도커와 컨테이너 기술

Docker는 컨테이너 기술을 사용하여 애플리케이션에 필요한 환경을 신속하게 구축하고 테스트 및 배포를 할 수 있게 해주는 플랫폼으로 접근 장벽이 비교적 높았던 컨테이너 기술의 상용화를 앞당겼습니다.

컨테이너 기술은 하드웨어와 호스트 OS는 그대로 둔 채 애플리케이션 영역만 캡슐화하여 독립적인 환경을 제공해주는 가상화 방식입니다. 이 덕분에 이전의 가상화 방식에서는 애플리케이션마다 완전한 OS가 필요했지만 컨테이너 기술에서는 이러한 완전한 OS의 불필요한 중복(redundancy)을 제거하였습니다. 이러한 컨테이너 기술 덕분에 CPU, RAM 및 스토리지와 같은 시스템 리소스를 더 많이 확보할 수 있게 되었으며, 라이센스 비용 절감, OS 패치 및 유지보수에 들어가는 오버헤드를 제거할 수 있게 되었습니다.

도커 엔진

이러한 컨테이너 기술을 실현하기 위해서는 컨테이너를 실행시킬 수 있는 환경을 구축해야 하는데 이를 컨테이너 엔진이라고 하고, 도커에서는 도커 엔진에 해당됩니다.

초기 도커 엔진의 모습

초기 도커 엔진은 크게 dockerd와 LXC로 이루어져 있었습니다.

dockerd
초기 도커 엔진의 dockerd 지금의 dockerd보다 훨씬 많은 역할을 하고 있었습니다. 그 이유는 도커가 처음 등장할 당시 도커 개발자들의 목표는 컨테이너 기술의 대중화였습니다. 그렇기 때문에 최대한 사용성을 간편하게 하고 싶었고 이러한 목적으로 도커 개발자들은 컨테이너 기술을 사용하는데 필요한 많은 기능들을 dockerd에 담아두었었습니다.

이 당시 dockerd에는 현재의 Docker Client, Docker API, Docker Runtime, Image Build와 같은 역할들을 모두 담당하고 있었습니다.
LXC
LXC는 단일 호스트 상에서 여러개의 고립된 리눅스 시스템(컨테이너)들을 실행하기 위한 운영 시스템 레벨 가상화 방법입니다. LXC는 dockerd에게 Linux kernel에 존재하는 컨테이너의 기본 building block의 namespaces나 cgroups(control groups)에 대한 접근을 제공했습니다.

namespaces: 운영 시스템을 논리적으로 나누어 고립된 환경을 제공하는 역할
cgroups: 고립된 환경에서 사용할 자원을 제한하는 역할

새롭게 바뀐 도커 엔진의 모습

도커는 2016년 12월 14일 쿠버네티스, AWS Fargate, Rancher와 같은 컨테이너 기술 기반의 소프트웨어에 dockerd안에 포함되어 있던 containerd라는 컨테이너 런타임을 제공해주기 위해 컨테이너를 모듈화하였습니다. (도커 공식문서 참고)

Client

도커 클라이언트는 개발자들이 도커를 사용할 때 Docker CLI로 도커 서버에 명령어를 전달하는 역할을 합니다. 흔히 저희가 사용하는 docker run과 같은 명령어가 REST API로 형태로 dockerd에게 전달됩니다.

dockerd

도커 데몬(dockerd)은 Docker API 요청을 수신하며 이미지 관리, 이미지 빌드, REST API, 인증, 보안, 코어 네트워킹, 오케스트레이션 등과 같은 역할을 담당합니다.

containerd

containerd는 Container의 생명주기를 관리합니다 (= container lifecycle operations). containerd는 원래 작고, 가벼운 Container lifecycle operations으로 설계되었는데, 시간이 지나면서 image pulls, volumes and networks와 같은 기능들이 확장되었습니다.

shim

앞에서 containerd가 새로운 컨테이너를 만들기 위해 runc를 사용한다고 했는데요. 생성되는 모든 container 당 runc의 새로운 인스턴스를 fork 합니다. 그러나 각 컨테이너가 생성되면, 상위 runc 프로세스가 종료됩니다. 수백 개의 runc 인스턴스를 실행하지 않고도 수백 개의 container를 실행할 수 있습니다.

컨테이너의 할당된 부모 runc 프로세스가 종료되면, 연결된 containerd-shim 프로세스가 컨테이너의 부모프로세스가 됩니다.

이는 containerd에게 컨테이너의 file descriptor(e.g. stdin/out)와 종료 상태를 관리하는 데 필요한 최소한의 코드를 메모리에 남깁니다.

runc

runc는 libcontainer용 CLI Wrapper로, 독립된 container runtime입니다. docker가 container 관련된 기능들을 쉽게 사용할 수 있도록 해주는 가볍고 이식가능한 툴입니다. 다시 말해, container 동작 환경이 갖추어진 가볍고 이식 가능한 툴입니다. Docker에서 runc는 목적은 단 하나인데요, 바로 Container 생성입니다.

[Docker]: 진화하는 컨테이너 표준

도커와 컨테이너 기술

도커 엔진

초기 도커 엔진의 모습