🐳 도커 Docker

도커란?

Docker 컨테이너는 라이브러리, 시스템 도구, 코드, 런타임 등 애플리케이션 실행에 필요한 모든 것을 담고 있는 컨테이너이며, Docker는 개발자가 컨테이너화된 애플리케이션을 빠르게 빌드, 테스트 및 배포할 수 있게 해주는 소프트웨어 플랫폼이다.

도커를 사용하는 이유

쉽게 상황 예시를 들어보자.

개발자는 자신이 개발한 애플리케이션을 가상 환경에 배포하려면, 해당 환경에서도 프로그램이 잘 동작할 수 있도록 각종 버전 정보 등을 일일이 설정해 주어야 한다. 그리고 이는 사람이 하므로 실수가 생길 수도 있고, 여러 가상 환경에 배포하려면 모든 설정과 배포를 직접 해야 하기에 번거롭다.

그래서, 개발자의 이러한 고충을 해결해주기 위해 등장한 것이 Docker이다. 미리 간단히 말하자면, 도커는 애플리케이션 관련 정보를 '도커 이미지'로 만들어두고, 이를 저장해둔 다음, 어느 환경에서든 그 이미지를 받아오기만 하면 그대로 세팅되도록 해준다! 말 그대로, 컨테이너를 몇 초 안에 배포할 수 있게 되는 것이다!✨

이것이 바로 우리가 도커를 사용하는 이유이다 :>

가상머신과 도커의 차이점

우선 가상화란, 하나의 실물 컴퓨팅 자원을 마치 여러 개인 것처럼 가상으로 쪼개서 사용하거나, 여러 개의 실물 컴퓨팅 자원들을 묶어서 하나의 자원인 것처럼 사용하겠다는 것이다.

가상머신과 도커 모두 가상화에 사용되지만, 분명한 차이점이 있다. 이를 짚고 넘어가자.

VM의 경우, Host OS 위에 가상화를 시키기 위한 Hypervisor 엔진 그리고 그 위에 Guest OS를 올려 사용한다. 이는 가상화된 하드웨어 위에 OS가 올라가는 형태로 거의 완벽하게 Host와 분리된다고 봐도 무방하다.

이렇게 하이퍼바이저에 의해 생성되고 관리되는 운영체제는 게스트 운영체제(Guest OS)라고하며,각 게스트운영체제는 다른 게스트 운영체제와는 완전히 독립된 공간과 시스템 자원을 할당받아 사용한다. 이러한 가상화 방식을 사용하는 툴은 VirtualBox, VMware 등이 있다.

그러나, 각종 시스템 자원을 가상화하고 독립된 공간을 생성하는 작업은 하이퍼바이저를 반드시 거치기에 일반 호스트에 비해 성능의 손실이 발생한다. 그리고 VM은 게스트 운영체제를 사용하기 위한 라이브러리, 커널 등을 전부 포함하기 때문에 가상 머신을 배포하기 위한 이미지로 만들었을 때 이미지의 크기 또한 커진다.

즉, 가상 머신은 완벽한 운영체제를 생성할 수 있다는 장점이 있지만, 성능 손실이 있고, 수 기가 바이트에 해당하는 가상 머신 이미지를 애플리케이션으로 배포하기에는 부담스럽다는 단점이 있다!

반면에 컨테이너 기반 가상화는 Docker 엔진 위에 Application 실행에 필요한 바이너리만 올라가게 된다. 가상화된 공간을 생성하기 위해 리눅스의 자체 기능인 *chroot, 네임스페이스(namespace), cgroup을 사용하기에 성능 손실이 거의 없다. 이는 커널을 공유하는 방식으로, 컨테이너 안에는 애플리케이션을 구동하는 데 필요한 라이브러리 및 실행 파일만 존재하기 때문에 컨테이너를 이미지로 만들었을 때 이미지의 용량 또한 VM에 비해 매우 적다.

이러한 도커의 성능향상, 뛰어난 이식성, 쉽게 Scale Out을 할 수 있는 유연성이라는 장점이, 도커를 사용하는 대표적인 이유가 된 듯하다!✨

chroot, namespace, cgroup?

• chroot : 리눅스 파일시스템은 root로부터 파일시스템이 시작된다. chroot를 통해 특정 디렉토리 경로를 root로 지정하여 환경을 분리할 수 있으며, 상위 디렉토리에 프로세스가 접근할 수 없도록 설정함으로써 해당 경로에 프로세스를 격리시킬 수 있다.
• namespace : 프로세스를 서로 격리하는 기능이다. 이는 자원의 종류를 제한한다. 종류는 PID, NetWork, User, Time 등이 있다. 컨테이너는 이 기능을 이용해 리소스를 격리, 리소스 충돌을 방지할 수 있다.
• cgroup : 제어 그룹(cgroup)은 프로세스 모음의 리소스 사용량(CPU, 메모리, 디스크 I/O, 네트워크 등)을 제한, 격리하는 Linux 커널 기능이다. 이는 자원의 양을 제한한다.

도커의 문제점

• 보안 취약성 : 도커는 격리 기능을 제공하지만, 완전한 보안을 보장하지는 않는다. 컨테이너 간의 공격 가능성이 있으며, 적절한 보안 조치를 적용해야 한다.
• 호환성 문제 : 도커는 리눅스 커널의 기능을 사용하므로, 일부 운영체제에서는 호환성 문제가 발생할 수 있다. 특히, Windows나 macOS에서는 가상화 기술이 필요하다.

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🐋 도커 아키텍처

도커 엔진에서 사용하는 기본 단위는 이미지와 컨테이너이며 도커 엔진의 핵심이다. 도커 이미지와 컨테이너는 1:N 관계이며, 이 둘은 객체지향 프로그래밍에서의 클래스 <-> 인스턴스의 관계와 비슷하다고 생각하면 이해가 더 편하다. 아래에서 자세히 알아보자.

도커 파일-이미지-컨테이너의 흐름

Docker File -> Docker Image : Docker File은 도커 이미지를 만들때 사용하는 파일. docker build 명령어를 실행시키면 도커 이미지를 만들 수 있다.

Docker Image -> Docker Container : Docker Image를 docker run 명령어를 실행시키면 Docker Container를 만들 수 있다.

도커 이미지

도커 이미지(Docker Image)는 컨테이너를 생성할 때 필요한 요소로, 컨테이너를 실행할 수 있는 실행파일, 설정 값 들을 가지고 있는 것이다.
이는 컨테이너를 생성하고 실행할 때 읽기 전용으로 사용되며 여러 계층으로 된 바이너리 파일로 존재한다. Image를 컨테이너에 담고 실행을 시킨다면 해당 프로세스가 동작하게 된다.

도커 컨테이너

도커 컨테이너(Docker Container)는 도커 이미지로 생성할 수 있으며, 컨테이너를 생성하면 해당 이미지의 목적에 맞는 파일이 들어 있는, 호스트와 다른 컨테이너로부터 격리된 시스템 자원 및 네트워크를 사용할 수 있는 독립된 공간(프로세스)이 생성된다.

(도커 컨테이너의 사용)
웹 서버 도커 이미지로부터 여러개의 도커 컨테이너를 생성하면 생성된 컨테이너의 개수만큼 웹 서버가 생성되고, 이 컨테이너들은 외부에 웹 서비스를 제공하는 데에 사용된다.

컨테이너는 이미지를 읽기 전용으로 사용하되 이미지에서 변경된 사항만 컨테이너 계층에 저장하므로 컨테이너에서 무엇을 하든지 원래 이미지는 영향을 받지 않는다. 또한 생성된 각 컨테이너는 각기 독립된 파일시스템을 제공받으며 호스트와 분리돼 있으므로 특정 컨테이너에서 어떤 어플리케이션을 설치하거나 삭제해도 다른 컨테이너와 호스트는 변화가 없다.

도커 레지스트리

이미지를 저장 및 다운로드할 수 있는 공간이다. 다른 사람들이 공유한 이미지를 내부(local) 도커 호스트에 pull할 수 있다.
public 저장소 : Docker Hub, QUAY
private 저장소 : Docker Registry 등을 직접 띄워서 사용하는 방법

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🐋 도커 허브 / 도커 컴포즈

도커 허브 Docker Hub

Docker Hub는 도커(Docker) 컨테이너 이미지의 원격 저장소이다. 도커 컨테이너 이미지를 빌드, 저장 및 공유할 수 있는 중앙 리포지토리로 사용된다. 사용자들은 Docker Hub를 통해 컨테이너 이미지를 검색하고, 다운로드하며, 업로드하여 다른 사용자와 공유할 수 있다. Docker Hub에는 공식적으로 유지되고 업데이트되는 수많은 오픈 소스 컨테이너 이미지들이 있어서, 이 이미지들을 사용함으로써 개발자들은 높은 품질의 이미지들을 손쉽게 활용할 수 있다.

도커 허브에서는 여러 기능을 제공해 주는데, 대표적인 것이 다음과 같다.

• 저장소 : 컨테이너 이미지를 푸시하고, 가져온다.
• 공식 이미지 : Docker에서 제공하는 고품질 컨테이너 이미지를 가져와 사용한다.
• 빌드 : GitHub및 Bitbucket에서 컨테이너 이미지를 자동으로 빌드하고 Docker Hub로 푸시한다.

도커 컴포즈 Docker Compose

도커 컴포즈는 단일 서버에서 여러 개의 컨테이너를 하나의 서비스로 정의해 컨테이너의 묶음으로 관리할 수 있는 작업 환경을 제공하는 관리 도구이다. 도커 컴포즈 정의 파일은 YAML 형식으로 확장자는 .yml 이다.

여러 개의 컨테이너가 하나의 애플리케이션으로 동작할 때 도커 컴포즈를 사용하지 않는다면, 이를 테스트하기 위해서 각 컨테이너를 하나씩 생성해야 한다. 예를 들면, 웹 애플리케이션을 테스트하려면 웹 서버 컨테이너, 데이터베이스 컨테이너 두 개의 컨테이너를 각각 생성해야 한다.

여러 개의 하나의 서비스로 정리해 컨테이너의 묶음으로 관리할 수 있다면 좀 더 편리하겠다는 생각에 등장한 것이 도커 컴포즈이다.

도커 컴포즈는 시스템 구축과 관련된 명령어를 하나의 텍스트 파일(정의 파일)에 기재해, 명령어 한번에 시스템 전체를 실행하고 종료와 폐기까지 한번에 하도록 도와준다. 이를 사용하면 여러 개의 명령어를 하나의 정의 파일로 합쳐 실행할 수 있다.

📌 도커 컴포즈와 쿠버네티스
쿠버네티스는 도커 컨테이너를 관리하는 도구인 만큼 여러 개의 컨테이너를 다루는 것과 관계가 깊어서, 도커 컴포즈와도 혼동하기 쉽다.

• 쿠버네티스 : 컨테이너를 관리하는 도구
• 도커 컴포즈 : 컨테이너를 생성 및 삭제, 컨테이너 관리 기능은 없음
  
  + 도커 컴포즈와 도커 파일도 혼동하지 않도록 유의하자! 도커 컴포즈는 컨테이너와 주변 환경 생성, 네트워크와 볼륨까지 만든다. 도커 파일은 단지 이미지를 만들기 위한 것이다.

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📝 정리하기
도커 컨테이너는 애플리케이션 실행에 필요한 모든 것을 담고 있는 컨테이너이며, 도커 파일 > 도커 이미지 > 도커 컨테이너 순으로 만들어낼 수 있고, Docker는 컨테이너화된 애플리케이션을 빠르게 배포할 수 있도록 해주는 소프트웨어 플랫폼이다.