コンテナの仕組みを理解しよう

✅ 概要

コンテナはアプリケーションの開発・実行・運用に革命をもたらした技術です。
この記事では、コンテナの基本構造・仮想マシンとの違い・内部技術（名前空間やcgroups） まで、初心者でも理解しやすく解説します。

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🖥️ 仮想マシンとコンテナの違い

項目	仮想マシン（VM）	コンテナ
仮想化対象	ハードウェア	OSレベル
起動速度	数十秒〜数分	数秒
リソース使用	高（OSごと）	軽量（共有カーネル）
独立性	高（OS単位で完全分離）	中（ホストのカーネルを共有）
代表的な技術	KVM, VMware, VirtualBoxなど	Docker, containerd, Podmanなど

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📦 コンテナとは？

• コンテナはアプリケーションとその依存環境を一つのまとまり（イメージ）としてパッケージする技術です。
• OSのカーネルをホストOSと共有しながら、プロセスやファイルシステム、ネットワーク空間は分離（隔離）されます。

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🗂️ コンテナのファイルシステムとイメージの関係

• イメージは、アプリと必要なライブラリなどを含む静的なテンプレート。
• コンテナは、イメージを元に起動した実行中の状態。

📌 レイヤー構造の例（Docker）

ubuntu:20.04 (ベースイメージ)
 └─ Pythonレイヤー
     └─ アプリケーションレイヤー

• 各レイヤーは差分のみ保存され、効率的に再利用されます。
• コンテナ起動時に一番上に書き込み可能なレイヤーが追加され、実行環境が構築されます。

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🛠️ コンテナの仕組みを支える技術

1. 名前空間（Namespaces）

プロセスが使うリソースを個別に隔離するLinuxの仕組み。

名前空間の種類	隔離される対象
pid	プロセスID
net	ネットワークインターフェース
mnt	ファイルシステム
uts	ホスト名・ドメイン名
ipc	プロセス間通信
user	ユーザーとグループID

→ コンテナごとに“独自の環境”を持っているように見えるのはこのためです。

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2. 制御グループ（cgroups）

CPUやメモリ、I/Oなどのリソース使用量を制限・管理する仕組み。

できること：

• メモリの最大使用量制限
• CPU使用率の制御
• I/O帯域の制限 など

→ ホストのリソースを“無秩序に消費させない”ための仕組みです。

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💡 実際のイメージ：仮想マシン vs コンテナ構造図

[ホストマシン]

   ┌────────────────────┐
   │        OSカーネル         │← コンテナはこのカーネルを共有
   ├──────┬──────┬──────┤
   │Container1│Container2│Container3│
   │ App+依存 │ App+依存 │ App+依存 │
   └────────────┴──────┴──────┘

• VMのように個別にOSを持たないため、軽量で高速なのが最大の利点です。

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🔁 おさらい

キーワード	内容
コンテナ	アプリ実行に必要な環境をまとめた軽量な仮想実行単位
イメージ	コンテナの元になるテンプレート
名前空間（namespace）	リソースの隔離
cgroups	リソースの制御
VMとの違い	OSを仮想化するか、プロセスレベルかの違い