🐳 Docker入門 | Handism's Tech Blog

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Dockerの基本概念とアーキテクチャ

Dockerは、アプリケーションを開発・デプロイ・実行するためのオープンソースのプラットフォームです。「コンテナ」と呼ばれる独立した環境を利用することで、開発環境と本番環境の差異をなくし、どこでも同じように動作させることができます。第1章では、Dockerがどのような仕組みで動いているのか、その「アーキテクチャ（構造）」を図解で分かりやすく解説します。 1. Dockerの全体像（3大要素） Dockerのアーキテクチャは、主に以下の3つの役割に分かれています。 1. Client（クライアント） * 私たちがターミナルで入力するコマンド（CLI）です。ユーザーからの指示をDocker Daemonに送信します。 2. Host（ホスト / Docker Daemon） * 実際にコンテナやイメージを管理し、実行するサーバーです。裏で動いている本体（Daemon）や、ダウンロードされたイメージ、実行中のコンテナがここに存在します。 3. Registry（レジストリ） * Dockerイメージを保管・配布する場所です。デフォルトでは公式の「Docker Hub」が使われます。 2. アーキテクチャの相互関係（図解）これら3つの要素がどのように連携して動くのか、Mermaidダイアグラムで表すと以下のようになります。コマンドが実行されたときの流れ * を実行したとき: 1. Client から Host (Docker Daemon) へ「イメージが欲しい」というリクエストが飛びます。 2. Daemon はローカルにイメージがない場合、Registry (Docker Hub) へアクセスしてイメージをダウンロード（プル）し、Host 内に保存します。 * を実行したとき: 1. Client から Daemon へ「コンテナを起動して」と指示します。 2. Daemon は指定されたイメージを元に、Host 上で隔離された実行環境（コンテナ）を作成し、起動します。 3. なぜDockerを使うと「どこでも動く」のか？従来の仮想マシン（VM）は、ハードウェアを仮想化し、その上で丸ごと「ゲストOS」を動かしていました。そのため、起動が遅く、動作も重いという課題がありました。一方、DockerはホストOSのカーネル（OSの心臓部）を共有し、プロセスを隔離する技術（NamespacesやCgroupsなど）を使用します。これにより、OSを丸ごと起動する必要がなくなり、非常に軽量かつ高速に動作させることができます。次のチャプターでは、よく混同される「イメージ」と「コンテナ」の違いについて、さらに深掘りして学びましょう！

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イメージとコンテナの違い

Dockerを使い始めるときに、最初に混乱しやすいのが「イメージ (Image)」と「コンテナ (Container)」の違いです。この2つは密接に関係していますが、役割がまったく異なります。第2章では、イメージとコンテナの違いをオブジェクト指向プログラミングの概念やレイヤー構造の図解を用いて分かりやすく解説します。 1. 例え話で理解する一番分かりやすい例えは、オブジェクト指向プログラミングにおける「クラス」と「インスタンス」、あるいは「設計図」と「ビル（実物）」の関係です。概念 Dockerイメージ Dockerコンテナ例え設計図 / レシピ / クラス完成したビル / 料理 / インスタンス状態静的（ファイルの実体）動的（実行プロセス）変更読み取り専用（Read-Only）書き込み可能（Read-Write）関係性 1つのイメージから... 複数のコンテナを何個でも起動できる設計図（イメージ）があれば、それをもとに全く同じビル（コンテナ）を何個でも建てることができます。あるビルに傷がついたり壊れたりしても、設計図自体が壊れることはありません。 2. レイヤー構造（UFS）による図解 Dockerの大きな特徴は、ファイルシステムが「レイヤー（層）」のように積み重なっている点です。これを「Union File System (UFS)」と呼びます。イメージとコンテナがどのようにレイヤーを共有しているかを視覚化した図が以下です。レイヤー共有のメリット 1. ディスク容量の節約 * 同じベースOSイメージ（例: ）を元にした10個のコンテナを起動しても、ベースOS部分（L1）はディスク上に1つしか存在せず、すべてのコンテナで共有されます。 2. 高速な起動 * 新しくコンテナを起動するとき、Dockerは下位レイヤー（L1〜L3）をそのまま読み取り、一番上に非常に薄い「書き込み可能レイヤー（RW）」を1枚追加するだけです。そのため、ミリ秒単位で一瞬でコンテナが起動します。 3. コンテナが消えるとデータはどうなる？コンテナ内でファイルを作成したり変更したりすると、データは一番上の「書き込み可能レイヤー（RW）」に保存されます。しかし、コンテナを破棄（削除）すると、この書き込み可能レイヤーも一緒に消滅します。つまり、データベースのデータやユーザーのアップロード画像など、永続化したいデータはすべて消えてしまいます。データを消さないために、Dockerでは「ボリューム（Volume）」と呼ばれるホストOS側のディレクトリをコンテナ内にマウント（接続）する仕組みが用意されています。まとめ * Dockerイメージ：アプリケーションの実行に必要なベースOS、ライブラリ、コードがまとめられた、読み取り専用の「設計図」 * Dockerコンテナ：イメージの上に「書き込み可能レイヤー」を乗せて起動した、独立した「実行環境」これでイメージとコンテナの違いはバッチリです！

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Dockerfileの書き方とマルチステージビルド

コンテナイメージを自分で作成（ビルド）するには、Dockerfile（ドッカーファイル）と呼ばれる設定ファイルを使用します。第3章では、Dockerfileの基本的な書き方から、イメージの容量を劇的に削減するテクニックである「マルチステージビルド」までを図解で分かりやすく学びます。 1. Dockerfileの基本命令 Dockerfileは、コンテナの「設計図」です。テキストファイルに上から順にコマンドを記述していくことで、独自のイメージを自動構築できます。代表的な命令には以下のようなものがあります。命令役割例ベースとなるイメージを指定（必須）コンテナ内の作業ディレクトリを設定ホスト（PC）のファイルをコンテナ内にコピーイメージ構築時（ビルド時）にコマンドを実行コンテナ起動時にデフォルトで実行するコマンドコンテナが開放するポート番号（ドキュメント用） 2. イメージレイヤーとビルドキャッシュの仕組み Dockerfileの各命令（特に、、）は、実行されるたびに「イメージレイヤー」と呼ばれる読み取り専用の層を作成します。 Dockerはビルドを高速化するため、「変更がないレイヤーは前回のキャッシュを再利用する」という仕組みを持っています。キャッシュを活かすDockerfileの書き方例えば、ソースコードを変更するたびにが走り直すとビルドが遅くなります。そのため、依存関係の定義ファイルだけを先にコピーしてインストールします。 3. マルチステージビルド（Multi-stage Build）とは？アプリケーションをビルドする際、コンパイルや依存ファイルのインストールには多くのツール（コンパイラ、npmパッケージなど）が必要ですが、本番環境で実行する段階では不要なファイルがたくさんあります。マルチステージビルドは、一つのDockerfile内に複数のを記述し、「ビルド用の一時コンテナ」から「本番用の軽量コンテナ」へ最小限の成果物だけをコピーする技術です。これにより、イメージサイズを小さく保ち、セキュリティリスク（余分なライブラリに含まれる脆弱性）を減らすことができます。マルチステージビルドの仕組み（図解）具体的なDockerfileの例（Next.jsなどの静的ビルド配信）この方法を使うと、本番イメージには Node.js やなどが含まれず、Nginxと生成された静的ファイル（数MB〜数十MB程度）だけになるため、非常に軽量になります。まとめ * Dockerfile はコンテナの構築手順を記述した設計図。 * 変更頻度の低い命令（パッケージインストールなど）を上に書くことで、ビルドキャッシュを効率よく使える。 * マルチステージビルドを使うと、開発ツールを排除した「本番に必要な最小限のファイル」だけでイメージを作れるため、軽量かつ安全になる。次は、複数のコンテナを組み合わせて動かす「Docker Compose」について学びましょう！

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Docker Composeによる複数コンテナの管理

実際のWebシステム開発では、Webサーバー、アプリケーション（API）、データベースなど、複数のコンテナを協調させて動かすことがほとんどです。これらをコマンドで1つずつ立ち上げて接続するのは非常に大変です。そこで登場するのが、複数のコンテナをまとめて定義・管理できるツール Docker Compose（ドッカーコンポーズ）です。第4章では、Docker Composeの使い方と、重要な概念である「ネットワーク」と「ボリューム」について解説します。 1. Docker Composeとは？ Docker Composeは、というYAMLファイルにコンテナの構成を記述し、1つのコマンドでまとめて起動・停止できるツールです。 * 一発起動: で、設定されたすべてのコンテナが立ち上がります。 * 一発停止: で、コンテナやネットワークを綺麗に一括削除できます。 2. 構成図（Webアプリ + DBの連携） Docker Composeは、デフォルトでサービスごとに共通の仮想ネットワークを自動作成します。これにより、コンテナ同士の名前解決（サービス名でのアクセス）が可能になります。 3. の基本例以下は、Node.jsのWebアプリとPostgreSQLデータベースを連携させる標準的な設定ファイルです。 4. データの永続化（Volumes）の重要性コンテナは基本的に「使い捨て（エフェメラル）」な設計になっています。コンテナを削除すると、その内部で作成されたファイルやデータベースのデータはすべて消えてしまいます。データを永続化するためには、ホストPCのストレージ領域をコンテナにマウント（紐付け）する Volumes（ボリューム）という仕組みを利用します。マウントの種類 1. Named Volumes (名前付きボリューム)（推奨） * Dockerが管理する領域内に専用のストレージエリアを作成し、コンテナにマウントします。データベースのデータ保存などに最適です。 * 例: 2. Bind Mounts (バインドマウント) * ホストPC上の特定のフォルダ（例：自分のプロジェクトフォルダ）を直接コンテナ内にマウントします。開発中にソースコードを書き換えて、コンテナ内に即座に反映（ホットリロード）させたい場合に使われます。 * 例: 5. よく使うコマンド集 Docker Composeを使うときは、プロジェクトのルート（がある場所）でコマンドを実行します。コマンド役割設定ファイルに基づいてコンテナをビルド・作成し、バックグラウンドで起動するコンテナ、ネットワークを停止し、削除する（データボリュームは残る）現在動いているサービスのコンテナ一覧を表示するコンテナの出力ログをリアルタイムで監視（フォロー）する起動中のコンテナ内でコマンドを実行する（例: ）まとめ * Docker Compose は、を使って複数コンテナの構成を一元管理するツール。 * 自動生成される共通ネットワークにより、コンテナ間でサービス名を使った通信ができる。 * コンテナ削除でデータが消えないようにするため、Volumes を使用してデータを永続化する。これで、Dockerの基本概念から複数コンテナの管理までの入門ロードマップは完了です！コンテナ技術を活用して、より快適な開発環境を構築していきましょう。

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🗺️ ロードマップ

Dockerの基本概念とアーキテクチャ

イメージとコンテナの違い

Dockerfileの書き方とマルチステージビルド

Docker Composeによる複数コンテナの管理