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Essentials of container
- 1. Essentials of container 真壁 徹 日本マイクロソフト株式会社 クラウドソリューションアーキテクト 2019/3/28 コンテナー、大事なことだけ JAZUG女子部 第14回勉強会
- 2. 自己紹介 { “名前” : “真壁 徹(まかべ とおる)”, “所属” : “日本マイクロソフト株式会社”, “役割” : “クラウド ソリューションアーキテクト”, “経歴” : “大和総研 → HP Enterprise”, “特技” : “インフラ & オープンソース”, “資格” : “CNCF Certified Kubernetes Admin.” }
- 4. エッセンシャル シャンプーの香りのように 爽やかにお伝えします essential 意味: 欠くことのできない、重要な、本質的な コンテナー技術の大事なことに絞ってお話します 「なぜ必要なの？何がうれしいの？」を中心に 網羅性は高くないので、扱わなかった話題はぜひご質問を (注) わたしの主観とそれにもとづく表現が多く含まれます
- 11. 博士の発明 カレー合成ロボ “Docurry Mk-II” • タンドリー社製CR-3型 高出力マイクロ波加熱 装置 • 具材や素材を瞬時に識 別する非ノイマン型高 性能コンピューター • 初号機はコンテナー1年 戦争で活躍
- 12. 冷蔵庫 即カレー環境の実現 冷蔵庫から パーソナライズされたカレーを 即提供 味も安定 辛さにこだわる 父カレー 魚介好き 母カレー 牛好き 甘口 兄カレー 超超甘口 妹カレー テーブル docurry run 父カレー docurry run 妹カレー 辛旨！ 甘旨！
- 14. 冷蔵庫 父コンテナー 博士の工夫 その② 保存時に冷蔵庫にすでに同じレイヤーがあれば、共有できるようにした チキン 辛口スパイス 母コンテナー 魚介 中辛スパイス ベースカレー ライス docurry push 母カレー 差分の 中辛スパイスと 魚介だけ送る ベースカレー ライス 同じ 冷蔵庫スペースの節約！ 調理
- 15. テーブル 父コンテナー 博士の工夫 その③ テーブルにすでに同じレイヤーがあれば、共有できるようにした チキン 辛口スパイス 母コンテナー 魚介 中辛スパイス ベースカレー ライス docurry run 父カレー 差分の 辛口スパイスと チキンだけ送る ベースカレー ライス 同じ ライスとベースカレーを送らなくていいので、 着席後に即カレー！ (*)共有要素でも、あたかも自分専用に見える謎技術
- 19. 油断させておいて 印藤家 再び登場 Docurryのいる日々 準備は充分、味の決まったカレー (再現性が高い) それぞれ好みのカレー (混ざらない) 冷蔵庫やテーブルのスペースも節約 帰宅後すぐに食べられる 2人目以降はさらに早く食べられる
- 20. 同じアプローチで解決できるかも？
- 21. 仮想マシンとコンテナーの違い ハードウェア ハイパーバイザー (Hyper-V、vSphereなど) 仮想マシン 仮想マシン OSカーネル OSカーネル コンテナー コンテナーランタイム/ライブラリー アプリ ランタイム/ ライブラリー ランタイム/ ライブラリー アプリ アプリ コンテナーイメージ
- 22. Dockerとは ハードウェア ハイパーバイザー (e.g. Hyper-V) 仮想マシン OSカーネル コンテナー コンテナー ランタイム/ ライブラリー ランタイム/ ライブラリー アプリ アプリ +周辺ツール • UNIX、BSD、Linuxの世界でコンテナー 技術は昔からあった • OSの各種リソース管理機能を活用して リソースを分離する • dotCloud(現Docker)社が自社PaaS向け に作ったコンテナーの仕組みをOSSにし てブレイク • 従来のコンテナー技術より、アプリ開 発者視点でうれしい機能、周辺ツール に力を入れている • イメージ作成、配布の仕組み • 差分イメージ形式 • 標準化の勢いでDockerの影響力は弱ま りつつあるが、広く普及している コンテナーイメージ
- 23. コンテナーの元になる「コンテナーイメージ」 レイヤーを重ねる ベースイメージに必要なランタイム、ライブラリを重ねていく イメージが小さいと起動が速く、取り回しやすい (alpine linuxなど軽量なベースイメージも人気) Dockerfileと呼ばれる定義ファイルにイメージの 作り方を指定し、ビルドする (イメージに含めるアプリやライブラリ、 環境変数などのパラメーター、コンテナー起動時に 実行するコマンドなどを指定する) Pyhton:3.6.2-slim (Base Image) wordcount.py (User Application) html2text, urllib3, sh (Python Package) debian:stretch-slim (Base of Base Image) イメージの例
- 24. レジストリーとは コンテナーイメージを格納するデータストア Docker Hub パブリックレジストリーの 代表格 Azure Container Registry(ACR) プライベートレジストリー 実装例 様々な公式イメージ (ubuntu、nginx、etc) ユーザー作成イメージ ユーザー作成イメージ docker push/pull/run • レジストリーを指定しないと Docker Hubに接続 (デフォルト) • インターネット経由 • ユーザー個別にレジストリー を作成し、指定 • Azureネットワークに閉じた 運用が可能
- 25. コンテナーを”Run”すればいい (早い、楽、再現性が高い) “仮想マシン、OS、ランタイム、ライブラリー、アプリの導入” vs “docker run” 依存関係地獄から解放される (混ざらない) ひとつのOSインスタンス上で複数種、バージョンのランタイムやライブラリーを分離できる 導入先のマシンに入っているランタイムに頼らず、自ら必要なものをコンテナーに含め、持ち込む 開発のサクサク感が増し、運用を「強くする」手段も増える 時は金なり、人間の待ち時間はコストが高い 性能拡張したいときはコンテナーを複製して負荷分散できる 短時間で元の環境に戻せる、再現できる = 回復力(Resiliency)を得る うれしいこと
- 28. レジストリー Container Image コンテナーのバリューチェーン Build/Ship/Run Build Ship Run .NET Core App Java App Dockerfile Dockerfile .NET Core App Runtime/Lib Container Image Java App Runtime/Lib 実行環境(VM上でも可) Container .NET Core App Runtime/Lib Container Java App Runtime/Lib Other Lang. Dockerfile
- 29. Classified as Microsoft Confidential Demo Docker Containerが起動する動きを見てみよう
- 30. 身近なコンテナーの活用例 Azure Cloud Shell、お使いでしょうか 20秒程度で起動 ブラウザーがあれば使える $HOME以下はAzure Filesに永続化される 利用料金はAzure Files利用量に対してのみ
- 31. Azure Azure Cloud Shellの仕組み フロントエンドはJavaScript ブラウザにXterm.jsがロードされる Ubuntuコンテナーを生成 ユーザーごとにひとつのコンテナー コンテナーイメージはユーザー共通 20分間無操作だと破棄される 永続化領域はAzure Filesへ $HOMEの下が永続化される ブラウザ ブラウザ ユーザーコンテナー Azure Files Xterm.js Xterm.js コンテナーイメージ (Ubuntu 16.04 & Tools)
- 32. 起動してすぐ、多様なCLIツールを使える インストールする必要なし Docker CLI/Docker Machine Kubectl Helm DC/OS CLI MySQL クライアント PostgreSql クライアント sqlcmd ユーティリティ mssql-scripter iPython クライアント Cloud Foundry CLI Terraform Ansible .NET Core (2.1.4) Go (1.9) Java (1.8) Node.js (8.9.4) PowerShell Core (6.0.1)
- 35. 仮想マシンでも実現不可能ではないですが… Azure Cloud Shellに限らず 仮想マシンデプロイの一般的課題 カスタムVM Image アプリ、ライ ブラリ、ラン ライム セットアップ 物理サーバー VM デプロイ • カスタムVM Imageのサイズが大きく、デプロイに時 間がかかる 事前セットアップ方式 デプロイ時セットアップ方式 VM Image アプリ、ライ ブラリ、ラン ライム セットアップ (スクリプトなど) 物理サーバー VM デプロイ • セットアップが必要なのでデプロイが遅い • セットアップ後のテストが難しい (スクリプ トでアプリは期待通りに導入されたのか？設 定は間違ってないか？） (共通)すべてのVMに同じようなOS領 域、システムデータがあり、大部分 重複しているのが無駄
- 36. Azure Cloud Shellとコンテナー 仮想マシンとカーネル、イメージを共有しているため、個々のコンテナーは軽量 仮想マシン OSカーネル コンテナーイメージ (Ubuntu 16.04、ライブラリー、ランタイム、ツール) 読み取りのみ ユーザー領域 書き込み可 ユーザー領域 書き込み可 ユーザー領域 書き込み可 ユーザーA コンテナー ユーザーB コンテナー ユーザーC コンテナー 1度コンテナーホスト にダウンロードされれ ば、あとは差分のみ取 得する ユーザー個別のリソー スを小さくすることで、 速い起動と低コストを 実現できた ツールが期待通り導入 されたことを検証済み のコンテナーイメージ を配布
- 40. レジストリー Container Image どこが課題になりがちか Build/Shipのステップがあるから Run できるのですが… Build Ship Run .NET Core App Java App Dockerfile Dockerfile .NET Core App Runtime/Lib Container Image Java App Runtime/Lib 実行環境 Container .NET Core App Runtime/Lib Container Java App Runtime/Lib ここだけ注目する人が多い 「VMより軽いんでしょ？」 「じゃあ設備コストが下がる？」 準備が必要 Other Lang. Dockerfile
- 43. 例: アプリの「プチ」モダナイゼーション VM コンテナーグループ コンテナー 新機能アプリ (HTTPS Proxy) ランタイム/ ライブラリ コンテナー 既存アプリ ランタイム/ ライブラリ コンテナーグループ コンテナー 新機能アプリ (API Adapter) ランタイム/ ライブラリ コンテナー 既存アプリ ランタイム/ ライブラリ
- 45. コンテナーに取り組む時間を作る 向かなそうな他のシステムでは 何かを「やめる」 アジリティ 移行のインパクト 既存アプリ IaaS VMs Rehost Containers Refactor Microservices Rearchitect Serverless Rebuild New SaaS apps Replace App Modernization Lift & Shiftでもいい から「設備のお守 り」から解放される 自前で運用するシステ ムをなくしてしまう うまくいきそうなアプリを 選んで、小さくはじめる そして知見を得る 手段はコンテナーだけじゃない ことも意識する
- 46. Kubernetesって何？
- 47. 再び ファンタジーを
- 51. 博士の発明 カレーパーティー オーケストレーター “Keemanetes” • 複数テーブルのDocurry のまとめ役 • 需要に合わせてカレー の提供を指示 • トラブル時はそのテー ブルにあったカレーと 同じものを他テーブル で提供 • カレーの味変や戻しも テーブル間の整合性を 保ちつつ実施レストランから問い合わせが殺到 業界標準になりつつある
- 53. 最近相談される「こうしたい」 複雑で、変化を求められる時代だから 個々の機能、責務をシンプルで分かりやすい大きさに刻みたい シンプルな機能を組み合わせて全体を実現したい 機能を作成・変更したら素早く配備・入替したい (迅速なデプロイ) 無駄な設備は持ちたくない (共有による資源の有効利用) 設備は共有しても独立性は確保したい (依存関係の分離) 急に処理量が増えても楽に拡張したい (拡張性の確保) どこかが壊れても人の手を介さず復旧してほしい (自己復旧)
- 54. 油断したところで いまどきのカレーパーティー 複雑で、変化を求められるカレーパーティーだから 具材やベース素材をシンプルで分かりやすい大きさに刻みたい それらを組み合わせてカレーを実現したい カレーを作成・味変したら素早く配備・入替したい (迅速なデプロイ) 無駄なテーブルは持ちたくない (共有による資源の有効利用) テーブルは共有しても独立性は確保したい (依存関係の分離) 急にゲストが増えても楽に拡張したい (拡張性の確保) フグが水を吐いても人の手を介さずパーティーを続けたい (自己復旧)
- 56. Kubernetes (k8s) コンテナーオーケストレーターの事実上標準 オープンソースソフトウェア CNCF (Cloud Native Computing foundation)が開発を主導 マイクロソフトはCNCFのプラチナメンバー 多くのベンダーがオープンソースをベースに製品・サービス化 Azure Kubernetes Serviceで採用 他Azureサービスでも内部基盤として使われている
- 57. Kubernetes アーキテクチャー概要 AKSの実装例 MasterとNodeに分かれる Masterが全体を制御 Nodeにアプリコンテナーを配置 API Serverに管理系操作を集約 API Serverを中心に、各コンポー ネントが自律的に動く 管理系のアクセス • アプリの配備 • 管理系操作 ユーザーからのアクセス
- 59. 主要機能 (スケジューリング) 必要なリソースやもろもろの条件を考慮し、コンテナーを最適なNodeに配置する Node 0 Master Node 1 Node 2 Container A(Pod) Container A(Pod) Container B(Pod) Container B(Pod) • CPUはこのくらい • メモリはこのくらい • そのほか条件 マニフェスト (あるべき姿を宣言) Node 2が 最適
- 60. 主要機能 (複製) コンテナーの複製を作成し、負荷分散や可用性向上 Node 0 Master Node 1 Node 2 Container A(Pod) Container A(Pod) Container B(Pod) Container B(Pod) • CPUはこのくらい • メモリはこのくらい • 複製を2つ • そのほか条件 複製を作るぞ Container B(Pod) 複製に向けるトラフィックをまとめた り、散らす仕組みもあります (Service) マニフェスト (あるべき姿を宣言)
- 61. 主要機能 (自己復旧) 障害時に残存Nodeでコンテナーを再作成 Node 0 Master Node 1 Node 2 Container A(Pod) Container A(Pod) Container B(Pod) Container B(Pod) • CPUはこのくらい • メモリはこのくらい • 複製を2つ • そのほか条件 Node 2から活動報告がない Node 0でコンテナーを再作成だ Container B(Pod)Container B(Pod) マニフェスト (あるべき姿を宣言) 常にあるべき姿と現状の 突合せループを回している
- 62. 主要機能 (バージョン管理) クラスター全体でコンテナーのバージョン整合性を保つ (戻しもできる) Node 0 Master Node 1 Node 2 Container A(Pod) Container A(Pod) Container B v2(Pod) Container B(Pod) v2 • CPUはこのくらい • メモリはこのくらい • 複製を2つ • そのほか条件 コンテナーを新バージョン で入れ替えるぞ Container B v2(Pod) 再デプロイ マニフェスト (あるべき姿を宣言) じわじわローリングアップグレードす ることもできます
- 63. Classified as Microsoft Confidential Demo Kubernetesの動きを見てみよう
- 65. めんどくせぇ！
- 66. Azure Kubernetes Service (AKS) API server Controller ManagerScheduler etcd Store Cloud Controller Self-managed master node(s) • Kubernetesは構築や維持の負担が 大きい • Azureはコントロールプレーン(マ スター)部分をマネージドサービス として提供 • アップストリームに追従 (独自の Kubernetesを作らない) • MasterノードはAzureがサービスと して管理しており、不可視 • 他Azureサービスとの連携や組み合 わせが容易(ロードバランサー、仮 想ネットワーク、Azure AD、Azure Monitor、etc) Customer VMs App/ workload definitionUser Docker Pods Docker Pods Docker Pods Docker Pods Docker Pods Schedule pods over private tunnel Kubernetes API endpoint Azure managed control plane
- 67. AKS 物理/論理配置 Node Node Master (物理サーバー、仮想マシン) Node (物理サーバー、仮想マシン) API Server etcd ロードバランサー ロードバランサー Controller Manager Scheduler kubelet kube-proxy(*) Container Runtime アドオンコン ポーネント(**) (*) Nodeのネットワークを制御 (iptables操作など) (**) DNS、Metrics Serverなど (Podとして動く) 不可視 API エンドポイント (例: hogehoge.hcp.japaneast.azmk8s.io)
- 71. マイクロソフトのキーマン Brendan Burns Kubernetesの生みの親 (Co- founder) 2016年にマイクロソフトへ加わる いまやコンテナー関連サービスの みならず、Azure Resource Manager、Azure Cloud Shellなど Azureの開発を広くリード Brendan Burns Distinguished Engineer, Microsoft
- 72. Containers in Azure Choice of developer tools and clients Azure Container Registry Docker Hub App Service Azureの歴史ある PaaSサービス GitやVisual Studio に限らずDockerコ ンテナーでのデプ ロイにも対応 Service Fabric マイクロソフトの 開発する分散処理 基盤 .NETアプリケー ションとの相性が いい Kubernetes Service Container Instance コンテナーオーケスト レーターの事実上標準 Ecosystem パートナーとの 協業 コンテナー1つから 使えるマネージド サービス AKSの仮想ノードと しても利用可能
- 73. Azureでコンテナーが使えるサービスの特徴 位置づけ 汎用/特化 課金リソース 特記事項 Container Instances シンプルなコンテ ナー実行基盤 汎用 コンテナー利用 CPU・メモリ (秒) KubernetesのNodeと して利用可能 部分的にKubernetes マニフェストをサ ポート App Service (Web App for Containers) WebアプリPaaS 特化(Webアプリ) App Service Plan (秒) 部分的にKubernetes マニフェストをサ ポート Service Fabric 分散アプリ基盤 汎用 クラスター構成リ ソース(主にVM) (分) .NETアプリとの親和 性が高い Kubernetes Service コンテナーオーケス トレーター 汎用 クラスター構成リ ソース(主にVM) (分) 事実上の業界標準
- 74. 誤解をおそれずに一言で 一言 Container Instances 使い捨てるコンテナーに (バッチや期間限定アプリ) App Service (Web App for Containers) シンプルなWebアプリならKubernetesより断然手軽 Service Fabric .NETで、がっつり分散アプリを作るなら Kubernetes Service 数多く、複数の種類のコンテナーを組み合わせて動かすなら
- 76. レジストリー Container Image (再掲) どこが課題になりがちか Build/Shipのステップがあるから Run できるのですが… Build Ship Run .NET Core App Java App Dockerfile Dockerfile .NET Core App Runtime/Lib Container Image Java App Runtime/Lib 実行環境 Container .NET Core App Runtime/Lib Container Java App Runtime/Lib 準備が必要 Other Lang. Dockerfile
- 77. 多くの企業システムの現場では あくまで現状の私見です コンテナーをビルドする前提が整っていないことも そもそもソースコード管理の仕組みが散らかっている 管理されていてもビルドシステムと連携できない (機能的、セキュリティポリシー的に) まず小さくはじめて実績を作ったほうがうまくいく 新規もしくは既存アプリで「コンテナー化しやすい、うまくいきそう」なものから パイプラインは新しく作る方が楽 既存のパイプラインやツールは並行して維持する (いきなり全面移行を考えない) 新しいパイプラインで小さく始め、成功体験を得てから本格化、横展開する パイプラインを構成するツールはクラウドであれば簡単に試せる (リポジトリ、ビルド/テストパイ プライン、デプロイ/リリース管理、etc)
- 78. コンテナーCI/CDパイプラインのイメージ AKSの場合 Source code control Helm chart Inner loop Azure Container Registry Azure Pipeline/ DevOps Project Auto- build Azure Monitor CI/CD Test Debug Azure DevSpaces AKS dev cluster AKS production cluster Pods ACI instances Pods
- 79. 例: Azure DevOps CI/CDパイプライン あくまで実装例です 入れ替え、組み合わせられるツールは数多くあります Azure Repo Git互換リポジトリ Azure Pipeline パイプライン管理 Azure Container Registry プライベートコンテナーレジストリ Kubernetes 参考資料: チュートリアル: Azure DevOps プロジェクトを使用して ASP.NET Core アプリを Azure Kubernetes Service (AKS) にデプロイする GitHubも いいですね
- 80. Windowsコンテナーのいま
- 81. 2つの課題 ベースのコンテナーイメージサイズがまだ大きい (Nano Server 350MB, Server Core 4.2GB) 事実上標準であるKubernetes対応が遅れた (今週リリースされたKubernetes 1.14で Windows Node がGA) 本格的な普及には至っていない 2つの課題を解決せねば サイズの問題はホストへのキャッシュを活かすのが短期的な解決策 既存アプリ(.NET Framework)への適用に期待する声が多い 新規であれば.NET Core on Linuxという手もあり、Windowsである必然性は小さい .NET Frameworkを動かすならServer Coreが必要 -> サイズ問題 Windowsコンテナーの現状
- 82. KubernetesのWindows対応に時間がかかった理由 Linuxの世界で生まれたKubernetesへの追従 KubernetesはLinuxの機能を大いに 活用している (代表例: iptables) WindowsもOSレベルでの対応が必 要 対応している間にもKubernetesは どんどん進化する 過去からの経緯にご興味があれば Windows SIGの議事録を https://github.com/kubernetes/community/tree/master/sig-windows > Meeting notes and Agenda
- 83. 徹底してカレーに例えると ライス前提で作った仕組みに、ナンを適用するようなチャレンジ ﾊﾐﾀﾞｼ ﾁｬｳﾈ… ﾍﾞﾁｬｯﾄ ｼﾁｬｳﾈ… ナンのサイズをなるべく小さく (Windowsベースイメージの継続的 縮小) べちゃっとしないように素材を工 夫 (Windows OSに機能追加) オーケストレーターやコンテナー ランタイムにもナンに合わせた工 夫をしてもらう
- 85. 将来を見据えて 現在のおすすめアプローチ Windowsアプリのコンテナー実行基盤 代表的な選択肢 シングルコンテナーのWebアプリ -> Web App for Containers まだプレビュー段階ですが、ベースは実績あるAzure Web Apps 運用が楽です シングルコンテナーにおさまるASP .NETアプリであれば強くおすすめ マルチコンテナーアプリ -> AKS Engine からの AKS AKSのデプロイメントエンジン(AKS Engine)はOSSとして公開されており、Windowsに対応済み AKSのWindows Node対応はロードマップにありますが、急ぎであれば/いま検証して知見を得た い場合はAKS Engineを
- 86. よくあるご質問
- 87. Windowsの上でLinuxコンテナーが動く？ 混乱しやすいですよね 前提とするOSカーネルが違うコンテナーは動きません (Windows上でLinuxコンテナーは動かない、逆もまたしかり) ただし、仮想マシンの機能を使って工夫しているケースがあります たとえばDocker Desktop for Windows/MacではLinuxコンテナーが使 えますが、Hyper-Vやxhyveを使ってLinux仮想マシンを作り、その上 でLinuxコンテナーを動かしています
- 88. WindowsのGUIアプリをコンテナー化したい 残念ながらサポートされていません Does Docker for Windows Server 2016 support GUI-based applications? At this time, no, Docker for Windows Server 2016 does not support GUI-based applications. This is because Windows containers are based on either Nano or Core Server, which do not allow users to start up a GUI-based interface nor RDP into the container. https://success.docker.com/article/does-docker-for-windows-server-2016-support-gui-based-applications
- 90. まとめ
- 91. まとめ 技術や仕組みだけでなく、コンテ ナーを使うと「どのように幸せに なれるか」を考えましょう 焦る必要はありません、小さくは じめて試行錯誤し、知見を得ま しょう カレーのことは忘れてください
- 94. 改善例: GitHubによるフィードバック 広く意見を募る ドキュメントに関する意見や要望、 指摘、修正依頼はGitHubと連動し ている わかりやすさ、正しさを客観的に 評価し、継続的に改善する
- 97. ベストプラクティスなども Azureの製品グループだけでなく、 ユーザーに接しているメンバーが その知見をコンテンツとして提供 手を動かす前に目を通してもよし、 振り返り/改善のチェックに読むも よし
- 98. © Copyright Microsoft Corporation. All rights reserved.