Docker は内部でどのように動作していますか?

Question

Accepted Answer

Docker は Linux カーネル機能 — **namespaces**（隔離）、**cgroups**（リソース制御）、**union filesystems**（レイヤー化されたイメージ）— を使用して軽量なコンテナを作成します。基盤となるメカニズムを理解することで、コンテナがどのように隔離と効率を実現するかが説明されます。

## Namespaces — 隔離

```text
Linux NAMESPACES isolate what a process can SEE — giving each container its own view:
  PID namespace     → its own process tree (container sees only its processes)
  NET namespace     → its own network interfaces, IPs, ports
  MNT namespace     → its own filesystem mounts
  UTS namespace     → its own hostname
  IPC, USER namespaces → isolated IPC, user/group ID mapping
→ Namespaces are WHY a container feels like a separate machine (isolated view),
  while actually sharing the host kernel.
```

## cgroups — リソース制御

```text
Control Groups (CGROUPS) LIMIT and account for resource usage per container:
  → CPU, memory, disk I/O, network bandwidth
→ cgroups are WHY you can set resource limits (-m, --cpus) — the kernel enforces them.
```

## Union filesystem — レイヤー化されたイメージ

```text
UNION/OVERLAY filesystems (overlayfs) stack image LAYERS:
  → read-only image layers + a thin writable container layer on top, merged into one view
  → layers are SHARED between images/containers (one copy on disk) → space-efficient
→ This is WHY images are layered, cached, and shareable, and containers are lightweight.
```

## アーキテクチャ

```text
Docker CLI → Docker DAEMON (dockerd) → containerd → runc (creates containers using
  namespaces + cgroups). The daemon manages images, containers, networks, volumes.
→ Containers are just ISOLATED PROCESSES on the host (not VMs) — using kernel features,
  sharing the host kernel → lightweight and fast.
```

## なぜ重要なのか

Docker が内部でどのように動作するかを理解することは、シニアレベルの知識として価値があります。これは **コンテナの神秘性を解き明かし**、その主要な性質（隔離、効率、リソース制御）を説明し、コンテナ化されたシステムについて考察し、構成し、トラブルシューティングする能力を深めるためです。

重要な洞察は、**コンテナは VM ではなく、ホスト上の分離されたプロセス**であり、Linux カーネル機能を使用しているということです。そのため軽量で高速です（ホスト kernel を共有し、個別の OS を実行しないため）。

**3 つの中核メカニズム**を理解することで、性質が説明されます：**namespaces** はプロセスが見ることができるもの（独自のプロセスツリー、ネットワーク、ファイルシステム、ホスト名）を隔離します（これが、カーネルを共有しているにもかかわらずコンテナが独立した機械のように感じられる*理由*です）。**cgroups** はリソース使用を制限し、アカウント処理を行います（これが、CPU とメモリの制限を設定できる*理由*です — カーネルがそれらを強制します）。**union/overlay filesystems** はイメージレイヤーをスタックします（これが、イメージがレイヤー化され、キャッシュされ、共有可能な*理由*であり、コンテナが軽量である*理由*です — 読み取り専用レイヤーはコンテナ全体で共有され、薄い書き込み可能レイヤーが上に置かれます）。

**アーキテクチャ**（CLI → daemon → containerd → runc、daemon がすべてを管理）を理解することで、Docker がどのように動作するかの完全な全体像が得られます。

このより深い理解は、隔離境界について推論するのに役立ちます（セキュリティ上の含意を含む、コンテナはカーネルを共有しているため）。パフォーマンスと効率の特性を説明し、トラブルシューティングを支援します。

基盤となるメカニズム（namespaces、cgroups、union filesystems）の理解がコンテナの動作方法 — その隔離、効率、リソース制御、およびホスト kernel を共有するという重要な事実（セキュリティ上の含意がある）— を説明し、コンテナ化されたシステムを自信を持って操作する能力を深めるため、Docker が内部でどのように動作するかを理解することはシニアレベルの価値ある知識です。これは Docker を使用することからそれを真に理解することへと向上させます。シニアロールで期待される深さを反映した話題であり、コンテナの動作、セキュリティ境界、パフォーマンスについて推論するために有用です。