたコンテナランタイム youkiの話@ODC2021

by うたもく

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「あれ、コンテナって何だっけ？」  から生まれた Rust で書かれた   コンテナランタイム youkiの話  ODC 2021 08-28  うたもく(@utam0k)  1

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自己紹介  ● うたもく(@utam0k)  ● 普段はWeb企業のバックエンドエンジニア(Scala)  ● 2021年からコンテナ真面目に入門  ● containersのメンバー  2

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コンテナなんもわからん問題  この辺の話しがよくわからなくて危機感を覚えた  https://thinkit.co.jp/article/18024   3

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コンテナ何もわからんので自作を始めた  4

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知ってもらいたいこと  コンテナを支える技術   ● 周辺技術   ● 実際にコンテナを作ってみる     youkiのこれまでとこれから  ● Rustとコンテナランタイム  ● youkiの特徴  ● 単なる勉強用の自作コンテナランタイムだったyoukiに他の開発者が参戦するまでの経緯    5

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  6

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  7

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使うもの  ● Linux環境を準備してください  ○ すぐに用意できない方向けにgitpodを用意しました  ○ gitpod…  ■ ブラウザで使えるオンラインIDE  ■ ブラウザでLinuxのコマンドが使えます  ○ リポジトリのREADMEにgitpodのリンクがあります  ● デモのコマンドがあるリポジトリ  ○ https://github.com/utam0k/container-demo  8

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  9

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コンテナ?  ● プロセス ≒ コンテナ  ○ 様々なリソースが隔離されたプロセス  プロセス  ファイル達  プロセス  ファイル達  プロセス  ファイル達  OS 10

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隔離？  ● chroot(本当はpivot_rootを使う)  ○ プロセスのルートディレクトリが指す先を変更  ● namespace  ○ プロセスから操作可能なリソースを隔離できる機能  ● cgroup  ○ プロセスの使用可能なリソースの設定が可能  11

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namespace  ● 色々な種類のnamespaceがある  ○ PID namespace  ■ プロセス群の隔離  ○ Mount namespace  ■ マウントポイントリストの隔離  ○ UTS namespace  ■ ホスト名などの隔離  ● いまだに色々な種類のnamespaceが増殖中  12

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● プロセスのグループを作ってリソースの設定が可能  ● 例えば...  ○ CPU使用時間の制限、割り当てCPUの指定  ○ デバイスのアクセス制御  ○ タスクの一時停止/再開  ● リソースの種類に合わせてリソースコントローラがある  cgroup  13

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/sys/fs/cgroup  CPU  Memory  Devices  P P P P P P P P P P 継承  ディレクトリで階層を表現  14

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その他セキュリティ的な技術  ● capability  ○ root権限での操作の制限  ● seccomp  ○ システムコールの制限  15

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K8sがコンテナを作るまで  16

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  17

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Kubelet(K8s)  Container Runtime  CRI  Linuxなど  CRI − Container Runtime Interface  18

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  High-Level Runtime  CRI − Container Runtime Interface  OCI − Open Container Initiative  CRI  Low-Level Runtime  OCI  19

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  High-Level Runtime  CRI  Low-Level Runtime  OCI  ● runc  ● youki  ● crun  20

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コンテナなんもわからん問題  この辺の話し側がよくわからなくて危機感を覚えた  https://thinkit.co.jp/article/18024   21

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  High-Level Runtime  CRI  Low-Level Runtime  OCI  ● runc  ● youki  ● crun  22

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  containerd  runc  OCI  dockershim  CRI  23

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  containerd  runc  OCI  dockershim  ⚠  CRI  24

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どうやって学んだのか  25

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コンテナ編まとめ  ● コンテナを支える技術  ○ chrootpace - ルートディレクトリを変更  ○ namespace - 操作可能なリソースの隔離  ○ cgroup ace - 使用可能なリソースの設定    ● コンテナ界隈を支える仕様  ○ CRI - Container Runtime Interface  ○ OCI - Open Container Initiative  26

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  27

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デモ  https://github.com/utam0k/container-demo  28

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知ってもらいたいこと  コンテナを支える技術   ● 周辺技術   ● 実際にコンテナを作ってみる     youkiのこれまでとこれから  ● Rustとコンテナランタイム  ● youkiの特徴  ● 単なる自作コンテナだったyoukiに他の開発者が参戦するまでの経緯    29

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  30

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Kubelet(K8s)  Linuxなど  High-Level Runtime  CRI  Low-Level Runtime  OCI  ● runc  ● youki  ● crun    31

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● Rust製の低レベルコンテナランタイム  ● podmanなどを開発しているcontainersで開発中  ○ https://github.com/containers/youki  ● うたもくを中心にリリースに向けて開発を進めている  ● githubで⭐数が1.3K  ● youki = 容器 = コンテナ  youkiとは？  32

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youkiの存在意義  ● コンテナランタイムの多様性  ● コンテナ界隈でのライブラリへの貢献  ● Rustが活躍できる分野の拡大  ● 既存の低レイヤのソフトウェアをRustで書き換える一例  33

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Rust × コンテナランタイム  󰢐  ● 言語的な制約で使いにくいシステムコールがない  ● 低レベルとRustコミュニティとの相性が良い  ● パフォーマンス  34

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Rust × コンテナランタイム  🤔  ● ライブラリなどの資産がない  ● Rustコミュニティに知見がない  35

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Rust × コンテナランタイムの詳細は  　　　　　9/18のRust.Tokyo 2021で...  36

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目次  1. コンテナランタイムとは？  2. コンテナを作ってみよう  3. youkiの紹介  4. youkiのこれまでとこれから  37

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自作XXが自作とは言えなくなるまで  1. 知りたい分野のソフトウェアを再発明してみる  2. ある程度動くものを公開すると言語公式ツイッターやRedditで注目を集める  – 有益な意見がいっぱい集まる  3. 開発者が集まり、開発パワーを得る  – good first issueに人がいっぱいくる  – 自分が興味ある分野は他の人も勉強したかったりする  4. 自分はプロジェクトマネジメント的な立ち位置になる  38

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● ただのRustで書かれた自作のコンテナランタイム  ○ 完全に車輪の再発明気分  ● うたもくが1人でプライベートリポジトリで遊んでいた  ● アーカイブされているoracle/railcarというRust製のコンテナランタイムのコードを参考  ● runtime-toolsという用意されていたコンテナランタイムのインテグレーションテストを用いる  最初のyouki  39

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最初の頃の僕に言いたいこと  名前を真面目に考えた方がいいぞ  40

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なぜRustだったのか？  ● 楽しいからです  ● Q. 何か事前調査して採用したんですか？  ○ この分野に無知すぎて何も調べてません  ○ まぁRustなら困らんやろくらいには思っていました  41

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現在のちょっと前のyouki  ● リポジトリを公開してみる  42

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公開した反応  ● 国内問わず海外からも反応があった  ● そこそこ注目を集め始める  ○ Redditや言語の公式ツイッターのリツイートで注目を集める  ○ GitHubのトレンド入り  43

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公開した反応  ● 初期の自作アイコンがダサすぎて苦情がくる 😭  初期の酷評された  自作アイコン  issueを立てたら描いて  もらえた現在のイケてるアイコン  44

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● 英語で発信できた  ● Redditでほとんど全てのコメントに返信していた  ● 動くものというインパクト  ○ わかりやすいgifや画像が用意できる  ● Rust  ○ ちょうどLinuxの話もあったりこのレイヤではホットだった  ● 完全なものではなかった  ○ good first issueをいくつか用意していた  ● 運がよかった  今思うとなぜ注目を集めれたか？  45

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● お手本の実装がある  ○ youkiの場合だとruncというお手本があった  ○ cgroupのリソースコントローラを1つだけ実装しておく  ● テストがある  ○ runtime-toolsがあるためテストを通すという明確なゴールを設定できた  ● コンフリクトが起きないように考慮する  ○ インターフェイスを区切って渡す  good first issueを作るTips  46

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この時の悩み  ● うたもく以外の開発者がちょくちょく集まる  ○ Rustの勉強  ○ コンテナの勉強  ● コントリビュータの方に何か還元できないかな...  47

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containersでの開発に移行  48

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● コントリビュータの人へ何かできないか...  ○ 貢献先 → うたもくのリポジトリ  ■ よくわからないうたもく個人リポジトリへの貢献  ○ 貢献先 → containersのリポジトリ  ■ githubのプロフィールにもちょっと豪華に掲載される  ● コンテナ関係の開発経験がある組織の意見が欲しかった  containersでの開発に移行  49

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現在のyouki  ● 普通に動く、ドキュメントやコメントもそれなり  ● コラボレータが6人  ○ うたもくはコミット数1位から陥落  ● github.comからそれなりの数の人が毎日見てくれている  ● rootlessやcgroup v2などそれなりに新しい機能にも追従  ● まだファーストリリースはされていない  ● コンテナランタイム好きの人にはそれなりに認知されてきた  50

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これからのyouki  ● リリースする！  ● コンテナ界隈に必要なライブラリを増やしていく  ● 他がやっていない独自の機能を研究 & 開発していく  ○ 汎用的なコンテナランタイム用のテストツール  ○ io_uringを用いた非同期処理  ● ベンチマークの計測  ● 楽しく遊んでいく  51