図解で理解できる（はず）Microsoftの仮想化技術――Windows上で稼働するLinux、動かしているのはどのテクノロジー？（その2）：その知識、ホントに正しい？ Windowsにまつわる都市伝説（95）（2/2 ページ）

[山市良，テクニカルライター]

Linuxコンテナ on Windows（Docker for Windows）

　以下の画面4は、Windows 10に「Docker for Windows」をインストールして、Docker Hubから取得（docker pull）したLinuxコンテナを実行（docker run）したものです。

画面4　Docker for Windowsで作成、実行したUbuntuのLinuxコンテナ。Linuxコンテナ用のDocker環境は、Hyper-V仮想マシン（MobyLinuxVM）が提供している。Windowsコンテナをサポートする環境に切り替えることも可能

　この環境を技術的に図示すると、以下の図3のようになります。

図3　Docker for Windowsを使用したLinuxコンテナの実行（現行バージョンの場合）

　図3を見れば分かるように、Windows上でLinuxコンテナが動いているように“見せているだけ”で、その実体はHyper-Vの仮想マシン（MobyLinuxVM）で実行されるLinuxのネイティブなDockerホスト環境のDockerデーモンに、Windows上のDockerクライアントからリモート接続（名前付きパイプを介して）しているのです。

　Docker for Windowsは、Windows 10 Anniversary Update以降の「コンテナ」機能に対応しており、こちらに切り替えることで、WindowsコンテナをHyper-Vコンテナとして実行することも可能です（画面5）。

画面5　Docker for WindowをWindowsコンテナ用のDocker環境に切り替え、WindowsコンテナをHyper-Vコンテナとして実行

　その場合、Linux仮想マシン内のDockerデーモンは使用せず、Windows側でDockerバイナリをデーモンとして起動するDockerサービスがWindowsコンテナのサポートを提供し、Dockerクライアントはローカルのデーモンに接続することになります（後述の図5を参照）。

Linuxコンテナ on Windows（Hyper-Vコンテナ）

　以下の画面6は、Hyper-VコンテナとしてLinuxコンテナを実行するという、Windows 10 Fall Creators Update（バージョン1709）、およびWindows Server バージョン1709（Server Coreのみ）以降で利用可能になる予定の新機能です（［注］バージョン1709は米国時間2017年10月17日にリリースされましたが、この機能についてはプレビュー段階です）。

画面6　Windows 10上でHyper-Vコンテナとして動作中のLinuxコンテナとWindowsコンテナ（画面はWindows 10 Insider Previewバージョン1709、ビルド16288）

　このテクノロジーの実現方式を見る前に、Windows Server 2016におけるWindowsコンテナの実装を確認しておきましょう。

　Windowsコンテナは、簡単に言うと、Docker Hubで提供されるWindowsのベースOSイメージを使用して作成、実行する、Windows向けのアプリケーション実行環境を提供するDockerコンテナです。Windows Server 2016はWindowsの機能として「コンテナ」を提供します。また、最新のDockerのソースコードには、Windowsコンテナのサポートが統合され、Windows Server 2016には「Docker Enterprise Edition（Docker EE）」の使用権が含まれます。

　そして、Docker Hubでは、運用環境向けにWindows Server 2016のServer Coreインストールをベースにした「microsoft/windowsservercore」と、Nano Serverインストールをベースにした「microsoft/nanoserver」、そしてこれらのベースOSイメージにアプリケーションを追加した幾つかのイメージが公開されています（本稿はWindows Server バージョン1709のリリース以前に執筆したものであることに注意してください）。

　Windows Server 2016では、これらのベースOSイメージから作成したWindowsコンテナを「Windows Serverコンテナ」（--isolation=process）、または「Hyper-Vコンテナ」（--isolation=hyperv）のいずれかの分離モードで実行することができます。Windows 10は、Hyper-Vコンテナの作成と実行をサポートしています。

　Windows ServerコンテナはLinuxのDocker環境と同じように、ホストOSのカーネル上で動く、プロセスベースのサンドボックス環境を提供します。これを図示したものが、以下の図4になります。

図4　Windows Server 2016のWindows Serverコンテナ（分離モード）でWindowsコンテナを実行するイメージ

　Dockerクライアントによる操作やDockerデーモン（サービス）のリモート接続の構成、「Dockerfile」による構成など、ほとんどがLinuxのDocker環境と共通です。

　なお、Windows Serverコンテナの場合、Windowsコンテナの実体はホストOSのカーネル上で動作するプロセスです（画面7）。そのため、ホストOSがWindows Server 2016（ビルド14393）なら、同じビルド番号であるバージョン10.0.14393.xのベースOSイメージから作成したWindowsコンテナの実行が可能です。

画面7　Windows Serverコンテナをプロセスの視点で見ると、ホストOS上で動作するプロセス（CExecSvc.exeの子プロセス）であることが分かる

　LinuxのネイティブなDocker環境では、「cgroups」というプロセスベースのサンドボックス環境のコンテナ技術が用いられています。Windows Serverコンテナは、Windowsの「ジョブ」（プロセス、スレッド、ジョブのジョブ）の機能を拡張した「サーバサイロ（Server Silo）」という技術が利用されています。また、ネットワークやディスクI/Oには、Hyper-Vの仮想スイッチやNetNAT、Windowsファイアウォール、仮想HDD（vhd／vhdx）の機能が利用されています。

　一方、Hyper-Vコンテナは、Windows Serverコンテナの環境をさらにHyper-Vの仮想化技術で分離し、コンテナ間およびコンテナとホスト間の隔離性を高めたものです（画面8）。

画面8　WindowsコンテナをHyper-Vコンテナ（分離モード--isolation=hyperv）として実行した場合のプロセス。コンテナごとにUtility VMとコンテナの仮想マシンワーカープロセス（wmwp.exe）が実行されている

　こちらは、ホストOSのカーネルに依存しないため、異なるバージョンのベースOSイメージのWindowsコンテナを実行できます（少なくとも下位バージョンの実行は可能になると思いますが、変化が激しい分野ですので、上位バージョンの実行サポートは難しいかもしれません）。

　そして、前出の画面6で示したように、Hyper-Vの分離によりLinuxコンテナの実行も可能になる予定です。これを図示したものが、以下の図5になります。

図5　Hyper-Vコンテナとして実行されるWindowsコンテナとLinuxコンテナの実装イメージ

　Hyper-Vコンテナでは「Utility VM」と呼ばれる分離環境（Hyper-V仮想マシンのようなものですが、Hyper-Vからは見えません）がOSカーネルを提供し、その上にサンドボックス環境が準備され、コンテナが実行されます。

　Windowsコンテナの場合は、ベースOSイメージの一部として、Hyper-Vコンテナ用のUtility VMのイメージ（ファイルシステムとレジストリハイブ）が用意されています。Linuxコンテナの場合、プレビュー時点では、「LinuxKit」のコンテナ用Linux、またはUbuntuベースのコンテナ用LinuxがUtility VMの機能を提供します。

筆者紹介

山市 良（やまいち りょう）

岩手県花巻市在住。Microsoft MVP：Cloud and Datacenter Management（Oct 2008 - Sep 2016）。SIer、IT出版社、中堅企業のシステム管理者を経て、フリーのテクニカルライターに。Microsoft製品、テクノロジーを中心に、IT雑誌、Webサイトへの記事の寄稿、ドキュメント作成、事例取材などを手掛ける。個人ブログは『山市良のえぬなんとかわーるど』。近著は『Windows Server 2016テクノロジ入門−完全版』（日経BP社）。