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Getting Started with Docker

Docker 정복한다!!!!!!!

References: [책] 트러블 슈팅 도커


Container and Docker

  • Docker는 엄청난 관심을 받고있는 Open source project
  • Application을 경량 컨테이너로 packaging 해서 배포 하고 구동하는 기능을 제공한다
  • Docker Container는 실제 화물 선박에서 사용하는 컨테이너처럼 application을 일관성 있게 표준화된 형태로 전달하는 기능을 제공한다!

Container 란?

VM vs Container

  • Container는 application아을 캡슐화해 독립적인 운영 환경을 제공하는 기술
    • Virtual Machine의 대안으로 사용할 수 있다!
  • Container는 Linux Kernel의 격리 기능에 대한 User Space Interface 인 Linux Container를 기반으로 만든 것!
    • 여기에 강력한 API와 간결한 도구를 제공함으로써 Linux 사용자가 application을 container로 만들어 관리 할 수 있다
  • Container는 Host machine에서 구동하는 OS들이 Linux kernel을 서로 공유한다는 점에서 기존 Hypervisor와 다르다!
    • Hypervisor 란?
      • Virtual Machine을 생성하고 구동하는 소프트웨어
    • 즉, 다시 말해 같은 머신에서 여러 컨테이너를 구동해도 사용하는 Kernel은 모두 같다
      • 그래서 VM보다 속도가 빠르고, 성능 오버헤드도 거의 없다!

OS Container

  • OS Container는 VM과 비슷하다
    • but, Host Machine OS의 Kernel을 공유하면서 유저 스페이스 격리 기능을 제공한다는 점이 다르다
  • VM과 마찬가지로 Container에 전용 리소스를 할당할 수 있고, application과 library 등을 설치, 설정 및 구동 할 수 있다
  • OS Container는 확장성 테스트를 할 때 유용하다!
    • 다양한 배포판으로 구성된 여러 컨테이너를 쉽게 배포할 수 있는데 VM보다 훨씬 가볍다
  • Container는 구조와 내용물을 정의한 이미지나 템플릿을 통해 생성한다
    • 그래서 개발 환경을 구축할 때 다른 Container와 동일한 실행 환경과 버전, 패키지 환경을 갖추도록 구성하기가 쉽다!
  • 현재 다양한 컨테이너 기술이 나와 있는데, 그 중 OS Container로 적합한 것은 LXC, OpenVZ, Docker, BSD Jain 등이 있다

Application Container

  • OS Container는 여러 개의 process 로 구성했다면, Application Container는 하나의 서비스를 package로 만들어서 구동한다
    • Appllication container는 하나의 process만 구동한다
      • 이 때 구동되는 process는 aaplication process로서 OS Container 가 하나의 OS 위에 여러 개의 서비스를 구동하는 방식과 대조적이다!
  • Docker container는 계층 (layer) 방식을 사용하는데, 이를 통해 중복을 최소화하고 재사용성을 높일 수 있다
    • 즉, 모든 구성 요소에서 공통적으로 사용하는 base image에 대한 container를 먼저 구동하고,
    • 그 위에 원하는 요소를 파일 시스템에 별도의 layer로 추가하는 방식으로 구성한다
  • Layer 기반 파일 시스템을 사용하면 원하는 시점에 언제든지 예전 레이어로 쉽게 되돌아갈 수 있다!
  • Dockerfile에 명시된 RUN 명령이 실행될 때마다 container에 layer가 새로 생성된다
  • Application Container의 주 목적으로는 application을 구성하는 다양한 컴포넌트들을 별도의 컨테이너 형태의 패키지로 만드는 데 있다
    • 이렇게 container 단위로 묶인 application의 구성 요소들은 API나 서비스를 통해 상호작용하는 방식으로 application을 구동한다
      • 이러한 분산 멀티 컴포넌트 시스템 형태의 배포 방식은 마이크로서비스 아키텍처 구현의 핵심이다!
        • 이렇게 하면
          • 개발자는 자신이 원하는 형태로 application을 container 형태의 package로 만들고,
          • 이를 수평적으로나 수직적으로 확장하기 위해 다양한 platform에 container를 배포하는 작업은 IT팀이 전담하게 할 수 있다


OS Container vs Application Container

OS Container Application Container
하나의 OS Container에 여러 서비스를 구동 하나의 Container에 하나의 서비스를 구동
레이어드 파일 시스템을 사용하지 않음 레이어드 파일 시스템 기반
ex) LXC, OpenVZ, BSD 재일 ex) Docker, 로켓


Docker 자세히 알아보기

  • 도커는 다양한 Linux Kernel 기능을 파일시스템과 엮어서 image를 module 방식으로 구성한다

  • 구성한 image를 통해

    • application 가상 환경을 마음껏 설정할 수 있으며,
    • WORA (Write-Once-Run-Anywhere) 원칙을 실현할 수 있다

  • Application을 하나의 process 를 구동하는 수준으로 간략하게 만들 수 있으므로

  • 여러 process가 협업하는 분산 시스템을 쉽게 구축할 수 있으며,

  • 높은 확장성도 지원할 수 있다

  • 도커는 application 개발에 있어서 중요한 네 가지 특징을 제공한다

    1. 자율성 (autonomy)
    2. 분산화 (decentralization)
    3. 병렬성 (parallelism)
    4. 격리성 (isolation)

  • 도커 컨테이너는 개발 머신이나 베어메탈 서버, 가상 머신, 데이터센터 등 어디서나 자신과 똑같은 동작을 재현할 수 있다

    • Application 설계자의 입장에서 운영에 관한 사항은 모두 DevOps팀에 맡기고, 온전히 개발에만 집중할 수 있다..!
      • 이로 인해 팀의 workflow를 모듈화 할 수 있어서 생산성과 효율성을 높일 수 있다

Docker와 VM

  • Docker는 OS를 공유하는 방식으로 Container에서 구동하는 application 수준의 격리와 보안 기능을 제공한다
    • 이처럼 OS 계층을 완벽히 추상화해 강력한 격리와 보안 기능을 제공함에도 불구하고 Docker의 리소스 사용량은 VM에 비해 상당히 적어서 성능과 효율이 뛰어나다!


Benefits of Docker

Microservice Architecture에서 Docker Container를 사용하면 다음과 같은 장점이 있다

  • 빠른 application 배포
    • Container는 application에 관련된 부분만 담고 있어서 크기가 작기 때문에 최소한의 런타임으로 빠르게 배포 할 수 있다
  • 이식성
    • Application과 운영 환경 (application에서 사용하는 library를 비롯한 dependency 정보) 을 하나의 Docker Container로 묶을 수 있는데, 이렇게 구성한 container는 OS 버전이나 배포 모델과 독립적이다
    • Docker Container는 호환성에 관련된 문제를 신경 쓰지 않고도 docker를 운영할 수 있는 머신에 전송해 곧바로 실행할 수 있따
  • 쉬운 공유
    • 미리 제작된 container image는 공용 repo나 내부 전용 사설 repo에 올려두고 쉽게 공유할 수 있다
  • 적은 자원 사용량
    • Docker image는 크기가 작으며 새로운application을 배포할 때 다른 container를 활용하기 때문에 자원 사용량도 적다
  • 재사용성
    • Docker container의 버전을 지속적으로 이어나가기 쉬울 뿐만 아니라 원할 때 언제든지 이전 버전으로 되돌아가기도 쉽다
    • 기존에 사용하는 layer에 담긴 component들을 재사용할 수 있기 때문에 엄청난 경량화가 가능하다


Lifecycle of Docker Container


image-20200809005844880


1. Build

  • Container를 package로 만드는 데 필요한 모든 명령을 Dockerfile에 작성하고, 이를 이용해 Docker image를 build 한다

    docker build

  • Image에 tag를 달려면 -t option을 준다

    docker build -t 사용자 이름/이미지 이름

  • Dockerfile이 현재 directory가 아닌 다른 경로에 존재할 때는 -f option으로 Dockerfile의 경로를 지정한다

    docker build -t 사용자 이름/이미지 이름 -f /경로/Dockerfile

2. Run

  • Image를 생성한 후에 Container를 배치할 때는 docker run 명령을 실행한다

    docker run

  • 구동한 container의 상태를 확인하려면 docker ps 명령을 실행한다.

    docker ps
    • 이 명령을 실행하면 현재 active 상태에 있는 container 목록이 나타난다

  • 모든 프로세스를 일시정지 할 때는 docker pauge 명령을 실행한다

    docker pause
    • 이 명령은 cgroups freezer 를 이용해 현재 container에서 구동 중인 모든 process를 일시 정지한다
      • 내부적으로 SIGSTOP signal을 보낸다
    • 이 명령을 이용하면 언제든지 process를 일시정지 했따가 resume 할 수 있다

  • 한 개 이상의 stop 상태에 있는 container를 실행 시킬때는 docker start 명령어를 사용한다

    docker start

3. Stop / Kill

  • Docker를 다 사용했다면 멈추거나(Stop) 종료(Kill)한다

    docker stop
    • docker stop 명령을 사용하면 현재 구동중인 container에 SIGTERM signal을 보낸 후 SIGKILL signal을 보내서 자연~스럽게 멈추게 한다
    • 이 명령으로 멈춘 후에도 docker ps -a 명령을 실행하면 목록에 container가 나타난다
    docker kill
    • docker kill 명령을 실행하면 현재 구동중인 container의 main process에 SIGKILL signal을 보낸다

4. Commit

  • Container를 실행 주엥 변경한 사항을 저장하려면 먼저 container를 멈춘 (Stop) 후에 docker commit 명령을 실행한다

    docker commit
    • 이 명령어를 실행하면 변경된 부분이 Image에 반영된다!




+

유니커널 (Unikernel)

  • 유니커널은 불필요한 코드를 제거하고 단일 주소 공간 machine image를 생성하도록 application logic 에 필요한 기능만 포함하도록 Custom OS 로 compile 한 것
  • 유니커널은 라이브러리 OS 를 이용해 build 한다

Benefits of Unikernel

  1. 빠른 부팅 시간
    • 유니커널은 provisioning 작업을 매우 동적인 방식으로 처리하며 부팅 시간도 1초 이내다
  2. 적은 메모리 사용량
    • 유니커널의 코드베이스는 기존 OS에 비해 작으며 관리하기도 쉽다
  3. 향상된 보안
    • 불필요한 코드가 담겨 있지 않기 때문에 공격에 노출될 가능성을 크게 줄일 수 있다
  4. 세밀한 최적화
    • 유니커널은 compile tool chain을 통해 생성되며, device driver와 application logic에 최적화된다

  • 유니커널은 source code와 그로부터 생성된 binary에 대한 버전 관리를 쉽게 할 수 있다
    • 다시 빌드하는 과정도 간단하기 때문에 Microservice architecture와 잘 어울린다
  • 유니커널 활용 예
    • ex) 디스크 접근과 화면 출력 기능을 사용하지 않는 application을 제작할 때, 해당 디바이스 드라이버와 화면 출력 기능을 kernel에서 제거해 유니커널로 만들 수 있다
      • Application과 runtime 환경, OS 기능 만 담아서 실전에 배치할 시스템을 최소한으로 만들 수 있다
      • 이는 실전에 배치한 서버에서 application을 변경할 필요가 있을 때 새로운 Image를 생성하는 불변형 애플리케이션 배포 (immutable application deployment) 방식의 핵심 개념이다
  • 컨테이너와 유니커널을 서로 궁합이 잘 맞는다
    • 유니커널이라는 또 다른 추상화 계층을 도입하면, docker 개발자는 기존 방식으로 docker container를 사용할 수도 있고, 실전 환경을 위한 유니커널 container 방식으로 활용할 수도 있다