DevOps の再定義: コンテナ化の変革力

翻訳者 |李睿

レビュー |チョンロウ

急速に進化するデジタル時代において、DevOps はソフトウェア開発環境を再構築する重要なパラダイムとなっています。 DevOps という用語は、「開発」と「運用」を組み合わせたもので、歴史的に分離されていたこれら 2 つの機能を、ソフトウェア開発ライフサイクルの短縮に重点を置いた統一されたアプローチに統合します。したがって、DevOps の実践により、ソフトウェアのリリースがより高速かつ信頼性の高いものとなり、継続的インテグレーション、継続的デリバリー、高可用性が促進され、ビジネスの競争力と俊敏性が向上します。

しかし、効率性の向上と配信プロセスの堅牢性を求める継続的な取り組みの結果、ソフトウェアの開発と配信の方法に大きな影響を与えるイノベーションが生まれました。それがコンテナ化です。コンテナ化では、ソフトウェア コードとそのすべての依存関係をカプセル化またはパッケージ化して、あらゆるインフラストラクチャ上で均一かつ一貫して実行できるようにします。この注目すべきテクノロジーは、DevOps の世界における単なる漸進的な改善ではなく、ソフトウェアの開発と展開の運用効率を変革する大きな飛躍です。

この記事では、DevOps シナリオにおけるコンテナ化の変革力について詳しく説明し、その利点、課題、ソフトウェア開発の将来への影響を探ります。

コンテナ化の出現

クラウド コンピューティング時代の到来により、開発者のソフトウェア開発へのアプローチは根本的に変化しました。この時代がもたらした大きな進歩の 1 つは、コンテナ化の概念です。企業が複数環境の展開を管理し、複数のプラットフォーム間での互換性の問題に対処する複雑さに取り組む中、コンテナ化が解決策として登場しました。

基礎

コンテナ化は、完全なマシン仮想化の軽量な代替手段であり、アプリケーションとそのオペレーティング システムをコンテナにパッケージ化します。ソフトウェアの実行に必要なすべての関連構成、依存関係、ライブラリ、バイナリがアプリケーションにバンドルされます。コンテナと呼ばれるこのパッケージ化されたユニットにより、アプリケーションが複数のコンピューティング環境にわたって一貫して実行されるようになります。

簡単に言えば、コンテナはソフトウェアを実行するために必要なものがすべて入った箱と考えることができます。各コンテナは独立したユニットであるため、他のコンテナに干渉せず、特定のホスト オペレーティング システムの構成に依存しません。コンテナの本質的な分離性と移植性により、さまざまな環境間での一貫性、自律性、シームレスな機能が重要な DevOps シナリオではコンテナが特に役立ちます。

つまり、コンテナ化は「一度書けばどこでも実行できる」という概念に革命をもたらし、アプリケーションをより速く開発し、アップグレードをより効率的に管理し、さまざまなプラットフォームでのデプロイメントの管理に関連するコストと労力を削減する機会を生み出します。 DevOps の世界におけるその重要性は、ようやく真に理解され、活用され始めたばかりです。

DevOps の進化と受容

コンテナ化は新しい概念ではありません。これは Unix の世界で始まり、分離とセグメンテーションの原則は chroot などのテクノロジーで使用されていました。しかし、2013 年に Docker がリリースされたことで、コンテナ化が主流となり、ソフトウェアの開発と運用に大きな変革が起こりました。

Docker を使用すると、コンテナを通じてアプリケーションを作成、デプロイ、実行するプロセスがシンプルかつ効率的になります。使いやすいコマンドライン インターフェイス、大規模なオープン ソース コミュニティ、コンテナー イメージを構築するための Dockerfiles の導入により、Docker は開発者と運用チームの両方で人気を博しています。

Docker のリリースは、マイクロサービス アーキテクチャの台頭と同時に起こりました。企業がモノリシック アーキテクチャからマイクロサービスに移行するにつれて、これらの個々のサービスを効果的に管理できるテクノロジの必要性が明らかになります。コンテナは、一貫性を維持し、オーバーヘッドを削減しながら、これらのサービスを個別にセグメント化して管理する方法を提供します。

マイクロサービスの台頭と Docker の導入により、DevOps プラクティスにおけるコンテナ化の急速な導入が促進されました。継続的な統合と配信、自動化、共同問題解決に重点を置く DevOps では、コンテナが強力なツールであることがわかっています。

2014 年にリリースされた Kubernetes は、コンテナ化をさらに一歩進め、ホストのクラスター全体にわたるアプリケーション コンテナの展開、スケーリング、管理を自動化するプラットフォームを提供します。コンテナ オーケストレーションに新しい機能と柔軟性をもたらし、DevOps プラクティスとの統合がコンテナ化の受け入れと成功を促進する上で大きな役割を果たしました。

開発者がソフトウェア開発と運用のプラクティスを進化させ、改良し続けるにつれて、コンテナ化は DevOps ツールセットの主力となり、これまでにない効率性、スケーラビリティ、一貫性を実現しています。

コンテナ化がDevOpsに与える影響

コンテナ化は DevOps 分野で重要となり、プロセスの合理化と生産性の向上に役立ちます。コンテナ化の役割をより深く理解し、業界の専門家の視点から DevOps への影響を理解する必要があります。

コンテナ化の役割

KodeKloud の共同設立者であるHuzaifa Ahsan 氏が指摘するように、コンテナ化の主な利点は「アプリケーションとそのランタイム環境全体をバンドルし、すべての依存関係を単一の展開可能なユニットに取り込む機能」です。このバンドルにより、一般的な「自分のマシンでは動作する」という問題が解決され、開発、テスト、および生産の各段階にわたって一貫性が実現されます。さらに、アプリケーションの実行に必要なものはすべてコンテナ内に含まれているため、開発者は環境に関係なく期待どおりに実行されることがわかっており、優れたコードの作成に集中できます。

コンテナ化により、ソフトウェア開発プロセスに高度な移植性ももたらされます。バンドルされたアプリケーションは、開発者のローカル マシン、テスト環境、運用サーバーなど、さまざまな環境間で変更を加えることなく移動できます。この移植性により、開発、品質保証 (QA)、運用チーム間のやり取りがスムーズになり、より協調的で効率的な DevOps 文化が育まれます。

Durable Programming の David Berube 氏は、クライアント環境の再現におけるコンテナ化の有用性について次のように述べています。「Docker をエンドツーエンドで活用することで、開発マシンを論理的かつ再現可能な方法で、無数のクライアントの運用環境に効果的に適合させることができます。」この声明は、複数のプラットフォームと環境にわたって再現性と予測可能性を促進するコンテナ化の力を強調しています。さらに、環境関連の問題の管理と解決にこれまで必要だった時間と労力が大幅に削減され、ソフトウェア開発プロセスが加速されます。

コンテナ化は、一貫性と移植性を促進することで DevOps 分野に大きな影響を与えています。ソフトウェア開発のスピードと品質が向上し、異なるチーム間のシームレスなコラボレーションにつながる環境が生まれます。 DevOps 哲学とのこの本質的な整合性により、コンテナ化は今日のソフトウェア開発パイプラインの不可欠な部分になります。

マイクロサービスとコンテナ化

ここ数年、ソフトウェア開発はモノリシック アプリケーションからマイクロサービス アーキテクチャへと大きく変化しました。マイクロサービス アーキテクチャでは、アプリケーションを疎結合されたサービスのコレクションに分割し、各サービスを個別に開発、展開、拡張できます。コンテナ化の出現により、この変革は大きく促進されました。

「コンテナ化を通じて、モノリシック アプリケーションをマイクロサービスに分割することに成功しました」と Ahsan 氏は指摘します。コンテナは、各サービスをその依存関係とともに個別のコンテナにパッケージ化できるため、マイクロサービスの管理とデプロイに理想的な環境を提供します。このアプローチにより、各サービスを独立して実行し、連鎖的な障害を防ぎ、個々のサービスのニーズに基づいて独立したスケーリングが可能になります。

コンテナ化により、アプリケーションをより小さく管理しやすい部分に分割することで、コードベースの理解と保守が簡素化されるだけでなく、潜在的な問題の範囲も大幅に縮小されます。たとえば、あるサービスのバグは他のサービスに直接影響を及ぼさず、問題のあるサービスはアプリケーションの他の部分に影響を与えることなく個別に更新またはロールバックできます。

コンテナによって提供されるカプセル化により、DevOps プラクティスの中核コンポーネントである継続的インテグレーション( CI ) /継続的デリバリー (CD )パイプラインにも適しています。各マイクロサービスは、他のサービスを中断することなく継続的に開発、テスト、デプロイできるため、リリースの高速化とアプリケーションの堅牢性が向上します。

マイクロサービスとコンテナ化の共生関係は、DevOps モデルの進歩に役立ちます。コンテナを使用すると、開発者はより高速、俊敏、信頼性の高いマイクロサービスを構築および展開できるため、ビジネス ニーズにさらに即応する、より効率的なソフトウェア配信プロセスが可能になります。

コンテナ化におけるDockerとKubernetesの役割

Docker と Kubernetes はコンテナ化革命の最前線に立ち、このテクノロジーを DevOps プロセスに統合する上で重要な役割を果たしてきました。これらはそれぞれ、コンテナの管理とオーケストレーションのための異なるが補完的な機能を提供します。

Docker で DevOps を簡素化

Docker は、そのシンプルさ、使いやすさ、堅牢なコンテナ管理機能により、コンテナ化の代名詞となっています。これにより、開発者はアプリケーションとその環境を、Docker コンテナと呼ばれる自己完結型のユニットにパッケージ化できます。

Docker が DevOps プロセスに及ぼす実際的な影響は計り知れません。 「テスト、開発、生産のゴールドスタンダードとして Nix と Docker を使用することで、顧客に独自のテクノロジーを採用させることなく、コスト効率よく開発手法の近代化を支援できます」と Berube 氏は述べています。 「Docker はプラットフォームに依存しないため、実稼働環境を反映した統合開発環境の作成が可能になり、予期せぬ事態が減り、展開がスムーズになります。」

Docker は多くの一般的な DevOps ツールともシームレスに統合されるため、既存のワークフローに完全に適合する多目的なソリューションになります。さらに、開発者のワークステーションから実稼働環境まで、ソフトウェア配信ライフサイクル全体にわたってアプリケーションの一貫性を維持するのにも役立ちます。この一貫性により、アプリケーションの展開とメンテナンスに関連する複雑さが大幅に軽減され、より効率的で効果的な DevOps 文化が促進されます。

Docker のコンテナ化アプローチにより、アプリケーションの開発、展開、実行がよりシンプルかつ簡単になります。 Docker を使用すると、開発チームは制御性と予測可能性が向上し、DevOps プロセスの効率と生産性が向上します。

コンテナ化におけるKubernetesの活用

Docker はコンテナの作成と展開に革命をもたらし、Kubernetes は特に大規模なコンテナを管理するためのゴールド スタンダードになりました。 Kubernetes は、サーバーのクラスター全体にわたるコンテナ化されたアプリケーションの展開、スケーリング、管理を自動化するコンテナ オーケストレーション プラットフォームです。

Ahsan 氏は、Kubernetes の役割を次のように簡潔にまとめています。「Kubernetes は、Docker と連携して動作するコンテナ オーケストレーション プラットフォームであり、アプリケーションの展開、スケーリング、管理を自動化できます。」 Kubernetes は複数のサーバーにまたがる数百の Docker コンテナを処理できるため、大規模な分散アプリケーションに最適なツールです。

Kubernetes は、コンテナ化の利点を高めるためにいくつかの重要な機能を提供します。たとえば、自動ボックス化、水平スケーリング、自動ロールアウトとロールバック、サービス検出、負荷分散などの機能を提供します。さらに、Kubernetes はアプリケーションのフェイルオーバーを保証します。つまり、コンテナまたはノードに障害が発生した場合、Kubernetes はそれを自動的に置き換えて、サービスをスムーズに実行し続けることができます。

DevOps シナリオでは、Kubernetes の最も価値のある側面の 1 つは、コンテナのライフサイクルとは関係なく、長期にわたってアプリケーションの状態を維持できることです。これにより、DevOps チームは個々のコンテナではなくサービスを管理できるようになり、DevOps 実践を成功させるための重要な要素である継続的インテグレーション (CI)/継続的デプロイメント (CD)、ログ記録、監視が容易になります。

Kubernetes は、複雑なアプリケーションを大規模に管理する機能により、コンテナ化の機能を強化し、DevOps の原則に適合させます。コンテナ化されたアプリケーションのデプロイとスケーリングに関わる多くの手動プロセスを自動化することで、Kubernetes は DevOps の武器として不可欠なツールになりました。

コンテナ化の導入における課題と解決策

コンテナ化は多くの利点を提供し、DevOps ツールキットの強力なツールですが、課題がないわけではありません。コンテナ化を実装するには慎重なアプローチが必要であり、その課題を克服するには、テクノロジーとその可能性を深く理解する必要があります。

共通の課題

• 複雑さ: 特に大規模なコンテナ化の実装は複雑になる可能性があります。コンテナ化されたアプリケーションとその基盤となるテクノロジーの両方に対する深い理解が必要です。さらに、Docker イメージの作成方法、Dockerfile の管理方法、Kubernetes を使用したコンテナのオーケストレーション方法を理解することは、コンテナ化の初心者にとっては難しい学習曲線になる可能性があります。
• セキュリティ: コンテナはホスト システムのカーネルを共有するため、コンテナが漏洩するとセキュリティ上のリスクが生じる可能性があります。さらに、適切な管理と更新が行われないと、コンテナにバンドルされているアプリケーションまたはその依存関係の脆弱性が悪用される可能性があります。
• ネットワーキング: コンテナ化された環境でのネットワーキングは複雑になる可能性があります。異なるホスト間のコンテナ間の通信を構成し、コンテナの動的 IP アドレスを処理し、外部へのサービスの公開を管理する必要があり、これらはすべて困難な場合があります。
• 監視とログ記録: コンテナの一時的な性質により、従来の監視およびログ記録ツールはコンテナ化された環境では効果的に機能しない可能性があります。コンテナは頻繁に停止、起動、または移動されるため、そのパフォーマンスとログを追跡することは問題になる可能性があります。
• データ管理: コンテナは本質的に一時的なものであり、いつでも開始または停止できます。これにより、永続的なデータ ストレージを扱い、さまざまなコンテナーとセッション間でデータの一貫性を確保するときに問題が発生する可能性があります。
• リソース管理: リソースを過剰に使用するとパフォーマンスの問題が発生する可能性があり、リソースを十分に使用しないと操作が非効率になる可能性があります。適切なバランスをとるには、コンテナ化された環境でのリソース割り当てを慎重に管理し、理解する必要があります。

学習曲線と初期の課題

コンテナ化された環境への移行は、特にその技術に不慣れなチームにとっては簡単な作業ではありません。コンテナ化を理解して実装するには、初期の学習曲線が必要です。 Berube 氏が指摘するように、 Dockerfiles のような基本的なビルド ファイルでも課題が生じる可能性があります。彼は、「理論上はこのようなことは起きないはずですが、経験上、Dockerfile は他のコードと同様に、時間の経過とともに動作を停止する可能性があります。時間の経過とともに変化する他のファイルやイメージに大きく依存する可能性があります。」と述べました。

Dockerfile は基本的に、Docker イメージを構築する方法に関する指示が含まれたスクリプトです。理想的には、自己完結型として設計し、時間の経過とともに変化する可能性のあるファイルや画像に依存しないようにする必要があります。ただし、ソフトウェア開発の現実としては、依存関係と構成は変更される可能性があり、実際に変更されることがあります。そして、これらの変更は Dockerfiles の信頼性に影響を及ぼす可能性があります。したがって、他のコードと同様に、慎重な管理とバージョン管理が必要です。

さらに、Kubernetes を使用してコンテナを管理する方法を理解すると、複雑さがさらに増します。 Kubernetes は強力なオーケストレーション ツールですが、その豊富な機能と機能性は初心者にとって圧倒的なものになる可能性があります。 Kubernetes オブジェクトの定義、クラスターのセットアップ、Kubernetes ネットワークの処理方法を学習することは、チームが直面する可能性のある最初の課題の 1 つです。

これらの初期の障害は克服できないものではないことを覚えておくことが重要です。適切なトレーニング、確実なドキュメント、段階的な導入により、チームはこれらの課題を克服し、DevOps プラクティスでコンテナ化のメリットを享受できます。

技術的な複雑さへの対処

コンテナ化の実装における技術的な課題を克服するには、創造的な問題解決、ツールの組み込み機能の活用、場合によってはサードパーティのソリューションの組み込みが必要になります。これらの複雑性の課題に対処するための戦略をいくつか紹介します。

• 永続データの処理: 前述のように、コンテナは一時的なものであり、コンテナの再起動にわたって永続データを管理することは困難な場合があります。しかし、Ahsan は優れた解決策を提供しました。 「Kubernetes の永続ボリューム機能を活用し、コンテナの再起動後もデータの永続性を維持するためのサードパーティ ソリューションも検討しました。」と彼は述べています。 Kubernetes の永続ボリューム (PV) と永続ボリューム要求 (PVC) は、コンテナーから独立してストレージ リソースを宣言および管理し、コンテナーの再起動後もデータが保持されるようにする方法を提供します。
• レガシー ソフトウェア用の Docker イメージの作成: レガシー ソフトウェアの Docker 化は、特に既存の例が機能しなくなった場合には困難に思えるかもしれません。しかし、Berube 氏は次のように示唆しています。「ソフトウェアをコンパイルできれば、そのための Docker イメージを作成できます。レガシー ソフトウェアの例が機能しなくなったとしても、問題のソフトウェアをコンパイルする方法がまだ見つかれば、それほど苦労せずにソリューションを作成できます。」もちろん、このアプローチではソフトウェアと Docker の両方を深く理解する必要がありますが、複雑なレガシー環境でもコンテナ化を適用できることを示しています。
• セキュリティとネットワーク: コンテナ化ツールに組み込まれたセキュリティ機能とネットワーク ポリシーを活用することで、関連するリスクの多くに対処できます。たとえば、Docker はユーザー名の名前空間や seccomp プロファイルと機能などのセキュリティ機能を提供しますが、Kubernetes は IP アドレスまたはポート レベルでトラフィックを制御するネットワーク ポリシーを提供します。
• 監視とログ記録: コンテナ固有の監視およびログ記録ツールを採用すると、これらのタスクを簡素化できます。監視用の Prometheus やログ集約用の Fluentd や Loki などのツールは、コンテナの動的な性質を処理し、コンテナのパフォーマンスに関する貴重な洞察を提供するように設計されています。

これらの戦略を、コンテナ化された環境とアプリケーションの特定の要件に関する深い理解と組み合わせると、DevOps プラクティス内でコンテナ化を実装する際の技術的な複雑さに対処するのに役立ちます。

結論は

コンテナ化は、ソフトウェア開発と DevOps の世界でゲームチェンジャーとなっています。アプリケーションの開発、展開、管理の方法を根本的に変えてしまったため、その影響は計り知れません。環境間の一貫性の確保からマイクロサービス アーキテクチャの促進、デプロイメントの速度と信頼性の向上まで、コンテナ化は DevOps に多大なメリットをもたらします。

コンテナ化分野における 2 つの主要ツールである Docker と Kubernetes は、これらの利点を実現する上で重要な役割を果たしてきました。アプリケーションとそのランタイム環境全体を単一の展開可能なユニットにバンドルする Docker の機能と、これらのコンテナを大規模に効率的に管理する Kubernetes の機能により、DevOps プロセスが大幅に簡素化されました。

ただし、コンテナ化を導入するプロセスには課題がないわけではありません。初期の学習曲線、永続データ、セキュリティ、ネットワーク、監視に関連する複雑さへの対処は、チームがしばしば直面する障害です。ご覧のとおり、これらの課題は、組み込みツール機能、サードパーティ ソリューション、および堅実なテクノロジー戦略を組み合わせることで対処し、克服できます。

今後、DevOps におけるコンテナ化の役割はさらに重要になるでしょう。アプリケーションの複雑さと規模が拡大するにつれて、効率、一貫性、スケーラビリティを向上させるソリューションの必要性も高まります。コンテナ化は、その固有の利点により、これらの要求を満たし、DevOps の未来を推進する準備ができています。

コンテナ化は、継続的に進化し、変化するソフトウェア開発環境に適応することで、現代の DevOps プラクティスの基礎であり続け、開発チームが今後何年にもわたって、より優れたソフトウェアをより迅速かつ確実に提供できるようにします。

原題: DevOps の再定義: コンテナ化の変革力、著者: Samir Hazra