Docker 그리고 Linux 컨테이너 기술들

Docker 와 Linux 컨테이너 기술들

LXC 외에도 Linux에서 컨테이너를 실현하기위한 소프트웨어는 여러가지 있으며, 다음에서 대표적인 몇가지를 설명합니다.

( OpenVZ, Virtuozzo, libvirt, Docker, systemd, Warden)

OpenVZ

OpenVZ 는 Linux 커널에 컨테이너 관련 기술이 충분히 구현되지 않은 오래전부터 Linux 커널에 패치 컨테이너를 구현한 것입니다. OpenVZ와 그것을 바탕으로 한 상용 소프트웨어 인 페러럴즈의 Virtuozzo 는 이전부터 전세계의 호스팅 서비스에서 널리 사용되어 왔으며, 현재에도 널리 사용되고 있는 안정적인 상용 소프트웨어입니다. 현재 Linux 커널에 구현되어있는 컨테이너 관련 구현은 OpenVZ 에서 유래한 것이 많이 있고, 현재에도 OpenVZ 개발자가 구현을 추진하고있는 기능이 존재합니다.

libvirt

libvirt 는 가상 머신을 수행 공통 API를 제공하는 라이브러리에서 다양한 가상화를 지원합니다. 그 중에서도 “LXC”을 지원합니다.

Docker

Docker 는 Docker Inc.에 의해 개발 된 Go 언어로 작성된 소프트웨어입니다. 원래는 컨테이너를 실현하기 위해 LXC을 사용하고있었지만, Docker 0.9 버전 부터는 기본으로 직접 만든 자체 컨테이너를 사용하고 있습니다. Docker는 단순한 컨테이너의 구현을 넘어 컨테이너 기반 가상화 에코시스템을 구축하고 있습니다.

이 외에도 systemd에 간단한 컨테이너를 제공하는 명령이 포함되어 있고, Cloud Foundry에서 컨테이너 기능을 실현하기위한 Warden 등 일부 컨테이너의 구현이 있습니다, 물론 Linux 이외에도 컨테이너의 구현은 몇 하나 존재합니다.

LXC ( 리눅스 컨테이너) 는 어떻게 구현될까요?

LXC와 비슷한 기술로 “chroot”라는 것이 있습니다.

chroot는 프로세스의 루트 디렉토리를 변경하는 것으로, 이를 통해 프로세스가 액세스 할 수있는 디렉토리를 제한하거나 시스템 라이브러리와 관련 라이브러리를 로드 할 수있다.

그러나 chroot에서 제어 할 수있는 파일이나 디렉토리에 대한 액세스만으로, 네트워크 및 프로세스 등을 컨트롤 할 수는 없습니다.

또한 FreeBSD 에는 chroot를 발전시킨 툴로서 “jail”라는 기능이 탑재되어있습니다. jail는 파일 시스템에 대한 액세스뿐만 아니라 프로세스 및 장치 등의 자원에 대해서도 제어가 가능합니다.

LXC가 jail과 유사한 개념으로 구현 되었습니다.

cgroups은 OS가 관리하는 다양한 리소스를 중앙에서 제어하기 위한 도구입니다. 리소스를 그룹화하고 각 그룹에 대해 우선 순위 및 사용 가능한 리소스를 제한하거나 그룹을 분리하고 다른 그룹에서는 보이지하는 등 기능을 제공합니다.

cgroups에서 관리하는 대상은 파일 시스템이나 프로세스뿐만 아니라 CPU 리소스와 메모리, 각종 디바이스, 네트워크 패킷, 네트워크 인터페이스 등 입니다.

cgroups의 이용 예로는 특정 프로세스에서 사용 가능한 메모리와 CPU 시간 등을 제한하는 것이 있으며, LXC는 프로세스에 대해 chroot 같이 특정 디렉토리를 루트 디렉토리로 인식하도록하며 cgroups의 네임 스페이스 기능을 사용하여 다양한 자원을 격리함으로써 가상 환경을 구현합니다.

컨테이너마다 분할되는 자원에는 다음과 같은 것이 있습니다.

프로세스 테이블 :
컨테이너마다 별도의 프로세스 테이블를 관리하여 컨테이너의 프로세스에서 다른 컨테이너의 프로세스가 보이지 않도록합니다.
파일 시스템 :
컨테이너마다 특정 디렉토리를 루트 파일 시스템으로 보이게 합니다. “chroot”와 동일한 개념입니다.
네트워크 :
네트워크 네임 스페이스 (netns)의 기능은 컨테이너마다 별도의 네트워크 설정을 구성합니다. “veth”라는 가상 NIC 장치를 이용하여 veth의 한쪽을 컨테이너 내부 네임 스페이스에 할당합니다.
CPU, 메모리 장치 ( “/dev”다음 장치 파일) :
cgroups의 기능은 컨테이너에서 사용할 수있는 범위를 제한합니다.

LXC ( Linux Container)

Linux 컨테이너를 살펴보자면 OS의 내부는 물리적 자원을 관리하는 ‘커널 공간 “과 사용자 프로세스 (애플리케이션)을 실행하는”사용자 공간 “으로 나뉩니다.

컨테이너 형 가상화는 사용자 공간을 여러 개로 나누어 각각의 사용자 프로세스에서 보이는 리소스를 제한하는 것입니다.

이와 같이 여러 사용자 프로세스를 정리하여 분리한 사용자 공간이 바로 ‘컨테이너’입니다.

Docker 를 알려면 LXC ( Linux Containers) 먼저 알아야 !!

LXC = Linux Containers

Note

LXC (LinuX Containers)는 단일 컨트롤 호스트 상에서 여러개의 고립된 리눅스 시스템 (컨테이너)들을 실행하기 위한 운영 시스템 레벨 가상화 방법이다. 리눅스 커널은 cgroups를 절충하여 가상화 머신을 시작할 필요 없이 자원 할당 (CPU, 메모리, 블록 I/O, 네트워크 등)을 한다. Cgroups는 또한 애플리케이션 입장에서 프로세스 트리, 네트워크, 사용자 ID, 마운트된 파일 시스템 등의 운영 환경을 완전히 고립시키기 위해 namespace isolation을 제공한다. LXC는 cgroups와 namespace를 결합하여 애플리케이션을 위한 고립된 환경을 제공한다. Docker 또한 실행 드라이버의 하나로 LXC를 사용할 수 있으며 이를 통해 이미지 관리와 개발 서비스를 제공한다.
– 위키페디아

LXC는 Linux 커널에서 컨테이너 관련 기능이 구현되기 시작한 2008 년경부터 커널 기능만을 이용하여 컨테이너 역할을 할 수 있는 소프트웨어로 개발되고 있습니다.

Linux 커널을 패치 할 필요없이 커널에 구현되어있는 컨테이너에 관련된 기능을 활용하여 컨테이너 관리 작업을 할 수 있습니다.

가상화와 컨테이너의 비교

가상화는 개발측면이나 운영측면에서 자원 효율적으로 사용하고 관리하는 기술로서 널리 확산되었습니다. 다양한 OS 환경과 어플리케이션을 하나의 파일로 관리할 수 있는 “가상 머신 (VM)”은 손쉽게 이동할 수 있는 이식성을 제공해 주었습니다.

컨테이너는 하이퍼바이저와 Guest OS 없이 애플리케이션 운영환경을 제공하는 기술로서 앞서의 가상화 기술의 고질적인 문제점들을 해결하고 있습니다.

Docker 컨테이너 장점

기존의 가상화 기술들은 하드웨어 환경을 가상화하는데 비해 컨테이너 방식은 OS에서 관리되기 때문에 “OS 레벨의 가상화”라고 불리기도합니다.

빠른 시작과 종료 속도

LXC를 사용하다 보면, KVM과 Xen, VMware와 같은 가상화 기술에 비해 가상 환경 생성과 시작/종료가 빠르다는 것을 알 수 있습니다.

컨테이너를 생성하는 것은 OS 입장에서 보면 단순하게 프로세스를 시작하는 것이기 때문에 일반적인 프로세스가 시작하는 것과 별반 차이가 없습니다. 즉 매우 빠르게 시작할 수 있는 것입니다.

LXC에서는 가상 환경이 커널에서 공유되기 때문에 새로운 커널을 시작할 필요가 없으며, 또한 하드웨어 초기화 등의 작업도 필요 없습니다.

높은 집적도

컨테이너는 커널이 직접 프로세스를 조작하여 분리된 공간을 구성하기 때문에 컴퓨터상에서 동작하는 OS는 하나입니다.

최소 2 개의 OS가 동작해야하는 가상머신 기술에 비하면 소비하는 자원은 줄어 들 수 뿐이 없습니다.

여러 개의 컨테이너를 만들어서 실행 중이라고 해도 OS는 하나이므로, 가상머신에 비해 고밀도화가 가능합니다.

또한 컨테이너에서는 실행되는 프로세스를 위한 메모리만 필요하기 때문에 낮은 사양의 환경에서 더욱 활용도가 높아집니다.

낮은 오버헤드

가상화를 위한 하드웨어 에뮬레이트 (emulate) 단계 없이, 분리된 공간을 만들기 때문에 오버 헤드가 줄어 듭니다.

애플리케이션 컨테이너 지원

컨테이너는 가상머신과는 달리 init을 먼저 시작하거나 각종 데몬들을 실행할 필요가 없습니다.

컨테이너는 목적에 맞는 프로세스만 존재하는 환경을 만들 수 있습니다. 즉 웹서버용 컨테이너라면 Apache Httpd 프로세스만 존재하는 컨테이너를 만들수 있습니다.

이러한 환경을 애플리케이션 컨테이너라고합니다. 물론 init를 처음 시작하여 보통의 OS가 시작하는 것과 같은 환경을 만들 수 있습니다. 이것은 시스템 컨테이너라고합니다.

개발자/운영자/기획자 측면에서의 컨테이너 장점

가상 머신은 하드웨어 스택을 가상화합니다. 컨테이너는 이와 달리 OS를 가상화하여 여러 개의 컨테이너를 OS 커널에서 직접 실행합니다. 컨테이너는 기존의 가상화 기술보다 훨씬 가볍게 동작하며, OS 커널을 공유하고, 시작 시간이나 종료 시간이 빠르고 , 메모리를 훨씬 적게 차지합니다