Container

VM과 컨테이너

VM

가상 머신 (  VM)은 하나의 서버를 여러 서버로 바꾸는 물리적 하드웨어의 추상화입니다.

프로그램을 실행하고 앱을 배포하기 위해 물리적 컴퓨터 대신 소프트웨어를 사용하는 컴퓨팅 리소스입니다. 하나 이상의 가상 "게스트" 머신이 물리적 "호스트" 머신에서 실행됩니다.

하이퍼바이저 유형

컨테이너

컨테이너는 코드와 종속성을 함께 패키징하는 앱 계층의 추상화입니다.

여러 컨테이너가 동일한 머신에서 실행되고 다른 컨테이너와 OS 커널을 공유할 수 있으며, 각각은 사용자 공간에서 격리된 프로세스로 실행됩니다.

컨테이너는 VM보다 공간을 적게 차지하고(컨테이너 이미지는 일반적으로 수십 MB 크기임), 더 많은 애플리케이션을 처리할 수 있으며 더 적은 VM과 운영 체제가 필요합니다.

https://www.docker.com/resources/what-container/

• Kernel namespaces (ipc, uts, mount, pid, network and user)
• Apparmor and SELinux profiles
• Seccomp policies
• Chroots (using pivot_root)
• Kernel capabilities
• CGroups (control groups)

다양한 격리들을 통해 호스트의 커널을 공유하면서도, 자원 자체의 격리나 보안을 구현하는 방식으로 설계

레이어가 적어, 오버헤드가 적은만큼 속도와 자원에서의 이점

VM과 컨테이너 비교

리눅스 컨테이너(LXC)와 도커(Docker) 등장:

https://en.wikipedia.org/wiki/Docker_(software))

• 리눅스 커널 기반의 cgroup과 namespace 기술을 활용한 프로세스 격리 등장(LXC).
• Docker는 단순한 런타임뿐 아니라 이미지 빌드, 레지스트리 관리까지 포함한 올인원 솔루션으로 컨테이너 생태계 대중화.
• 이 시기에 “이미지를 어떻게 표준화할 것인가”, “컨테이너를 어떻게 표준 인터페이스로 실행할 것인가”에 대한 요구 증가.

OCI(Open Container Initiative) 표준화

https://naleejang.tistory.com/228

• Docker 독자 규격에서 벗어나 OCI 이미지 스펙 및 런타임 스펙이 등장.

• 이를 통해 containerd, CRI-O 등 다양한 런타임이 표준 인터페이스를 기반으로 상호호환성을 확보.

• OCI github : https://github.com/opencontainers
• image-spec : https://github.com/opencontainers/image-spec/blob/main/spec.md
• runtime-spec : https://github.com/opencontainers/runtime-spec/blob/master/spec.md
• distribution-spec : https://github.com/opencontainers/distribution-spec/blob/main/spec.md

컨테이너 구성요소

컨테이너 런타임 (Container Runtime)

• Docker: 초기 컨테이너 기술의 대명사 역할. Image 빌드, 이미지 레지스트리, 런타임까지 올인원 제공.
• Containerd: Docker 런타임을 분리한 컨테이너 런타임. 경량화되고 Kubernetes CRI(Container Runtime Interface)와 호환성이 좋음.
• CRI-O: Kubernetes 전용으로 개발된 런타임. Open Container Initiative(OCI) 규격을 따르는 이미지 및 런타임과 쉽게 연동.

이미지(images/image)의 구성

• 컨테이너는 특정 애플리케이션을 실행하기 위한 패키지입니다.
• Docker 이미지는 "컨테이너를 만들기 위한 청사진"으로, 애플리케이션 실행에 필요한 코드, 라이브러리, 설정을 모두 포함합니다.
• 이미지 레이어: 컨테이너 이미지는 여러 개의 읽기 전용 레이어로 구성, 재사용을 통해 빌드 및 배포 효율성을 극대화.
• OCI 이미지 규격: 컨테이너 이미지 표준 규격을 통해 Docker뿐 아니라 다양한 런타임에서 호환성 확보.

레이어(Layer)란?

https://www.springcloud.io/post/2022-02/docker-layer-spring-boot/#gsc.tab=0

• Docker 이미지는 여러 개의 읽기 전용 레이어가 쌓여있는 구조입니다.
• Dockerfile에 정의된 각 명령(FROM, RUN, COPY 등)이 새로운 레이어를 만듭니다.
• 동일한 레이어는 캐시를 통해 재사용하므로, 빌드 시간을 단축하고 저장공간을 절약할 수 있습니다.

컨테이너 네트워킹과 스토리지

• 네트워크 : 호스트 네임스페이스를 활용한 격리, 가상 NIC, 브릿지 네트워크, Overlay 네트워크 등을 통한 유연한 네트워킹 제공.
• 스토리지: 컨테이너 파일 시스템은 휘발성(Ephemeral)이며, Stateful 애플리케이션을 위해 Volume 을 활용.

컨테이너 런타임 (Container Runtime) 개념 등장

런타임 필요성:

컨테이너를 실행하기 위해서는 “어떻게 프로세스를 격리하고, 네임스페이스와 cgroup을 구성하며, 이미지를 어떻게 마운트할 것인지”와 같은 구체적 동작이 필요합니다. 이를 담당하는 소프트웨어가 바로 컨테이너 런타임입니다.

초기 등장 - Docker:

• Docker는 컨테이너 이미지 빌드, 실행, 레지스트리 관리까지 올인원으로 제공함으로써 초기 컨테이너 생태계 확장에 큰 기여를 했습니다.
• 이후 성능 및 상호 운용성, 표준화 요구가 높아지며 Docker 런타임으로부터 분리된 containerd, Kubernetes 친화적 런타임인 CRI-O 등이 등장했습니다.

4. 컨테이너 이미지의 표준화와 OCI

이미지 개념 등장:

컨테이너 이미지는 “애플리케이션 실행에 필요한 모든 것을 포함한 패키지”입니다. 이 이미지를 표준화하면, 특정 런타임에 종속되지 않고도 어디에서나 실행 가능한 컨테이너를 만들 수 있습니다.

OCI (Open Container Initiative) 규격:

도커 초창기에는 Docker 고유 형식만 있었으나, 이후 컨테이너 생태계가 커지면서 표준 이미지 /포맷과 런타임 사양이 필요해졌습니다. 이에 OCI에서 이미지와 런타임에 대한 공개 표준을 정의, Docker, containerd, CRI-O 모두 이 규격에 맞추어 상호호환성 확보가 가능해졌습니다.

컨테이너 네트워크와 스토리지

네트워크 인터페이스 표준화 (CNI)

1. 초창기 네트워킹:
   • Docker 초기에는 자체 브릿지 네트워크(docker0), 호스트 네트워크, 포트 맵핑 등 단순한 구조.
   • 컨테이너 증가에 따라 서로 다른 호스트에 분산된 컨테이너를 하나의 논리 네트워크로 묶기 위한 Overlay 네트워크, SDN, 플러그인 형태 솔루션(Flannel, Calico, Weave 등) 등장.
2. CNI(Container Network Interface) 등장:
   • Kubernetes와 같은 오케스트레이션 환경에서는 다양한 네트워크 솔루션을 유연하게 붙일 수 있는 공통 규격 필요.
   • CNI는 컨테이너 네트워크를 설정하고 삭제하기 위한 표준 인터페이스 정의.
   • 이를 통해 다양한 네트워크 플러그인이 공통된 방식으로 컨테이너 네트워크를 관리 가능해짐.

스토리지 인터페이스 표준화 (CSI)

1. 초창기 스토리지 접근:
   • Docker 볼륨, 바인드 마운트 등 호스트 종속적이며 특정 스토리지 기술에 종속된 방식 활용.
   • 클러스터 환경, 멀티노드 환경 확대에 따라 외부 스토리지(블록, 파일, 오브젝트)와 컨테이너 간의 일관된 연동 필요성 증가.
2. CSI(Container Storage Interface) 탄생:
   • Kubernetes를 비롯한 컨테이너 오케스트레이션 환경에서 표준화된 스토리지 플러그인 인터페이스 필요성 대두.
   • CSI를 통해 다양한 스토리지 벤더(클라우드 EBS, Ceph, NFS, GlusterFS 등)가 공통 규격으로 컨테이너에 스토리지 제공 가능.
   • 이를 통해 특정 런타임이나 특정 플랫폼에 종속되지 않고, 다양한 스토리지를 일관성 있게 다룰 수 있게 됨.