DockerのコンテナのホストOSの共有が分からない

Question

背景

現在、より簡単に環境構築を済ませたいなと思いDockerの勉強を行っています。
しかし、Dockerのコンテナの仕組みについてわからない点があります。

不明点

現在、私はMacでDocker for Macを使用しています。

Docker for Macは、Linuxでは無いので当然通常のLinuxコンテナは動きません。
そのため、Mac上のデーモンで、仮想の軽量Linuxを動かして、コンテナを起動させている、と理解しています。

そのため、現状ホストOSがLinuxであるという前提で質問させていただきたいです。
こちらのページ
の「コンテナ型仮想化」で、コンテナ型仮想化を行うと、
LinuxOS上で動くDockerEngineというデーモンの上で、それぞれのコンテナがホストOSを共有して動いているとあります。

この「Dockerのコンテナは、ホストOSLinux資源を共有するのか？」が一つ目の不明点です。

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２つ目として、ホストOSがLinuxであるとき、他のLinuxの起動の仕組みが分からないという点です。
ホストOSがCentOSで、CentOS上でDockerデーモンを起動し、Ubuntuのコンテナを起動したとします。
このとき、このUbuntuコンテナは、どうホストOS上で動いているのでしょうか？ホストOSのCentOSの資源を共有しながら、Dockerデーモンの仮想プロセスの一つとして、Ubuntuが起動しているのでしょうか？

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3つ目として、ホストOSLinux上で、他のLinuxを起動させる場合と、プログラミング環境のコンテナを起動させる違いがわからないという点です。

例えば、gccのC言語のイメージのDockerfileを見ると,jessieという軽量LinuxをFROM・ベースとして、その後jessie上でGCCの実行のための用意を行っています。

しかし、そもそもコンテナはホストOSを共有・利用するはずで、jessieのような軽量LinuxOSは必要ないはずです。
また、こちらのページの図１にあるように、DockerEngine上でBins/Libs、つまりGCCのコンパイラのみを持ってくればいいのに、軽量Linuxを使用しています。

質問点

質問させていただきたい内容として

1. Dockerのコンテナは、ホストOSLinux資源を共有するのか？
2. もし共有するなら、ホストOSLinux上で、別のLinuxコンテナを起動しているのはおかしくないか？　ホストOSのプロセスの一つとしてLinuxコンテナを起動しているのか？
3. ミドルウェア（プログラミングコンパイラ、Pythonなど）をコンテナで使用する場合、LinuxをFROMにしているがどうしているのか？Bin/Libsだけ持ってきて、ホストOSを使用すればいいのではないか？

です。
何卒、よろしくお願いいたします。

実行環境

Mac
docker desktop community: version 2.1.0.2

Answer 1

Dockerのコンテナは、ホストOSLinux資源を共有するのか？

共有します。
ただ、名前空間が別なので、同じ資源であっても名前が違うし、また見えないホスト資源もあります。

もし共有するなら、ホストOSLinux上で、別のLinuxコンテナを起動しているのはおかしくないか？　ホストOSのプロセスの一つとしてLinuxコンテナを起動しているのか？

プロセスとしては、あくまでホストOSのカーネルが管理するプロセスです。プロセスから見ると、ホストOSの/ディレクトリは見えないため、自分が/だと思っているファイルツリー以下のファイルが示すOSの下で動いているように見えます。

ミドルウェア（プログラミングコンパイラ、Pythonなど）をコンテナで使用する場合、LinuxをFROMにしているがどうしているのか？

上に書いたように、ホストOSの/は見えないので、何らかの「OSに見えるファイル群」はプロセスから見えるファイルツリーの中に必要です。

Bin/Libsだけ持ってきて、ホストOSを使用すればいいのではないか？

原理的には、メモリやネットワークなどファイルシステム以外は隔離しておいて、ファイルシステムのみホストOSをそのまま全部見せるというコンテナを作るのも可能だと思いますが、コンテナは隔離することに意味があるので、そういうコンテナを作って嬉しいかどうかは検討が必要でしょう。

ファイルシステムのみホストOSをそのまま全部見せるのでなく、大部分は見せて一部だけ差し替えるというのは、隔離したファイルシステムを作って、大部分のディレクトリはホストOSの同じディレクトリへハードリンクが作れればできると思いますが、Linuxだとディレクトリのハードリンクは作れないはずなので、無理です。

Comments

[ganariya]

すこしまだ飲み込めていないため、質問させていただきたいです。
ホストOSでCentOS, その上で起動するUbuntuという場合では、
CentOSのプロセスの一つとして「CentOSのとあるディレクトリのみのパスをUbuntuのコンテナに与える。そのため、Ubuntuコンテナは一切CentOSの資源を再利用しておらず、CentOS上のプロセスで、Ubuntuを起動しているため、仮想VMとほぼ仕組みは変わらない（そこそこ重い・GUIがないだけ）という認識であっていますか？
また、GCC・Pythonのミドルウェアも同様にホストOSのCentOS上で「CentOSのプロセスの一つで、GCCのコンテナの内部のjessieを起動してその上でGCCを動かす。そのため、CentOS上のプロセス上でjessieという他のLinuxを動かしているため、仮想VMであり、その中でGCCを動かしている」という認識でしょうか？
それとも、上の２つは異なり
「Ubuntuもjessieも両方形だけであり、実際に使用しているのはほとんどホストOSの資源なので、「環境を分ける」という意味だけでUbuntu, jessieをFROMに指定していて、本当はUbuntuもjessieもほとんど動いておらず、ホストOSと違う部分だけ環境を分けるために利用している」という内容であっていますでしょうか
よろしくお願いいたします。

[otn]

> Ubuntuコンテナは一切CentOSの資源を再利用しておらず
そんなことはないです。見える資源は利用しており、見えない資源があるというだけです。
> CentOS上のプロセスで、Ubuntuを起動しているため
UbuntuのOSが起動されているわけではないです。プロセスが周りを見て「自分はUbuntuの中で動いている」と思いこむだけです。

> それとも、上の２つは異なり
こちらの理解のほうが近いです。OSとして動いているのはホストOSのCentOSだけです。
その観点でもう一度回答を読み直してください。

[ganariya]

> UbuntuのOSが起動されているわけではないです。
UbuntuのOSは起動しておらず、ほとんどホストOSのCentOSを利用していて、CentOSと異なる仕組みのyum, aptや、持っているディレクトリのみを、Ubuntuというコンテナの別プロセスとして持っている。
そのため、Ubuntuというコンテナは、Ubuntuが起動しているように見えるし（中身の共通化できる部分はCentOS、パッケージマネージャなど異なる点はUbuntuコンテナ内の仕組みで使う）、Ubuntuというコンテナ側からは権限が-vで与えられたホストOSのディレクトリしたいじれない（Ubuntuというコンテナから見える資源と見えない資源があるため、安全になっている）
というようにもう一度読んで考えたのですがあっていますでしょうか？
また、
プログラミング言語のミドルウェアも、同様に、コンテナのベースLinuxOSとホストOSを共有化できる点はしていて、むしろ「環境を汚さずに実行したい」という意味で、ほとんど起動していない（共有しているため）仮想のUbuntuOSなどのプロセスを作り、その中で擬似的にコンパイラ実行環境を作っている
という認識であっていますでしょうか？
また、alphineのような軽量なLinuxほど、シンプルなLinuxOSのため、ホストOSと共通化できるという可能性が高く、多くのコンテナのベースが軽量Linuxを使っているということでしょうか？

[ganariya]

カーネルのみを共有して、その他のソフトウェア郡ユーザランドをコンテナで持つというイメージな気がしてきました

[otn]

> CentOSと異なる仕組みのyum, aptや、持っているディレクトリのみを、Ubuntuというコンテナの別プロセスとして持っている
> 仮想のUbuntuOSなどのプロセスを作り、

ファイルはプロセスじゃないので、「Ubuntuというコンテナの別プロセスとして持っている」「仮想のUbuntuOSなどのプロセスを作り」の部分だけ違います。そういうプロセスはないです。
それ以外は、おおむね合っていると思いますが、
> シンプルなLinuxOSのため、ホストOSと共通化できるという可能性が高く、
の部分が意味不明です。なんの共通化のことでしょうか？
シンプルなLinuxは、ディスク容量が小さくて済むので好まれるのでしょう。

[otn]

> カーネルのみを共有して、その他のソフトウェア郡ユーザランドをコンテナで持つというイメージな気がしてきました
そんな感じです。

[ganariya]

ありがとうございます！
だいぶ理解することができてきました！
触りながらさらにこの理解を体でさらに深めようと思います！

Answer 2

https://teratail.com/questions/124191