KubernetesとDockerの比較：適切なコンテナソリューションを選ぶ方法

Kubernetesはクラス最高のコンテナオーケストレーションソリューションであり、Dockerは最も広く使用されている コンテナ化 プラットフォームです。代替ソリューションとしてよく比較されますが、両者は直接の競合ではありません。Dockerはコンテナ技術プラットフォームであり、KubernetesはDockerのようなプラットフォーム向けのコンテナオーケストレータです。実際、Kubernetesは機能するためにDockerのようなコンテナランタイムに依存することが多く、両者は補完的な技術となっています。

それでは、DockerとKubernetesの違いとは何なのでしょうか？この記事では、 Kubernetesと Docker の関係を分析し、一般的な誤解を解き、これらの比較が持つ意味を説明します。

KubernetesとDockerの比較：コンテナ化を理解するということ 

Dockerについて語るには、まずコンテナについて知る必要があります。 

コンテナ はアプリケーション開発における重要な問題を解決します。開発者はコードを書くとき、自分のローカル開発環境で作業しています。しかし、そのコードを本番環境に移す際に問題が発生します。自分のマシンでは完璧に動作したコードが、本番環境ではオペレーティングシステムや依存関係、ライブラリが異なるために動作しないのです。  

複数のコンテナは、この移植性に関する重要な問題を解決し、コード実行の基盤となるインフラストラクチャからの分離を可能にしました。開発者は、アプリケーション（正しく実行するために必要なすべてのバイナリとライブラリを含む）を小さなコンテナイメージにパッケージ化できます。本番環境では、そのコンテナはコンテナ化プラットフォームを持つ任意のコンピュータ上で実行できます。

仮想マシンの代わりにコンテナを使用すべき理由

コンテナおよびコンテナプラットフォームの管理には、従来の仮想化よりも多くの利点があります。 

コンテナは非常に小さなフットプリントを持ちます。コンテナには、アプリケーションと、実行に必要なすべてのバイナリとライブラリの定義だけが必要です。それぞれがゲストオペレーティングシステムの完全なコピーを持つ仮想マシン（VM）とは異なり、コンテナの分離はカーネルレベルで行われ、ゲストオペレーティングシステムを必要としません。 

コンテナのイメージレイヤーはキャッシュされ再利用されるため、同じようなコンテナはディスク上の同じ依存関係の重複を回避でき、イメージの肥大化を抑え、さらにスペースを節約できます。たとえば、Node と Express で実行される 3 つのアプリケーションがある場合、これらのフレームワークの 3 つの個別のインスタンスは不要です。コンテナは、インスタンス間でこれらのビンとライブラリを共有できます。  

アプリケーションを自己完結型の環境にカプセル化することで、より迅速なデプロイメントや、デプロイメント環境間における整合性の向上、そして無限のスケーラビリティが実現するのです。

Dockerとは

Dockerは、現在最も人気のあるコンテナ技術であり、サイト信頼性エンジニア（SRE）や、DevOpsおよびDevSecOpsチーム、開発者、テスター、そしてシステム管理者により広範に使用されています。 

Dockerは適切なタイミングで市場に登場し、最初からオープンソースであったため、現在の市場支配につながったと考えられます。 Flexera社の2023 State of the Cloudレポートによると、現在39%の企業がAWS環境でDockerを使用しており、その数は増え続けています。 

Dockerの主な機能

Dockerについて語るとき、多くの人はコンテナ構築と実行を可能にするランタイム、Docker Engineに焦点を当てます。しかし、Dockerコンテナは、実行前に構築する必要があり、これはDockerfileから始める必要があります。 

• Dockerfile：Dockerfileは、ベースOSやインストール済みパッケージ、ファイルパス、公開ポートなど、コンテナイメージの構築に必要なすべてのものの定義を行います。
• Dockerイメージ：実行を行うコンテナを作成するために使用される、移植可能な静的ブループリントを指します。Dockerfileが揃ったら、Dockerイメージの構築を開始し、最終的にDocker Engine上で実行できます。
• Docker Hub：イメージを共有し、再利用するためのパブリックレジストリを指します。

Kubernetesとは

Kubernetesの詳細に迷い込みやすいですが、結局のところ、Kubernetesが行っていることは非常にシンプルです。KubernetesはGoogleで開発され、現在は Cloud Native Computing Foundation（CNCF）によって保守されている強力なコンテナオーケストレーションプラットフォームです。マシンのクラスタ全体でコンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、管理を自動化します。

たとえば、システムをどのように見せたいか（コンテナイメージAを3つ、コンテナイメージBを2つ、など）を決定でき、Kubernetesがそれを実現します。Kubernetesは望ましい状態と実際の状態を比較し、それらが同じでない場合は、修正するための手順を実行します。

Kubernetesは市場リーダーであり、コンテナをオーケストレーションし、分散アプリケーションをデプロイするための標準化された手段です。パブリッククラウドサービスまたはオンプレミスで実行でき、高度にモジュール化されており、オープンソースで、活気のあるコミュニティを持っています。あらゆる規模の企業がKubernetesに投資しており、多くのクラウドコンピューティングプロバイダーがKubernetesをサービス提供しています。Sumo Logicは、Kubernetesを利用したアプリケーションを含む、すべてのオーケストレーション技術をサポートしています。

Kubernetesアーキテクチャの主要コンポーネント

Kubernetesは多くのコンポーネントで構成されていますが、それらはお互いを知りませんし、気にすることもありません。各コンポーネントはAPIサーバーを通じて互いに会話します。各コンポーネントは独自の機能で動作し、後で監視するために収集できるメトリクスを公開します。コンポーネントを3つの主要な部分に分けることができます。

• コントロールプレーン：コントロールプレーン（マスターノード）は、APIサーバー、スケジューラ、コントローラマネージャなどのコンポーネントを介してクラスターアクティビティのオーケストレーションを行います。
• ノード: ワークロードを実行し、Kubernetesクラスタの総計算能力を構成するマシン（物理または仮想）。ノードはコンテナがデプロイされて実行される場所であり、アプリケーションが実行される物理的なインフラストラクチャです。
• Pods: Kubernetesクラスタ内の最小のデプロイ可能な単位で、多くの場合1つのコンテナを含みます。クラスタを定義する際、ポッドに制限を設定し、実行に必要なCPUとメモリのリソースを定義します。スケジューラはこの定義を使用して、どのノードにPodを配置するかを決定します。1つのポッドに複数のコンテナがあると、必要なリソースを見積もるのが難しくなり、スケジューラは適切にポッドを配置できなくなります。

DockerとKubernetesの比較：両方必要ですか？

KubernetesがなくてもDockerを使用できますが、Kubernetesの機能はDockerやcontainerd、CRI-Oなどのコンテナランタイムに依存します。多くの本番環境設定では、KubernetesとDockerの組み合わせが一般的です。

開発においては、Kubernetesを使用せずにDockerを使用することが一般的ですが、本番環境においては、Dockerを使用せずにKubernetesを使用する方法（別のコンテナランタイムを使用）が普及してきています。

Docker ComposeとKubernetesの比較

Docker ComposeとKubernetesは、両者ともコンテナオーケストレーションフレームワークです。これらの主な違いは、Kubernetesが複数の仮想、または実際のコンピュータ上でコンテナを実行できるのに対し、Docker Composeは単一のホストマシン上でしかコンテナを実行できないという点にあります。

KubernetesとDocker Swarmの比較

多くの人がKubernetesとDockerを比較するとき、それは実際にはKubernetesと Docker Swarmの比較となることが少なくありません。DockerのネイティブコンテナオーケストレーションツールであるDocker Swarmは、Dockerエコシステムに緊密に統合されており、独自のAPIを使用しているという利点があります。 

ほとんどのスケジューラと同様に、 。Docker Swarmは、サーバーのクラスタに分散した多数のコンテナ を管理できます。そのフィルタリングとスケジューリングシステムにより、クラスタ内の最適なノードを選択してコンテナを展開できます。

オーケストレーションシステムが重要となる理由

Dockerコンテナの普及は、次のような新たな疑問を生み出しました。

• 複数のコンテナを調整し、スケジュールするにはどうすればいいのか？ 
• ダウンタイムなしでアプリケーションをシームレスにアップグレードするにはどうすればいいのか？ 
• アプリケーションの健全性を監視したり、問題が発生したときにそれを認識してシームレスに再起動したりするにはどうすべきなのか？

これらの課題を解決するために、Kubernetes、Mesos、Docker Swarmのようなコンテナオーケストレーションプラットフォームが登場しました。これらのツールは、マシンのクラスタを1つの大きなマシンのように動作させます。これは大規模環境では不可欠です。

実のところ、現実世界の本番環境において、大量のコンテナを管理するのは決して容易ではありません。大量のコンテナには、次のことを実現するオーケストレーションシステムが必要となります。

• 同時に 大量のコンテナとユーザーの処理 。アプリケーションでは、数千ものコンテナおよびユーザーが同時に相互作用している可能性があるため、これらの管理においてはその目的専用に設計された包括的かつ全体的なシステムが必要となります。
• コンテナとユーザー間のサービス発見と通信の管理。ユーザーはどのようにコンテナを見つけ、それとの接続を維持するのでしょうか？各マイクロサービスにサービスディスカバリのための独自の組み込み機能を提供することは、せいぜい反復的で非常に非効率的です。実際には、大規模環境では許容できない速度低下（または停滞）を引き起こす可能性が高いでしょう。
• 負荷の効率的なバランス。アドホックで、オーケストレーションされていない環境では、コンテナレベルの負荷はその時点でのユーザー要求に大きく基づいている可能性が高く、結果としてサーバーレベルで非常に不均衡な負荷が発生します。コンテナとシステムリソースの非効率的な割り当てと限られた可用性から、詰まりが生じます。 ロードバランシング は、この半ば混沌とした状態を秩序と効率的なリソース割り当てに置き換えます。
• 認証とセキュリティ。Kubernetesなどのオーケストレーションシステムにより、アプリケーションレベルではなくインフラストラクチャレベルで認証とセキュリティを処理し、すべてのプラットフォーム間で一貫したポリシーを適用することが容易になります。
• マルチプラットフォームデプロイメント。オーケストレーションでは、マルチプラットフォームおよびマルチクラウド環境におけるコンテナ操作やマイクロサービスの可用性、そして同期の調整などのきわめて複雑なタスクが管理されます。

コンテナベースのアプリケーションのための動的かつ包括的なインフラとして機能するオーケストレーションシステムは、アプリケーションが外部世界とのインタラクションを管理しながら、保護された、そして高度に組織化された環境での動作を可能とします。

Kubernetesは、そのモジュール式アーキテクチャと活発なコミュニティが功を奏し、現在ではコンテナオーケストレーションにおける主要な選択肢となっています。 

DockerとKubernetesの関係

KubernetesとDockerはどちらも、コンテナ化されたアプリケーションをインテリジェントに管理し、強力な機能を提供する包括的なデファクト・ソリューションです。このため、いくつかの混乱が生じています。「Kubernetes」は現在、Kubernetesをベースにしたコンテナ環境全体の略語として使われる場合もあります。実際には、両者は直接比較できるものではなく、ルーツも違えば解決策も異なります。

Dockerとは、Dockerコンテナを構築、配布、および実行するためのプラットフォームおよびツールを指します。これにはDocker DesktopやDocker CLI、Docker Daemonなどのツールが含まれます。 

一方、KubernetesはDockerコンテナ用のコンテナオーケストレーションシステムであり、Docker Swarmよりも大規模でノードのクラスタを調整します。Kubernetesエコシステムにおけるスケジューリング単位（1つまたは複数のコンテナを含むことが可能）であるポッドの概念に基づいて動作します。ポッドはノード間で分散され、高可用性を提供します。Kubernetesクラスタ上でDockerビルドを実行するのは簡単ですが、Kubernetes自体は完全なソリューションではなく、カスタムプラグインを含むことを意図しています。

KubernetesとDockerは根本的に異なる技術ですが、連携させることで効果を発揮します。両者は、分散アーキテクチャにおけるコンテナの管理およびデプロイメントを容易にする、という共通点を持ち合わせています。

Kubernetesを使用せずにDockerを使用できるか？

Kubernetesを使用せずにDockerを使用することは珍しくありません。Kubernetesには多くの利点があるものの、このシステムは非常に複雑なことでも知られており、起動によるオーバーヘッドが不要、または望ましくないという状況が少なからず存在します。

開発環境では、KubernetesのようなコンテナオーケストレータなしでDockerを使用するのが一般的です。本番環境では、コンテナオーケストレータを使用するメリットは、複雑さが増すコストを上回るものではありません。さらに、AWS、GCP、Azureのような多くのパブリッククラウドサービスは、いくつかのオーケストレーション機能を提供しているため、複雑さを追加するトレードオフは不要です。

Dockerを使用せずにKubernetesを使用できるか？

Kubernetesはコンテナオーケストレーターであるため、オーケストレーションを行うにはコンテナランタイムが必要です。Kubernetesは最も一般的にDockerと共に使用されますが、任意のコンテナランタイムと共に使用もできます。RunC、cri-o、containerdは、Kubernetesと共にデプロイできる他のコンテナランタイムです。CNCFは、 エコシステムランドスケープ ページで承認されたコンテナランタイムのリストを管理しており、Kubernetesのドキュメントでは、 ContainerDとCRI-Oを使用してセットアップするための具体的な手順が提供されています。

まとめ：DockerとKubernetesの優れた相性

では、何が最良の選択でしょうか？これはトリックの質問ではありません。答えは明白です。

他のコンテナソースやランタイムと併用することも可能ではあるものの、KubernetesはDockerとの連携を想定して設計されており、関連文書の大部分はDockerとの併用を念頭に置いた内容となっています。 

これらの組み合わせは次のものを提供します。

• 信頼性が高く、繰り返しが可能なコンテナデプロイメント
• コンテナランタイムインターフェースの集中管理
• 自動化されたフェイルオーバーを備えた回復力のあるインフラストラクチャ
• 大規模なクラウドネイティブアプリケーションのサポート

「KubernetesかDockerか」ではなく「KubernetesとDocker」こそが求められる姿勢であり、今日においてこれはより明白なものとなっています。最新のコンテナ技術を扱うすべての企業チームにとって、DockerとKubernetesの併用は、分散アプリを構築および実行する上で最も堅牢かつスケーラブルな基盤が得られることを意味します。 

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