コンテナ化の出現
コンテナ化は、ソフトウェアの設計、開発、展開の方法に革命をもたらしました。これは、ソフトウェア開発者と運用チームが直面する課題の解決策として登場し、一貫性のない環境や構成によって引き起こされる非効率性に対処しました。
従来のアプリケーションの展開では、ターゲット システムを手動で構成し、依存関係をインストールする必要があり、多くの場合、競合、スケーラビリティの制限、予期しない動作などの複数の問題が発生します。コンテナ化の概念は、FreeBSD Jail、Solaris Zone、IBM Workload Partitions などのテクノロジによって 1990 年代後半から 2000 年代初頭まで遡ることができます。しかし、コンテナ化が広く普及したのは、2013 年にDockerが発表されてからでした。
Dockerアプリケーションとその依存関係をポータブル コンテナにバンドルするプロセスを簡素化し、開発者が異なるシステム間で一貫してアプリケーションを管理およびデプロイすることを容易にしました。コンテナ化が勢いを増すにつれて、マイクロサービス アーキテクチャへの移行が推進され、アプリケーション開発の柔軟性と拡張性が向上しました。このパラダイム シフトはソフトウェア アーキテクチャに大きな影響を与え、モジュール設計を促進し、複数のコンポーネントを含む複雑なアプリケーションの管理を簡素化しました。
コンテナとその利点について理解する
コンテナーは、アプリケーションとその依存関係 (ライブラリ、バイナリ、構成ファイルなど) をパッケージ化する、軽量でポータブルな自己完結型のユニットです。コンテナーは一貫した環境を提供し、基盤となるインフラストラクチャに関係なく、アプリケーションが同じ方法で実行されるようにします。アプリケーション プロセスをホスト オペレーティング システムから分離し、環境間の潜在的な競合や不一致を排除することで、この一貫性を実現します。コンテナ化の利点は次のとおりです。
- 導入速度:コンテナは数秒で起動できるため、迅速な起動とアプリケーションのスケーリングが実現します。これは、弾力性と応答性が重要であるクラウドおよびマイクロサービスベースのアーキテクチャでは特に重要です。
- 移植性:コンテナにはアプリケーションの実行に必要なすべてが含まれているため、開発、テスト、実稼働のいずれの場合でも、環境間を簡単に移動できます。
- リソース効率:コンテナは、仮想マシンのような完全なゲスト オペレーティング システムを必要とするのではなく、ホスト オペレーティング システムのカーネルを共有します。これにより、リソースの使用量が減り、アプリケーションの複数のインスタンスを実行する際のオーバーヘッドが軽減されます。
- プロセスの分離:コンテナーは、独自の名前空間とファイルシステムで実行される分離されたプロセスを作成し、他のコンテナーやホスト OS との干渉を防ぎます。これにより、特にマルチテナント環境や共有環境でのセキュリティと安定性が強化されます。
- 互換性と保守性:コンテナーは依存関係をカプセル化することで、ソフトウェアのバージョン管理や互換性の問題に対処する複雑さを軽減し、アプリケーション コンポーネントの更新やロールバックを容易にします。
コンテナと仮想マシンの比較
コンテナと仮想マシンは異なる目的を果たし、固有の長所と短所があるため、これらを区別することが重要です。どちらもアプリケーションの分離と一貫性を提供することを目的としていますが、異なる手段を通じてそれを実現します。
仮想マシン (VM) は本質的にエミュレートされたハードウェア環境であり、アプリケーション、その依存関係、および完全なゲスト オペレーティング システムがハイパーバイザーによって提供される仮想化リソース上で実行されます。ハイパーバイザーは、ホスト システム上の仮想マシンを管理するソフトウェア層です。 VM は強力な分離を提供しますが、複数のフル ゲスト オペレーティング システムを実行するオーバーヘッドにより、かなり多くのリソースを消費します。
画像ソース: Docker
一方、コンテナは軽量で効率的です。これらはホスト OS カーネルを共有し、ゲスト オペレーティング システム全体を必要とせずに、名前空間とファイル システム内でアプリケーション プロセスを分離します。これにより、起動時間が短縮され、リソース使用量が削減され、ホスト システムの密度が向上します。アプリケーションとインフラストラクチャの特定の要件に応じて、コンテナと VM のどちらを選択するかを決定する必要があります。
VM は強力な分離と完全に独立した環境が必要なシナリオに適している可能性がありますが、迅速なデプロイメントとスケーリングが重要な状況では、コンテナーの方が俊敏性とリソース効率が向上します。コンテナと仮想マシンを一緒に使用すると、大規模なインフラストラクチャ内で相互に補完し、必要に応じて分離、柔軟性、リソース効率の最適な組み合わせを実現できます。たとえば、VM はセキュリティとランタイム分離を提供するベース レイヤとして機能し、コンテナを使用すると、これらの VM 上でのアプリケーションの迅速な展開とスケーリングが可能になります。
マイクロサービス アーキテクチャへの移行
コンテナ化は、主要なソフトウェア アーキテクチャ パターンとしてのマイクロサービスの台頭への道を切り開きました。マイクロサービスでは、アプリケーションを、 API を介して相互に通信する小さな個別のサービスに分割する必要があります。このアプローチにより、個々のサービスを個別に開発、テスト、展開できるため、モジュール性、メンテナンスの容易さ、拡張性が強化されます。
コンテナーの性質により、各サービスを独自のコンテナーにカプセル化することができ、プロセスとリソースの分離が実現され、マイクロサービス アーキテクチャの基礎となる概念と完全に一致します。その結果、コンテナ化により、迅速なプロビジョニング、効率的なリソース利用が可能になり、複雑なマイクロサービスベースのアプリケーションの管理における柔軟性が向上します。
コンテナとマイクロサービスを組み合わせることで、ソフトウェア開発者は継続的デリバリーを実現でき、アプリケーションを現代のビジネスの刻々と変化する要件に迅速かつ確実に適応させることができます。マイクロサービスにおけるコンテナ化の主な利点は、各マイクロサービスを個別にスケールできることです。これにより、リソース割り当てに対するよりきめ細かなアプローチが可能になり、各サービスがオーバープロビジョニングすることなく効率的に機能するために必要なリソースを確保できるようになります。特定のマイクロサービスの需要が増加した場合、アプリケーション内の他のサービスに影響を与えることなく、マイクロサービスを自動的にスケーリングできます。
コンテナ化がソフトウェア開発に与える影響
コンテナ化は、次のような多くの分野でソフトウェア開発に大きな影響を与えます。
- 導入とテストの加速:コンテナは軽量であるため、迅速に起動でき、開発とテストのプロセスを合理化します。コンテナ化により、開発者は数分以内に環境全体を簡単に作成および破棄できるため、さまざまな構成やシナリオのテストが容易になります。
- 移植性と一貫性の向上:コンテナはアプリケーション コードとその依存関係をバンドルし、基盤となるインフラストラクチャに関係なく、分離された一貫した環境を作成します。これにより、開発者は、異なるオペレーティング システムやランタイム環境間の互換性の問題を心配することなく、コンテナをサポートする任意のシステム上でアプリケーションを実行できるようになります。
- アプリケーション管理の簡素化:コンテナでは、各コンポーネントを個別にパッケージ化、構成、デプロイできるため、複雑な複数コンポーネントのアプリケーションの管理が簡素化されます。これにより、コンポーネント間の依存関係が減少し、構成のドリフトが最小限に抑えられ、システム全体に影響を与えることなく個々のコンポーネントを簡単に更新できるようになります。
- スケーラビリティの強化:コンテナを使用すると、追加インスタンスのデプロイが迅速で、仮想マシンよりも消費するリソースが少ないため、アプリケーションのスケーリングが容易になります。これにより、需要に基づいてアプリケーションを動的にスケーリングできるようになり、リソースの最適な利用と運用コストの削減が保証されます。
- DevOps および継続的インテグレーション/デリバリーのサポート:コンテナ化により、開発チームと運用チーム間のコラボレーションが促進され、 DevOps 方法論がサポートされます。コンテナーを使用すると、チームはアプリケーションを迅速に構築、テスト、デプロイできるため、継続的インテグレーション/デリバリー (CI/CD) パイプラインがより効率的かつ効果的になります。
ソフトウェア設計パターンの適応
コンテナ化は、その特性と利点に対応するためにソフトウェア設計パターンの進化も促しました。これらの新しいパターンは、コンテナーが提供する分離性、移植性、拡張性を活用します。コンテナ化の影響を受ける注目すべきソフトウェア設計パターンには次のようなものがあります。
- サイドカー パターン:サイドカー パターンでは、コンテナがプライマリ コンテナと並行してデプロイされ、メイン アプリケーションをサポートする追加機能を提供します。サイドカー コンテナは監視、ロギング、構成管理タスクを処理できるため、プライマリ コンテナはコア機能の実行に集中できます。このパターンにより、関心事の分離が促進され、メイン アプリケーションの設計が簡素化されます。
- アンバサダー パターン:アンバサダー パターンには、メイン アプリケーション コンテナーと外部サービスの間のプロキシとして機能するコンテナーのデプロイが含まれます。このパターンにより、サービス検出、負荷分散、プロトコル変換などの通信の詳細を抽象化できるため、開発者はメイン アプリケーションの動作と依存関係を推論しやすくなります。
- アダプター パターン:アダプター パターンは、メイン アプリケーションの出力または入力を変更して、他のサービスまたはシステムの期待に適合するコンテナーを使用します。このパターンは、メインのアプリケーションやサービスを変更することなく、異なるサービス インターフェイス間の不一致を管理する方法を提供し、設計の適応性と保守性を強化します。
コンテナ化により、マイクロサービスへの移行が可能になり、柔軟性、拡張性、保守性が向上することでソフトウェア アーキテクチャが再形成されました。ソフトウェア開発に対するコンテナ化の影響は、展開の加速、移植性の向上、アプリケーション管理の簡素化、拡張性の強化、DevOps のサポートなどの分野で明らかです。
その結果、これらの変化に対応し、コンテナ化によってもたらされる利点を活用するための新しいソフトウェア設計パターンが登場しました。コンテナ化は引き続きソフトウェア開発の革新を推進し、開発者と組織の両方がアプリケーションをより効率的かつ効果的に作成および管理できるようにします。
コンテナ オーケストレーションおよびデプロイ ツール
コンテナ オーケストレーションは、コンテナのデプロイ、スケーリング、管理を自動化するプロセスです。コンテナ化の利用が拡大するにつれて、コンテナ化されたアプリケーションの管理を合理化するためのいくつかのオーケストレーションおよび展開ツールの開発が促進されています。最新のアプリケーションの構築と実行方法を形作ってきた、人気のあるコンテナ オーケストレーションおよびデプロイ ツールをいくつか見てみましょう。
Kubernetes
Kubernetesは、もともと Google によって設計されたオープンソースのコンテナ オーケストレーション プラットフォームで、コンテナのデプロイ、スケーリング、管理の自動化を可能にします。コンテナ化されたアプリケーションを複数のクラスターにわたって実行でき、高可用性とフォールトトレラント機能を提供します。 Kubernetes の主要な機能には、自己修復、水平スケーリング、ローリング アップデート、ストレージ オーケストレーション、負荷分散などがあります。 Kubernetes の注目すべき特徴は次のとおりです。
- リソースの効率的な利用: Kubernetes は、リソース要件に基づいてコンテナをホスト ノードにパックすることにより、リソースの使用を最適化します。
- 柔軟性と拡張性: Kubernetes は幅広いコンテナ ランタイム、ストレージ ドライバー、ネットワーク プロバイダーをサポートし、コンテナ インフラストラクチャの最大限の柔軟性を保証します。
- 強力な開発者コミュニティ: Kubernetes には大規模で活発なコミュニティがあり、プラグイン、統合、革新的なソリューションのプラットフォームの強力なエコシステムに貢献しています。
Docker Swarm
Docker Swarm は、人気のあるDockerコンテナ プラットフォームのネイティブ コンテナ オーケストレーション ツールです。これは、コンテナー サービス定義を使用して分散アプリケーションを実行できる Docker ノードのグループである swarm を形成するために使用できます。 Docker Swarm は管理、サービス検出、負荷分散機能を容易にし、Docker コンテナの管理に最適です。 Docker Swarm の利点には次のようなものがあります。
- シンプルさ: Docker Swarm はシンプルで使いやすいように設計されており、必要なセットアップと構成は最小限です。
- Docker ツールとの統合: Docker Swarm は、Docker Compose や Docker Machine などの他の Docker ツールとシームレスに連携するため、すでに Docker エコシステムに精通しているユーザーにとって便利です。
- プラットフォームに依存しない: Docker Swarm は、Docker をサポートするあらゆるオペレーティング システムおよびインフラストラクチャ上で実行できます。
Apache メソス
Apache Mesos は、分散コンピューティング環境全体でリソースを管理し、タスクをスケジュールできるオープンソースのクラスター管理プラットフォームです。コンテナ オーケストレーション (Marathon や Kubernetes などのツールを使用) とネイティブ アプリケーション スケジューリングの両方をサポートします。 Apache Mesos の主なセールス ポイントは、単一クラスター内で数万のノードを処理できるため、大規模なリソースを管理できることです。 Apache Mesos の重要な機能は次のとおりです。
- スケーラビリティ: Mesos は大規模システム向けに設計されており、大量のリソースとタスクを処理できます。
- 統合スケジューラ: Mesos は単一のスケジューラを使用して、コンテナ化されたワークロードとコンテナ化されていないワークロードの両方のリソースを管理し、さまざまな種類のアプリケーションにわたるリソース管理を簡素化します。
- プラグイン アーキテクチャ: Mesos はプラグイン可能なスケジューリング モジュールをサポートしており、ユーザーはニーズに応じてプラットフォームをカスタマイズできます。
ローコードおよびNo-Codeプラットフォームとの統合
ローコードおよびノーコード プラットフォームは近年大幅に注目を集めており、大量のコードを記述しなくても効率的なアプリケーション開発が可能になります。コンテナ化により、これらのプラットフォームのパフォーマンスの最適化、拡張性、保守性が強化されます。その一例がAppMaster.ioです。これは、ユーザーがバックエンド、Web、およびモバイル アプリケーションを視覚的に構築できるようにする強力なno-codeプラットフォームです。
ユーザーが「公開」ボタンを押すと、 AppMasterソース コードを生成し、アプリケーションをコンパイルし、Docker コンテナにパッケージ化して、クラウドにデプロイします。この合理化されたアプローチにより、要件が変更されるたびにアプリケーションを最初から再生成することで技術的負債を排除しながら、より迅速でコスト効率の高いアプリケーション開発が可能になります。コンテナ化をlow-codeおよびno-codeプラットフォームと統合することで、あらゆるスキル レベルの開発者が、より効率的でスケーラブルでアクセスしやすいアプリケーション開発プロセスの恩恵を受けることができます。コンテナ化により、次のようなプラットフォームの機能も強化できます。
- デプロイメントの簡素化:コンテナはアプリケーションとその依存関係をまとめてパッケージ化し、開発環境と運用環境全体で一貫したデプロイメント エクスペリエンスを保証します。
- スケーラビリティの強化:コンテナ化されたアプリケーションを使用すると、特定のコンポーネントを個別にスケールアウトすることが容易になり、 low-codeおよびno-codeプラットフォームでアプリケーションのスケーリングをよりきめ細かく制御できるようになります。
- インフラストラクチャの複雑さの軽減:コンテナは基礎となるインフラストラクチャを抽象化し、 low-codeおよびno-codeプラットフォームが基礎となるリソースを管理し、さまざまなクラウドプロバイダーと統合することを容易にします。
コンテナ化とlow-codeまたはno-codeプラットフォームの相乗効果により、より効率的でアクセスしやすいアプリケーション開発エクスペリエンスへの道が開かれます。コンテナ化のメリットとこれらのプラットフォームのシンプルさを組み合わせることで、企業は進化し続けるテクノロジー業界で革新性と競争力を維持できます。
