Dockerとは？コンテナ技術の基礎と実践的な使い方

コンテナと仮想マシンの違い

コンテナは仮想マシンと比較して、軽量で高速な起動が可能です。ホストOSのカーネルを共有するため、リソース消費が少なく、効率的です。

コンテナと仮想マシンの主な違い：

仮想マシン（VM）：
- 完全なOSをエミュレート
- リソース消費が大きい
- 起動に時間がかかる
- ホストOSから完全に分離

コンテナ：
- ホストOSのカーネルを共有
- リソース消費が少ない
- 起動が高速
- 軽量で効率的

メリット：
- 一貫性: 開発環境と本番環境が同じ
- 移植性: どこでも同じように実行できる
- 効率性: リソースを効率的に使用
- スケーラビリティ: 簡単にスケールアップ/ダウン

Dockerの主要コンポーネント

Dockerの主要コンポーネントには、Dockerイメージ、Dockerコンテナ、Dockerfile、Docker Hubがあります。

Dockerの主要コンポーネント：

Dockerイメージ：
- アプリケーションとその依存関係を含む読み取り専用のテンプレート
- 複数のレイヤーで構成される
- 再利用可能

Dockerコンテナ：
- Dockerイメージの実行インスタンス
- 読み書き可能なレイヤーが追加される
- 独立した実行環境

Dockerfile：
- イメージを構築するための手順書
- 命令の集合で構成される

Docker Hub：
- 公開されているDockerイメージのリポジトリ
- 公式イメージやコミュニティイメージが利用可能

Dockerのインストール

Dockerは、Docker Desktopを使用することで簡単にインストールできます。Windows、macOS、Linuxで利用可能です。

Dockerのインストール方法：

Docker Desktop：
- Windows、macOS、Linuxで利用可能
- GUIとCLIの両方を提供
- https://www.docker.com/products/docker-desktop からダウンロード

Linuxでのインストール：

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker.io
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# インストール確認
docker --version

基本的なDockerコマンド

Dockerの基本的なコマンドには、イメージの操作（pull、images、rmi）とコンテナの操作（run、ps、stop、rm、logs）があります。

Dockerの基本的なコマンド：

イメージの操作：

# イメージの一覧表示
docker images

# イメージの検索
docker search nginx

# イメージのダウンロード
docker pull nginx

# イメージの削除
docker rmi nginx

# コンテナの実行
docker run nginx

# バックグラウンドで実行
docker run -d nginx

# ポートマッピング
docker run -d -p 8080:80 nginx

# コンテナの一覧表示
docker ps

# すべてのコンテナ（停止中も含む）
docker ps -a

# コンテナの停止
docker stop <container_id>

# コンテナの削除
docker rm <container_id>

# コンテナのログ確認
docker logs <container_id>

基本的なDockerfile

基本的なDockerfileは、FROM、WORKDIR、COPY、RUN、EXPOSE、CMDなどの命令で構成されます。

基本的なDockerfileの例：

# ベースイメージを指定
FROM node:18-alpine

# 作業ディレクトリを設定
WORKDIR /app

# 依存関係ファイルをコピー
COPY package*.json ./

# 依存関係をインストール
RUN npm install

# アプリケーションのコードをコピー
COPY . .

# ポートを公開
EXPOSE 3000

# アプリケーションを起動
CMD ["node", "index.js"]

Dockerfileのベストプラクティス

Dockerfileを書く際は、軽量なベースイメージを使用し、レイヤーキャッシュを活用し、不要なファイルを除外し、マルチステージビルドを使用することが推奨されます。

Dockerfileを書く際のベストプラクティス：

1. 軽量なベースイメージを使用：

# 良い例: Alpine Linuxを使用
FROM node:18-alpine

# 悪い例: フルサイズのイメージ
FROM node:18

# 良い例: 依存関係を先にコピー
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .

# 悪い例: すべてを一度にコピー
COPY . .
RUN npm install

# .dockerignoreファイルを作成
node_modules
.git
.env
*.log

# ビルドステージ
FROM node:18-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY . .
RUN npm run build

# 実行ステージ
FROM node:18-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY package*.json ./
RUN npm install --production
CMD ["node", "dist/index.js"]

docker-compose.ymlの書き方

docker-compose.ymlファイルを使用して、複数のコンテナを定義し、管理できます。servicesセクションで各サービスを定義します。

基本的なdocker-compose.ymlの例：

version: '3.8'

services:
  # Webアプリケーション
  web:
    build: .
    ports:
      - "3000:3000"
    environment:
      - NODE_ENV=production
      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/mydb
    depends_on:
      - db
      - redis
    volumes:
      - ./logs:/app/logs

  # データベース
  db:
    image: postgres:15-alpine
    environment:
      - POSTGRES_USER=user
      - POSTGRES_PASSWORD=password
      - POSTGRES_DB=mydb
    volumes:
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data

  # Redis
  redis:
    image: redis:7-alpine
    ports:
      - "6379:6379"

volumes:
  postgres_data:

Docker Composeのコマンド

Docker Composeの基本的なコマンドには、up、down、logs、build、restart、psなどがあります。

Docker Composeの基本的なコマンド：

# サービスを起動
docker-compose up

# バックグラウンドで起動
docker-compose up -d

# サービスを停止
docker-compose stop

# サービスを停止して削除
docker-compose down

# ログを確認
docker-compose logs

# 特定のサービスのログ
docker-compose logs web

# サービスを再ビルド
docker-compose build

# サービスを再起動
docker-compose restart

# サービスの状態を確認
docker-compose ps

ボリュームの種類

Dockerのボリュームには、名前付きボリューム、バインドマウント、tmpfsマウントがあります。用途に応じて適切な方法を選択します。

Dockerのボリュームの種類：

名前付きボリューム：

# ボリュームを作成
docker volume create mydata

# ボリュームを使用してコンテナを実行
docker run -v mydata:/data nginx

# ボリュームの一覧表示
docker volume ls

# ボリュームの詳細確認
docker volume inspect mydata

# ホストのディレクトリをマウント
docker run -v /host/path:/container/path nginx

# 相対パスも使用可能
docker run -v ./data:/data nginx

# メモリ上にマウント（一時的なデータ用）
docker run --tmpfs /tmp nginx

Docker Composeでのボリューム

Docker Composeでは、volumesセクションで名前付きボリュームを定義し、servicesセクションで使用します。

Docker Composeでボリュームを使用する例：

version: '3.8'

services:
  db:
    image: postgres:15-alpine
    volumes:
      # 名前付きボリューム
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data
      # バインドマウント（設定ファイル）
      - ./postgres.conf:/etc/postgresql/postgresql.conf
    
  app:
    build: .
    volumes:
      # 開発時のホットリロード用
      - ./src:/app/src
      # ログファイル
      - ./logs:/app/logs

volumes:
  postgres_data:

Dockerネットワークの種類

Dockerネットワークには、ブリッジネットワーク、ホストネットワーク、noneネットワークがあります。用途に応じて適切なネットワークを選択します。

Dockerネットワークの種類：

ブリッジネットワーク：

# デフォルトのブリッジネットワーク
# 同じネットワーク上のコンテナは名前で通信可能

docker network create mynetwork

docker run -d --name app1 --network mynetwork nginx
docker run -d --name app2 --network mynetwork nginx

# app2からapp1にアクセス可能
# curl http://app1

# ホストのネットワークを直接使用
# パフォーマンスが良いが、セキュリティリスクあり

docker run --network host nginx

# ネットワークを無効化
# 完全に分離された環境

docker run --network none nginx

Docker Composeでのネットワーク

Docker Composeでは、デフォルトでネットワークが作成され、サービス名で通信できます。カスタムネットワークも定義できます。

Docker Composeでは、デフォルトでネットワークが作成されます：

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    # 同じネットワーク上のサービスは名前で通信可能
    # http://db:5432 でデータベースにアクセス可能
  
  db:
    image: postgres:15-alpine
    # webサービスから db:5432 でアクセス可能

# カスタムネットワークの定義
networks:
  frontend:
    driver: bridge
  backend:
    driver: bridge

services:
  web:
    networks:
      - frontend
  
  api:
    networks:
      - frontend
      - backend
  
  db:
    networks:
      - backend

非rootユーザーの使用

コンテナ内でrootユーザーとして実行することは避け、非rootユーザーを作成して使用します。

コンテナ内でrootユーザーとして実行することは避けます：

# Dockerfileで非rootユーザーを作成
FROM node:18-alpine

# ユーザーを作成
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

# ユーザーを変更
USER nodejs

WORKDIR /app
COPY --chown=nodejs:nodejs . .
CMD ["node", "index.js"]

イメージのスキャン

イメージの脆弱性をスキャンすることで、セキュリティ問題を早期に発見できます。Docker ScoutやTrivyなどのツールを使用します。

イメージの脆弱性をスキャンします：

# Docker Scoutを使用（Docker Desktopに含まれる）
docker scout cves nginx

# Trivyを使用
# インストール
brew install trivy

# イメージをスキャン
trivy image nginx

# Dockerfileをスキャン
trivy fs .

シークレットの管理

シークレットは、環境変数、Docker Secrets、環境変数ファイルなどで管理します。本番環境では適切な方法を選択します。

シークレット（パスワード、APIキーなど）を適切に管理します：

# docker-compose.ymlで環境変数を使用（開発環境のみ）
services:
  app:
    environment:
      - DB_PASSWORD=password

# 本番環境ではDocker Secretsを使用
services:
  app:
    secrets:
      - db_password
secrets:
  db_password:
    external: true

# または環境変数ファイルを使用
services:
  app:
    env_file:
      - .env

Node.jsアプリケーションのコンテナ化

Node.jsアプリケーションをコンテナ化するには、マルチステージビルドを使用し、軽量なイメージを作成します。

Node.jsアプリケーションをコンテナ化する例：

# Dockerfile
FROM node:18-alpine AS builder

WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci

COPY . .
RUN npm run build

FROM node:18-alpine

WORKDIR /app

# 非rootユーザーを作成
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

# ビルド成果物をコピー
COPY --from=builder --chown=nodejs:nodejs /app/dist ./dist
COPY --from=builder --chown=nodejs:nodejs /app/node_modules ./node_modules
COPY --chown=nodejs:nodejs package*.json ./

USER nodejs

EXPOSE 3000

CMD ["node", "dist/index.js"]

Docker Composeでの本番環境設定

本番環境では、restart: always、healthcheck、適切な環境変数の設定などが重要です。

本番環境用のdocker-compose.ymlの例：

version: '3.8'

services:
  app:
    build: .
    restart: always
    ports:
      - "3000:3000"
    environment:
      - NODE_ENV=production
    depends_on:
      - db
    healthcheck:
      test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost:3000/health"]
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
  
  db:
    image: postgres:15-alpine
    restart: always
    environment:
      - POSTGRES_PASSWORD=${DB_PASSWORD}
    volumes:
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data
    healthcheck:
      test: ["CMD-SHELL", "pg_isready -U postgres"]
      interval: 10s
      timeout: 5s
      retries: 5

volumes:
  postgres_data:

イメージサイズの最小化

イメージサイズを最小化するには、軽量なベースイメージを使用し、マルチステージビルドを使用し、不要なファイルを削除します。

イメージサイズを最小化する方法：

- 軽量なベースイメージを使用: Alpine Linuxなど
- マルチステージビルドを使用: ビルドツールを含めない
- 不要なファイルを削除: .dockerignoreを使用
- レイヤーを統合: RUNコマンドをまとめる
- キャッシュをクリア: npm cache cleanなど

セキュリティ

セキュリティのベストプラクティスには、非rootユーザーの使用、イメージのスキャン、シークレットの適切な管理、最小権限の原則、定期的な更新があります。

セキュリティのベストプラクティス：

- 非rootユーザーを使用: コンテナ内でrootとして実行しない
- イメージをスキャン: 脆弱性を定期的にチェック
- シークレットを適切に管理: 環境変数やSecretsを使用
- 最小権限の原則: 必要な権限のみを付与
- 定期的に更新: ベースイメージを最新に保つ

パフォーマンス

パフォーマンスのベストプラクティスには、レイヤーキャッシュの活用、.dockerignoreの使用、適切なベースイメージの選択、ヘルスチェックの実装、リソース制限の設定があります。

パフォーマンスのベストプラクティス：

- レイヤーキャッシュを活用: 変更頻度の低いレイヤーを先に
- .dockerignoreを使用: 不要なファイルを除外
- 適切なベースイメージ: 用途に応じて選択
- ヘルスチェックを実装: コンテナの状態を監視
- リソース制限を設定: CPU、メモリの制限