LinuC101学習記事　仮想マシンとコンテナについて

OSについて
コンピューターの仮想化と仮想マシン・コンテナ
出題されるコマンド
1. KVM
2. docker
まとめ

OSについて

OSとは

OSはオペレーティングシステムの略でコンピューターを動作させるためのソフトウェアのことです。ハードウェア・ソフトウェア・ファイルの管理とそのGUIを提供しユーザーが操作できる環境を提供します。 windowsやmac、andoroid、ios、Linuxなどがあります。

OSが起動するまで

OSやその上で動作するソフトウェアの情報は、HDDやSSDなどの補助記憶装置に保管されています。コンピューターの電源を入れると、まずUEFI（古い機器だとBIOS）と呼ばれるシステムが起動し、ハードウェア情報を読み込みます。その後UEFIが認識しているOSを読み込み、OSの起動が開始されます。（その後の詳細な流れは今回は割愛します）

BIOSについて

UEFI（BIOS）はマザーボードに搭載されています。マザーボードに接続されているその他のパーツを読み込む機能や、機器の簡単な設定が行えるほか、ストレージ（HDDやSSD）内のOS（ブートローダー）を読み込む機能を持っています。

コンピューターの仮想化と仮想マシン・コンテナ

コンピューターの仮想化

LinuC101では仮想マシンとコンテナという２つの仮想化方式を学びます。

仮想マシンはその名の通りソフトウェアによって作られた、仮想的なコンピューターのことです。仮想マシンを用意する方法には、ホスト、ハイパーバイザーの２種類があります。

その他の仮想化技術としてコンテナがあります。

ホスト型

OS上に仮想マシン用のソフトウェアを稼働させ、その上で仮想マシンを作る仕組みです。

パソコンの上にもう一台パソコンを作るイメージ
その他の手法と比較して効率的ではない
自由度が高く、様々な種類のOSに対応している
実務的な導入は見たことがない。学習のために利用する分には手軽でよいと思う

代表的なソフトウェアとしてvirtualBOX, VMware Workstationなどがあります。

ハイパーバイザー型

OS自身が仮想マシン用のソフトウェアとして働き、その上で仮想マシンを作る仕組みです。

仮想マシン用のソフトウェアがそのままOSになったイメージ
ホスト型に比べ効率的に仮想マシンを作ることができる
自由度が高く、様々な種類のOSに対応している
私は世の中のほとんどのサーバは大体この形式で作られていると思ってます

代表的なソフトウェアとしてESXi,hyper-V,KVMなどがあります。

コンテナ

OS上にコンテナ用のソフトウェアを稼働させ、その上でコンテナを作る仕組みです。

例えば、今見ていただいているこのブログは、私の管理するコンピューターの中で、「apache」や「Nginx」といったアプリケーションが動くことで、webサーバとしての機能を提供しています。

これらのアプリケーションを「コンテナ」という単位で管理する方法です。ちょっとややこしいですね…

コンテナの特徴は以下の通りです。

コンテナはカーネル（OSの核みたいなもの）を共有している。
一つのホスト上で、異なるカーネルを持つコンテナは作成できない
一台のサーバにいろいろな機能を持たせ、それぞれの機能を別々のサーバのように稼働させるイメージ
本質的には一台のサーバのため、リソースの無駄が少なく効率的
セキュリティ、データ管理、監視などの面で仮想マシンに劣る場合が多い
実務では数回見たことがある程度

代表的なソフトウェアとしてdocker,podman,Kubernetesなどがあります。

出題されるコマンド

KVM

KVMはハイパーバイザー型の一つです。実務ではESXiやHyper-Vを利用する機会が多かったです。ここではLinuCで出題される、KVMのコマンドを確認していきます。

コンピューターにハイパーバイザーをインストールして動作させるためには、コンピューターに搭載されているCPUがハイパーバイザーに対応している必要があります。

この機能はCPUメーカーによって異なりますが、intel社のCPUではVT-x、AMD社のCPUではAMD-Vと呼ばれます。この機能を確認するためには下記のコマンドを入力します。

 lscpu | grep Virtualization

このコマンド結果の中にVT-xもしくはAMD-Vの記載があれば対応しています。

また、/proc/cpuinfo内を確認することでも確認できます。

この場合intel製なら「vmx」AMD製なら「svm」の記載があれば対応しています。 ※コマンドについては別途記事を作成した際リンクします

virshコマンドについて

KVMにおいて、ハイパーバイザーとその仮想マシンをコントロールするためには「virsh」コマンドを利用します。

コマンドの書式は以下の通りです。

 virsh [オプション] <サブコマンド> [引数]

主な使い方を見ていきましょう。

仮想マシンの一覧表示

仮想マシンの一覧を表示するには、listサブコマンドを利用します。

virsh list [オプション]

主なオプションは以下の通りです。

–all：すべての仮想マシン（起動中・停止中）を表示
–name：仮想マシン名のみを表示
–uuid：UUID のみを表示

仮想マシンの起動・停止

仮想マシンを起動するにはstartサブコマンドを利用します。

virsh start <仮想マシン名>

仮想マシンを停止するにはstartサブコマンドを利用します。

virsh shutdown ＜仮想マシン名＞

仮想マシンを強制的に停止するにはdestroyサブコマンドを利用します。※パソコンのコンセントを強制的に引き抜くようなイメージです。仮想マシンに良い影響はありません。

virsh destroy ＜仮想マシン名＞

仮想マシンに接続

起動した仮想マシンに接続するにはconsoleサブコマンドを利用します。

virsh console <仮想マシン名>

その他のサブコマンドやオプションもありますが、Linuc101試験には出てこないものだと思うので割愛します。

docker

仮想マシンはOSのイメージファイルから、OSインストールの手順を経て作成されますが、コンテナは少し異なります。 ※仮想マシンの作成方法はLinuC101では問われないので割愛します。

Dockerレジストリと呼ばれる場所から、Dockerイメージを取得し、このDockerイメージから、コンテナを作成します。

Dockerコマンドについて

dockerにおいてコンテナを取り扱う際には、「docker」コマンドを利用します。

コンテナレジストリからコンテナイメージの取得

 docker pull <イメージ名>:<タグ>

取得したコンテナイメージの一覧確認

docker images

取得したコンテナイメージの削除

docker rmi <イメージIDまたは名前>

コンテナの作成 & 実行

docker run [オプション] <イメージ名>

オプションは以下の通りです。

-d バックグラウンドで実行（デタッチモード）
-it 対話モード（ターミナルを開く）
–name <名前> コンテナに名前を付ける
-p <ホストポート>:<コンテナポート> ポートをマッピング
-v <ホストディレクトリ>:<コンテナディレクトリ> ボリュームマウント

多くの場合、そのまま起動したコンテナを操作するので-itが使われることが多いイメージです。

コンテナ一覧の確認

docker ps

上記は実行中のコンテナのみ表示されます。停止されているコンテナも表示させるには-aオプションを利用します。

docker ps -a

コンテナの停止

docker stop <コンテナIDまたは名前>

コンテナの再起動

docker restart <コンテナIDまたは名前>

コンテナの削除

docker rm <コンテナIDまたは名前>