Dockerのイメージとコンテナは、軽量で迅速なデプロイができるため、開発において広く使用されています。
この軽量さと迅速さを支えるのが、レイヤー構造です。
Dockerのレイヤー構造を理解することで、イメージの最適化や効率的なビルド、キャッシュの活用が可能になります。この記事では、Dockerのレイヤー構造の仕組み、メリット、そして効率的に使うためのポイントを解説します。
Dockerのレイヤー構造の基本
Dockerイメージは、複数のレイヤーから構成されています。各レイヤーは、ファイルシステムの変更（例えば、ファイルの追加や更新）やコマンドの実行結果を反映しており、これらのレイヤーが積み重なることで、最終的なイメージが形成されます。
レイヤーの特徴として、次の点が挙げられます：
– 読み取り専用: 各レイヤーは変更不可の読み取り専用です。
– キャッシュ可能: 一度作成されたレイヤーはキャッシュとして保存され、再ビルド時に再利用されます。
– 効率的なストレージ管理: 同じレイヤーは他のイメージやコンテナでも使い回され、ストレージの無駄を削減します。
Dockerfileとレイヤー
Dockerイメージのレイヤーは、主にDockerfileに記述された各命令（FROM, RUN, COPY, ADDなど）によって作成されます。各命令が実行されるたびに、新しいレイヤーが追加され、その上に次の命令が適用されます。
例: シンプルなDockerfile
FROM python:3.9 # ベースイメージ (1つ目のレイヤー)
COPY . /app # ファイルのコピー (2つ目のレイヤー)
RUN pip install -r requirements.txt # パッケージインストール (3つ目のレイヤー)
CMD ["python", "/app/app.py"] # 実行コマンド (4つ目のレイヤー)
上記のDockerfileをビルドすると、以下のように4つのレイヤーが作成されます。
- ベースイメージ:
python:3.9のイメージが最初のレイヤーとして使われます。このベースイメージ自体も複数のレイヤーで構成されています。 - ファイルコピー:
COPY . /appコマンドによって、ホスト側のファイルがイメージに追加され、次のレイヤーが作成されます。 - パッケージインストール:
RUN pip install -r requirements.txtによって、パッケージがインストールされ、別のレイヤーが作られます。 - 実行コマンド:
CMDでアプリケーションを起動するコマンドが設定され、最後のレイヤーが追加されます。
レイヤー構造のメリット
1. 効率的なキャッシュ利用
Dockerはイメージのビルド時に、レイヤーごとにキャッシュを利用します。同じレイヤーが再利用できる場合、ビルドプロセスが高速化されます。たとえば、RUN命令やCOPY命令が変更されていない場合、それに対応するレイヤーは再生成されず、既存のキャッシュがそのまま使われます。
docker build -t my-app .
最初のビルド時はすべてのレイヤーが作成されますが、次回以降、変更がないレイヤーはキャッシュから再利用され、変更があった部分だけが新しくビルドされます。
2. ストレージの節約
レイヤーは読み取り専用で、変更が加わるたびに新しいレイヤーが追加される仕組みです。そのため、同じベースイメージや共通のパッケージを使い回すことができ、ディスク容量を節約できます。複数のイメージやコンテナが同じレイヤーを共有するため、無駄なデータの重複を避けられます。
3. 変更のトラッキング
各レイヤーは独立しており、変更があったレイヤーだけが新しく作成されます。このため、どの命令がどのレイヤーに影響を与えたかを容易に把握でき、バージョン管理やデバッグがしやすくなります。
レイヤー構造のデメリット
1. 不要なキャッシュの蓄積
キャッシュによる高速化は便利ですが、頻繁にイメージを更新していると古いキャッシュが蓄積してディスク容量を圧迫することがあります。この場合、古いキャッシュをクリアする必要があります。
docker builder prune
このコマンドで不要なキャッシュを削除することができます。
2. 無駄なレイヤーの増加
Dockerfileの命令ごとに新しいレイヤーが作成されるため、無駄に多くのレイヤーが生成されることがあります。これにより、イメージが大きくなり、ビルドやデプロイのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
レイヤー構造を効率化するベストプラクティス
1. 複数のコマンドを1つにまとめる
多くのRUN命令を一つにまとめることで、レイヤーの数を減らし、イメージを最適化できます。
RUN apt-get update && \
apt-get install -y python3 && \
apt-get clean
このように1つのRUNで複数のコマンドを実行することで、レイヤーを減らすことが可能です。
2. 不要なファイルを含めない
COPYやADDでビルドコンテキストから不要なファイルをイメージに含めないよう、.dockerignoreを活用しましょう。これにより、余計なレイヤーが作られることを防げます。
dockerignoreについては、以下の記事でも紹介しています。
3. 頻繁に変わらない部分を先に記述
頻繁に変更される部分（ソースコードなど）はDockerfileの後半に記述し、変更されにくい部分（ベースイメージの設定やパッケージのインストールなど）は前半に記述することで、キャッシュを最大限に活用できます。
まとめ
Dockerのレイヤー構造は、イメージのビルドやコンテナの管理を効率化するための強力な仕組みです。レイヤーを適切に管理することで、ビルドの高速化、ストレージの節約、バージョン管理の容易さなど、多くのメリットを享受できます。
