コンテナオーケストレーション？

Containerとは何か

Containerオーケストレーションの定義は、OS仮想化の一形態を示しています。1つのコンテナには、単一のMSやフリーソフトのプロセスから、1つのアプリ全体まで、様々なものを収容できます。プログラムの実行ファイル、バイナリ、ライブラリ、設定が含まれますが、サーバやマシンで使われる他の仮想化手法のようにOSイメージを持たないため、軽量で持ち運びが容易です。大規模な環境ではクラスターとして展開され、KubernetesなどのCOツールで運用管理されます。

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Containerオーケストレーションの概要

スケジューリング、分類、構成、スケーリング、稼働状況の監視や管理といったCO業務は自動化可能です。これらツールは、各種コンピュータやストレージ環境で動作するためのコード、ライブラリ、保証、システムツールを一式備えたソフトウェアです。コンテナ自体は1970年代後半から存在していましたが、それらの構築や管理、保護に用いる技術は大きく進化しました。

かつては単一プラットフォーム上で動作するモノリシックなプログラムのみが作られていました。現代の開発者は、マイクロサービス、コンテナ、人工知能ツールなどから選択し、マネージドクラウドやオンプレミスを組み合わせたハイブリッド環境で運用できます。

ネットワーク開発企業は、以下のようなタスクの指示・制御・自動化にこれらを活用しています:

• コンテナの配置とプロビジョニングの管理。
• サービスの継続性とアプリの冗長化。
• ホストにコンテナを追加・削除して負荷を調整。
• ホスト障害やリソース不足時の他ホストへの移行。
• アプリ間でのリソース共有。
• コンテナ化されたサービスの外部公開。
• コンテナ間のサービスディスカバリーの負荷分散。
• 状態の監視。
• アプリの整合性の維持。

コンテナオーケストレーションが必要な理由

少数のシステムツールや簡単なスクリプトでコンテナ管理は可能ですが、コンテナ数増加に伴い管理が難しくなります。こうした背景から、COセキュリティソフトウェアの活用が進められています。

Kafkaなどの他ツールを用いて、コンテナ間の通信を容易にすることもできます。

システム管理者やDevOps担当者は、数千のコンテナを収容する大規模サーバーファームをCOで管理します。COがなければ、すべて手作業となり、維持が困難になります。

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コンテナオーケストレーションの仕組み

COの場合、使用するツールにより手順が異なります。アプリの設定はYAMLやJSONファイルに記述され、オーケストレーションツール間で共有されます。ツールはこれらのデータをもとに、コンテナイメージの取得、コンテナ間のネットワーク構築、ログ保存、ストレージボリュームのマウントを行います。

COツールはコンテナをクラスターに配置し、最適なホストを自動選定します。ホストが決まると、定義ファイルの条件に沿ってコンテナのライフサイクルを管理します。

コンテナが動作する環境ならどこでも、オーケストレーションツールは利用可能です。Kubernetes、Docker Swarm、Amazon Elastic Container Service (ECS)、Apache Mesosなど、多くのツールがCO機能を提供しています。

この設定ファイルを利用すると、以下が可能です。

• アプリを構成するコンテナイメージの指定。
• Docker Hubなど、イメージ取得先の指定。
• ストレージなど必要なリソースの割り当て。
• コンテナ間接続の定義と確保。
• ログの場所やストレージボリュームのマウント手順の指定。

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マルチクラウド環境でのコンテナオーケストレーション

マルチクラウド戦略を採用すると、複数のクラウドベンダーのサービスを利用できます。単一のインフラに限定せず、異なるクラウド間でコンテナを自由に移動できるのが特徴です。

プロバイダーごとに設定が複雑になるケースもありますが、ほとんどの場合、そのメリットは十分に実感できます。

• インフラ機能の向上。
• クラウドコストの最適化の可能性。
• コンテナの適応性・移動性の向上。
• ベンダーロックインのリスク軽減。
• さらなるスケーラビリティの選択肢。

複数クラウド環境にはコンテナが最適です。その移植性とどこでも動作する特性が、多様な環境での利用をサポートし、コンテナ化されたインフラは複数のマネージドクラウドの力を最大限に引き出します。

コンテナオーケストレーションとマイクロサービス

両者の基本的な動作がご存知であれば、次はマイクロサービスに目を向けます。コンテナ管理ツールは、基本的なMS概念に沿ったアプリと最適に動作するため、マイクロサービスの理解は重要です。もちろん、最適化されたマイクロサービスだけで運用する必要はありません。アーキテクチャが整うほど、より大きな効果が得られます。

マイクロサービスでは、1つのモジュールだけをテストし再配置することでソフトウェア変更が可能です。これにより、修正が迅速かつ容易になります。システムをより小さく管理しやすい部分に分割できるのは大きなメリットです。

多数のコンテナを複数サーバーで連携させるには、専用のDevOpsリソースが必要ですが、オーケストレーションがその負担を軽減し、開発者による監視・計画・管理をサポートします。

マイクロサービス管理を取り入れるメリットは、次の通りです。

• 多様な変数を含む状況への対応が円滑になる。
• 最適なタイミングでコンテナが起動する。
• コンテナ同士の通信が可能になる。
• システム全体が常に動作することを保証する。

CO戦略を採用する場合、管理ツールにより運用が大幅に効率化されます。

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コンテナオーケストレーションの利点

開発者のローカル端末からオンプレミスのデータセンター、さらにはクラウドに至るまで、アプリの構築、テスト、配備、再配置の手順が簡素化されます。

利用するメリットは以下の通りです。

• アプリ開発の向上

プロトタイピングから本番環境まで、全工程が加速されます。新バージョンの導入や、必要に応じた旧バージョンへのロールバックも容易なため、アジャイルな環境に最適です。アプリの移植性向上によりDevOpsプロセスの効率も上がります。

• アプリの導入と展開の簡素化

すべてのアプリ構成がコンテナ内に集約されるため、導入がシンプルです。需要やトラフィックの増加時には、迅速に新たなインスタンスを起動できます。

• リソース要件の低減

OSイメージを含まないため、従来のアプリよりも軽量です。また、VMと比べ運用管理が容易で、仮想環境での採用に有利です。管理ツールがリソースの最適化を支援します。

• コストの削減

CO未採用でも複数のコンテナ運用は可能ですが、COを利用することで1ホストあたりのコンテナ数を増やせます。

• 生産性の向上

コンテナは迅速なテスト、デプロイ、パッチ適用、スケーリングを可能にし、COツールの活用でさらに効率が上がります。

• 安全性の向上

アプリやその動作が各コンテナに隔離されるため、ソフトウェアの安全性が高まります。加えて、COツールは共有リソースを限定するため、セキュリティが強化されます。

• マイクロサービスアーキテクチャに最適

従来のアプリはモノリシックで各部が密に連携していますが、マイクロサービスは各サービスが独立してスケール・調整可能です。コンテナはそのために設計され、COにより連携がよりシームレスに行えます。

おすすめのコンテナオーケストレーションツール

CO技術は、マイクロサービスアーキテクチャと個々のコンテナをスケール可能に管理するためのフレームワークを提供します。以下、特に推奨される4つのツールを簡単に紹介します。

Kubernetes

近年、オープンソースのCO技術およびAPIセキュリティプラットフォームとして成功を収め、多くの注目を集めています。開発者は構築、スケーリング、スケジュール管理、監視が容易になります。

Kubernetesは豊富な機能、活発な開発者コミュニティ、クラウドネイティブアプリの普及により、他の管理システムに対し多くの優位性を持ちます。柔軟かつ移植性に優れているため、多様な環境への展開やサービスメッシュとの連携も可能です。

さらに、宣言的な設定が可能で、自動化を実現します。開発者やシステム管理者が理想のシステム構成を記述すると、動的にその状態へ移行します。

Docker Swarm

Docker Swarmは、管理ノードとワーカーノードの2つの主要コンポーネントで構成されます。管理ノードがタスクを割り振り、ワーカーノードが実行を担当します。

Docker Swarmは、Docker管理の宣言的手法を用いてクラスターの理想状態を記述できるほか、Dockerエンジンによるクラスター管理、マルチホストネットワーク、高いセキュリティ、スケーラビリティ・負荷分散、ローリングアップグレードなどの機能を備えています。

Apache Mesos

もう一つのオープンソースクラスター管理ソリューションとして、Apache Mesosがあります。アプリ層とOS層の間で動作し、大規模クラスターでのアプリ導入・運用を簡素化・迅速化します。

Mesosは、動的なリソース共有と隔離を実現する初のオープンソースクラスター管理サービスです。隔離とは、1つのプログラムを他のプロセスから分離することを意味し、Apache Software Foundationによって開発されました。

Mesosは、クラスター内全マシンの利用可能リソースを各アプリに供給し、アプリ完了で解放されたリソースを加味するため、どのタスクをどのマシンで実行するか最適な判断ができるよう支援します。

Nomad

Nomadは、単一バイナリで動作するシンプルなコンテナオーケストレーターです。宣言的なインフラコードを用いて、設定済みコンテナの展開が可能です。

クラウドやオンプレミスを含む複数環境でのコンテナ展開と管理を簡素化し、使いやすさ、信頼性、高いスケーラビリティ、さらにTerraform、Consul、Vaultなどとの互換性を備えています。

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結論

コンテナオーケストレーションは、大量かつ変動する環境やAPIセキュリティにおけるコンテナライフサイクルの自動管理です。開発者がクラウドへアプリを迅速かつ効率的に提供する一助となります。特に、企業は複雑なセキュリティやガバナンス要件があり、シンプルなルールで対応する必要があります。リソース管理と負荷分散と組み合わせることで、スケール運用が非常に効率的になり、生産性向上と事業拡大が可能となります。