現代のソフトウェア開発が進歩するにつれ、組織は効率的なリソース管理、柔軟なデプロイメント、スケーラビリティの向上を求めています。こうしたニーズに応え、コンテナ化と仮想化は環境アプリケーションを分離する人気技術となりました。これにより、アプリケーションが隔離環境で動作するのと同様に、安全かつ確実に実行できるようになります。したがって、リソースの効率的な活用、アプリケーションの容易なデプロイ、様々なプラットフォームでの均一なパフォーマンス提供を通じて、インフラストラクチャの開発と最適化における最適なメカニズムを実現できます。
しかし基盤アーキテクチャ、性能特性、理想的なユースケースにおいては、コンテナ化と仮想化は根本的に異なる技術です。隔離性と分離レベルを提供する点は共通するものの、リソース配分の方式や対応可能なワークロードは異なります。これらの差異を組織内で明確に理解することが、適切なインフラニーズに合ったツール選択（クラウドネイティブアプリケーションの構築、レガシーシステム構築、あるいは現代的なIT環境での多様なワークロード実行など、適切なインフラ要件に合ったツールを選択するためには、組織内で明確な理解が求められます。2022年の調査によると、世界の回答者の23％が自社でサーバーレスアーキテクチャを採用済みと回答し、さらに28％が今後18ヶ月以内にサーバーレス化を計画していると報告しています。この傾向は、組織がインフラストラクチャとアプリケーション展開戦略の改善を図る中で、コンテナ化や仮想化を含むクラウド技術への依存度が高まっていることを浮き彫りにしています。
本稿では、コンテナ化と仮想化の概念を分析し、両者の主な相違点、ユースケース、およびどちらがより適しているシナリオを比較することで、その根底にある誤解を解き明かします。さらに、Infrastructure as a Service（IaaS）とPlatform as a Service（PaaS）のシナリオを探り、様々な環境において仮想化とコンテナ化のどちらを使用すべきかについてのガイダンスを提供します。
コンテナ化とは？
コンテナ化とは、アプリケーションがコンテナと呼ばれる環境で分離して実行される軽量な仮想化技術です。アプリケーションのコード、ライブラリ、設定に必要なものはすべて各コンテナ内に存在します。しかし、同じオペレーティングシステムカーネルを使用します。これにより、開発から本番環境まで異なる環境間で非常に移植性の高い設計となっています。
DockerとKubernetes はコンテナプラットフォームであり、特にアプリケーションが小さく独立してデプロイ可能なコンポーネントに分割されるマイクロサービスアーキテクチャにおいて、アプリケーションの開発とデプロイを加速します。コンテナ化技術を活用することで、組織はリソース利用率を向上させ、アプリケーションのデリバリーを加速できます。
仮想化とは？
仮想化とは、ハイパーバイザーの管理下で物理サーバー上に複数の仮想マシンを実行可能にする技術です。各VMは独自のOSを持ち、他のVMとは独立して動作し、すべて同じサーバー上で並行して実行されます。このようなトポロジーにより、1台のホスト上で複数のOSとアプリケーションがサポートされるため、ハードウェアの利用率が最大化されます。代表的な仮想化ソリューションには、VMware、Microsoft Hyper-V、KVMなどがあります。仮想化の利点には、ITインフラの柔軟性向上、ハードウェア費用の削減、アプリケーション展開の迅速化などが含まれます。
コンテナ化と仮想化の違い
コンテナ化と仮想化は、アプリケーションの分離に有用な二つの極めて重要な技術ですが、リソース使用法、柔軟性、アーキテクチャにおいて根本的に異なります。この違いを理解せずにいると、組織はアプリケーションを適切に展開する戦略を最適化し、多様なIT環境における全体的なパフォーマンスを向上させることに苦労することになります。
- アーキテクチャ: 仮想化では、ハイパーバイザーにより複数の仮想マシン（VM）を1台の物理サーバー上で実行できますが、各VMは独自のOS全体を必要とします。これによりリソースのオーバーヘッドが発生します。一方、コンテナ化ではホストシステムのOSカーネルを共有します。コンテナはOSインスタンスを必要としないため軽量であり、オーバーヘッドが少なくパフォーマンスが向上します。
- パフォーマンス: コンテナはOS全体を起動する必要がないため、VMの起動に要する数分に対し、数秒で起動できます。これは、CPUやメモリなどのリソース消費量が少ないためであり、マイクロサービスやクラウド上で動作するアプリケーションなど、リソース利用効率と迅速なスケーリングが求められる環境に最適です。
- スケーラビリティ:コンテナはクラスタ全体で複数のインスタンスが瞬時に生成されるため、極めて迅速かつ大規模なスケーリングが可能です。軽量なアーキテクチャにより、クラウドネイティブアプリケーションや動的なワークロードに最適です。VMもスケーラブルですが、デプロイには多大な時間・労力・リソースを要します。変動するワークロードへの即時対応が必要なシナリオでは非現実的です。
両ソリューションともリソース利用率の最適化を目指していますが、ワークロードによって適性が異なります：コンテナ化は軽量で移植性・スケーラビリティに優れたワークロードに適し、仮想化は完全なOS環境による強力な分離を提供するため、高いセキュリティと分離性が求められる状況で適用されます。
コンテナ化 vs 仮想化：9つの主な違い
| 観点 | コンテナ化 | 仮想化 |
|---|---|---|
| アーキテクチャ | コンテナ間でOSカーネルを共有 | ハイパーバイザーを使用して複数のOSインスタンスを実行 |
| 起動時間 | 秒（コンテナは軽量） | 分（各VMはフルOSブートが必要） |
| リソース利用率 | 効率的、システムリソース使用量が少ない | VMごとのリソースオーバーヘッドが高い |
| 分離性 | プロセスレベルの分離 | 完全なOSレベルの分離 |
| 移植性 | 環境間で高い移植性 | OS依存性による移植性の制限 |
| パフォーマンス | ネイティブに近いパフォーマンス、最小限のオーバーヘッド | OSをフル稼働させるためパフォーマンスが低下 |
| スケーラビリティ | マイクロサービスとスケーリングに最適 | 動的スケーリングには不向き |
| セキュリティ | OSセキュリティに依存した弱い分離 | VMごとに専用OSによる強力な分離 |
| ユースケース | クラウドネイティブ、マイクロサービスアプリに最適 | 異なるOSやレガシーアプリケーションの実行に最適 |
CNAPPマーケットガイドコンテナ化と仮想化のユースケース
コンテナ化と仮想化は、特定のアプリケーションやインフラストラクチャのニーズに基づいて、それぞれ独自のメリットがあります。以下では、各技術のユースケースをいくつか紹介し、コンテナ化と仮想化がそれぞれどのような問題解決に適しているかを示します。それぞれの強みを理解することで、デプロイメント、開発、運用ニーズにコンテナ化と仮想化のどちらが最適かを判断する指針となります。
コンテナ化のユースケース
コンテナ化は、スケーラビリティ、効率性、移植性に対する需要が非常に高い、現代的なアジャイル開発および運用パターンに適しています。コンテナは、アプリケーションとその依存関係を分離された環境内にまとめてパッケージ化するため、デプロイを加速し、より柔軟にします。コンテナ化が特に効果を発揮する代表的なシナリオを以下に示します：
- クラウドネイティブアプリケーション: コンテナは複数のプラットフォーム間で高い移植性とスケーラビリティを発揮するよう設計されているため、クラウド環境との相性が極めて良好です。動的に変化するワークロードの処理に最適で、需要が急変する環境においても迅速なスケールアップ/ダウンを実現します。コンテナは、クラウド環境においてシームレスなスケーリングとリソース効率を実現するため、複数のノードにまたがる多数のアプリケーションのノードを容易にデプロイおよびオーケストレーションできます。
- マイクロサービスアーキテクチャ:コンテナ化により、開発者はモノリシックなアプリケーションをマイクロサービス（独立してデプロイ可能な小さな単位）に分割できます。各マイクロサービスは独自のコンテナで実行され、独立した開発、テスト、スケーリングを可能にします。これにより柔軟性が向上し、システムの他の部分に影響を与えることなくサービスを更新またはスケーリングできるため、アプリケーションの俊敏性とパフォーマンスが向上します。
- CI/CD パイプライン: 速度と一貫性が最優先事項である CI/CD 環境では、コンテナは重要な構成要素です。コンテナにより、開発者はアプリケーションとその依存関係を、環境固有の問題を維持することなく、開発から本番環境まで移行可能なコンテナにパッケージ化できます。環境固有の問題を維持することなく、開発から本番環境まで移動可能なコンテナにパッケージ化できます。これによりテストとデプロイの自動化が実現され、反復が高速化され、ソフトウェアのリリースが信頼性のあるものになります。
- DevOpsプラクティス: コンテナはDevOpsの効果的な自動化の中心です。Kubernetesなどを活用することで、分散環境におけるコンテナのオーケストレーション、デプロイ、環境管理が自動化されています。これによりインフラストラクチャはコードと同様に扱われ、チーム間のインフラから迅速なビルド、テスト、アプリケーションデプロイを通じて自動化されます。コンテナは開発チームと運用チーム双方に一貫した実行環境を提供することで、開発ライフサイクルの全段階における協力を強化します。
仮想化のユースケース
仮想化は、完全なオペレーティングシステム環境が必要とされる場合や、特にリソースを大量に消費するアプリケーション、追加のセキュリティが必要な場合に有効な解決策です。ハイパーバイザーを用いた仮想化により、同一物理サーバー上で複数のOSを実行可能となり、強力な分離性と汎用性を提供します。仮想化が特に優れた重要なユースケースは以下の通りです：
- レガシーアプリケーション: ほとんどのレガシーアプリケーションは特定の環境で動作するよう設計されており、コンテナ化は困難です。VMは完全なOS環境を提供できるため、コンテナ環境への移行が容易でないレガシーシステムに適しています。レガシーアプリケーションは再構築を必要とせず、新しいインフラ上で実行可能です。
- リソース統合: リソース統合は仮想化の強みの一つです。複数のオペレーティングシステムを単一の物理サーバーに統合でき、ハードウェア利用率を最大化します。異なるOS上で複数のアプリケーションやサービスをホストする必要がある組織にとって、物理マシンの数を削減できるため非常に有益です。
- 高セキュリティ環境: 各仮想マシンが独立したOSを実行するため、仮想化はアプリケーションとホストシステム間の強力な分離を実現します。したがって、アプリケーションやワークロードを完全に分離し、侵害が他のシステムに影響を与えないようにする必要がある高セキュリティ環境において、VMは特に有用です。より強力な分離とセキュリティを必要とする条件下では、仮想化が第一の選択肢であることが実証されています。
- マルチOSサポート: 仮想化は、単一のハードウェア上で異なるオペレーティングシステムを実行するのに最も適しています。例えば、あるアプリケーションがWindowsとLinuxの両方で動作する必要がある場合や、異なるOS環境を必要とするソフトウェアコンポーネントがある場合、仮想化技術はこれらの要件をサポートします。各VMは選択したOS上で独立して動作できるため、異なるOS環境に対応する柔軟なソリューションとなります。
仮想化はいつ使うべきか？
仮想化は非常に強力な技術であり、リソースの最適化とアプリケーションの効率的な管理を実現します。この技術により、組織は単一サーバー上で複数のオペレーティングシステムを実行し、分離された環境を構築し、リソース配分を効率化できます。仮想化が最適な選択肢となる主なシナリオは以下の通りです：
- 単一サーバー上で複数のオペレーティングシステムを実行する必要がある場合。組織内で異なるアプリケーションに異なるOSが必要な場合（例：特定のソフトウェアにはWindows、別のソフトウェアにはLinuxを実行）には、仮想化が解決策となります。物理サーバー1台上に複数の仮想マシン（VM）を作成でき、各VMが独自のOSを実行します。これにより、多様なソフトウェア要件をサポートする柔軟性を維持しつつ、ハードウェアを効率的に活用できます。
- 完全なOS環境を必要とするレガシーアプリケーションを運用している場合。 特定のOS向けに開発されたレガシーアプリケーションは、コンテナ環境では正常に動作しない可能性があります。仮想化技術により、変更を加えることなく、意図されたOS環境でこれらのレガシーアプリケーションを実行する自由が得られます。VMを分離することで、組織は貴重なビジネスプロセスとデータを保護する余地を確保できます。
- セキュリティと分離は最優先事項であり、ワークロード間の厳格な分離が求められます。 セキュリティが最優先される環境において、仮想化は強化された分離を提供します。各VMは独立して動作するため、1台のマシンでセキュリティ侵害が発生しても他のマシンに影響を与えません。これにより、機密データの保護と規制順守が極めて重要な金融や医療などの高セキュリティ業界の組織にとって、仮想化は適切な選択肢となります。
- リソースを仮想マシンに統合することで、ハードウェアの利用率を最大化したいと考えています。仮想化により、組織は複数のワークロードを少数の物理サーバーに配置できるため、ハードウェアの利用率向上とコスト削減が実現します。単一サーバー上に多数のVMを配置することで、企業は物理的な設置面積の削減、エネルギー消費の低減、管理の簡素化を図りつつ、パフォーマンスを維持できます。
コンテナ化はいつ活用すべきか？
コンテナ化は、特にアジャイルでスケーラブルな環境において、現代的なアプリケーション開発とデプロイメントの主要技術の一つです。要約すると、コンテナ化が最適となる主なシナリオは以下の通りです：
- 移植性とスケーラビリティが求められるクラウドネイティブアプリケーションを開発している場合。 コンテナ化は、移動的で動的なクラウド環境での実行を想定したアプリケーションなど、クラウドネイティブアプリケーションに非常に実用的です。コンテナは移植性、クロスクラウド環境、オンプレミスインフラストラクチャを実現し、デプロイとスケーリングを容易にします。これにより、組織はビジネスニーズやユーザー要求の変化に適応しやすくなります。
- マイクロサービスを活用し、小規模で独立したサービスを迅速にデプロイする必要がある場合。アプリケーションを小規模で自己完結型の単位に分割するマイクロサービスアーキテクチャにおいて、コンテナ化は極めて有効です。これにより、テスト、デプロイを個別のコンテナ内で独立して行えます。これにより開発サイクルの時間を短縮し、アプリケーション全体に影響を与えることなく個々のサービスを更新またはスケールする能力を向上させます。
- 迅速なデプロイ、高速な起動時間、効率的なリソース利用が必要です。コンテナは迅速なデプロイと終了を目的に設計されているため、継続的なデプロイと更新が必要な絶えず変化する環境での使用に最適です。コンテナはアプリケーションを数秒で起動・実行できるため、環境変化や顧客の期待に迅速に対応でき、軽量であることからリソースの最適利用につながります。
- DevOps プラクティスを導入しており、シームレスな CI/CD パイプラインを必要としている。コンテナ化は、DevOpsにおける主要な推進要因の一つであり、継続的インテグレーションとデプロイ環境下での業務ワークフローと自動化を促進します。コンテナは開発、テスト、本番環境の全段階で一貫性を保証し、チームのプロセスを支援しながらソフトウェアリリースを加速します。その結果、開発プロセスのサイクルが短縮され、リリースにおける高品質な成果が得られます。
IaaS（Infrastructure as a Service）のシナリオ
IaaS は、組織にクラウドを介してスケーラブルで柔軟なコンピューティングリソースを提供するため、物理的なハードウェアを所有することなく IT インフラストラクチャを管理およびプロビジョニングすることができます。仮想化はIaaSの重要な構成要素であり、効率的なリソース配分と管理を実現します。以下に、IaaSが真価を発揮するいくつかのシナリオを示します：
- 複数OS環境のホスティング： IaaSプラットフォームは、仮想化技術を通じてクラウド上で複数のOSを稼働させることを可能にします。異なるOS環境でソフトウェアをテストしたい企業や、特定のOSベースのアプリケーションを維持管理したい企業にとって有用です。IaaSは特定のOSを搭載した仮想マシン（VM）を迅速にプロビジョニングするため、開発・テストプロセスを大幅に容易にします。
- レガシーシステムの移行:多くの組織は、大幅な変更やコードリファクタリングなしにレガシーアプリケーションをクラウドに移行する必要があります。IaaSを利用すれば、レガシーシステムをクラウド上の仮想マシンへ移行する「リフトアンドシフト」が可能となります。これは、既存アプリケーションの機能性を維持しつつ、スケーラビリティ、コスト効率、メンテナンス負担軽減といったクラウドリソースの利点を享受したい企業にとって有用です。
- カスタムインフラストラクチャ設定: IaaSは、特定の要件に基づいたカスタマイズ環境を構築するために、カスタムインフラストラクチャを必要とする組織をサポートします。仮想化技術により、組織のビジネスニーズの変化に応じて、コンピューティング、ストレージ、ネットワークリソースの弾力性が提供されます。組織は、パフォーマンス、セキュリティ、コスト最適化を管理するために、ワークロードに適合した構成を提供できます。
- 災害復旧と事業継続性:IaaSは災害復旧に最適なソリューションの一つであり、組織はクラウド上にITインフラのレプリカを作成できます。これにより、障害や災害発生時にも重要なアプリケーションとデータを迅速に利用可能にします。IaaSによる災害復旧により、企業はダウンタイムを回避し、継続性を維持することで、業務への全体的な影響を軽減できます。
- 季節的なスケーラビリティ: 季節性は、需要が通常非常に変動し、特定の季節に減少する可能性のあるほとんどのビジネスにおいて最も一般的な要因の一つです。IaaSは、不要な物理機器を維持する財務的コストなしに、ニーズに応じてリソースをスケールアップまたはスケールダウンできます。Eコマース企業は、ショッピングのピークシーズンにサーバー容量を構築し、需要が通常に戻った後に縮小することができます。
PaaS（Platform as a Service）の適用シナリオ
PaaSは、開発者が基盤インフラから抽象化されたレイヤー上でアプリケーションを開発・テスト・実行できる開発フレームワークを提供します。PaaS環境におけるアプリケーション開発・デプロイプロセスを強化するため、コンテナ化も重要な役割を担っています。PaaSが絶対的な効果を発揮するシナリオには以下が挙げられます：
- クラウドネイティブアプリケーションの構築とデプロイ：Google Cloud PlatformやAWS LambdaなどのPaaS環境では、開発者がクラウドネイティブアプリケーションを開発し、その環境にデプロイできるようコンテナ化技術が採用されています。これらの環境により、開発者は複数の環境（時には10種類もの異なるインフラストラクチャオプション）にデプロイ可能な、スケーラブルで軽量なアプリケーションを開発する能力を獲得しました。コンテナは開発・テスト・本番環境の一貫性を保証し、信頼性の高いアプリケーションパフォーマンスを実現します。
- マイクロサービス開発: コンテナは、アプリケーションを小さく分割し個別にデプロイ可能なサービス群で構成されるマイクロサービスアーキテクチャに極めて適しています。PaaSは、開発者がマイクロサービスをよりアジャイルな方法で構築・テスト・デプロイするためのツールやフレームワークの大半を提供することでこれを支援します。これによりチームは異なるマイクロサービスを並行して開発できるため、リリースサイクルが短縮されアプリケーションの応答性が向上します。
- CI/CD自動化: ほとんどのPaaSプラットフォームはCI/CDパイプラインにコンテナ化を採用しています。コンテナにより、開発者によるテストとアプリケーションデプロイの自動化が可能になります。更新はビーカーを通じて保証されます。このような自動化はデプロイプロセスにおける人的ミスのリスクを低減し、開発チームと運用チーム間のコミュニケーションを豊かにし、ソフトウェアデリバリーを高速化します。
- 迅速なプロトタイピング: PaaSは、開発者が活用すべきツールやサービスを通じて迅速なプロトタイピングを実現します。データベース、キャッシュ、メッセージングのためのサービスを提供するため、開発者はインフラストラクチャの懸念に煩わされることなく、完全にコードの記述に集中できます。プロトタイピングの迅速なペースにより、新しいアイデアが市場に投入されるまでの時間を大幅に短縮できます。
結論
コンテナ化と仮想化は、ユースケースによっては確かに利点があります。仮想化は、複数の OS やレガシーアプリケーションの実行における分離とセキュリティに優れているため、金融や医療などのセキュリティ要件の高い業界に最適です。組織はVMを使用してアプリケーションを隔離された環境内に保持できます。これによりアプリケーションのセキュリティリスクが低減されます。
一方、コンテナ化は軽量でスケールアウト可能なクラウドネイティブアプリケーションに最適です。依存関係を含むアプリケーション全体をコンテナにパッケージ化し、常に最高のパフォーマンスを実現します。そのため、市場の変化に迅速に対応する必要がある企業において、高速開発と容易なスケーリングが最優先事項となるマイクロサービスアーキテクチャで構築されたアプリケーションに最適な手法です。
両者の選択においては、組織固有のアプリケーション性能、セキュリティ要件、インフラ構成を満たすかを判断するため、具体的なニーズを考慮することが重要です。仮想化はレガシーアプリケーションに適している一方、コンテナ化は通常、現代的でアジャイルなアプリケーションにおいてより優れたソリューションとなります。
FAQs
コンテナ化はコンテナ間でOSカーネルを共有するため軽量かつ移植性が高く、最小限のオーバーヘッドで1つのOSインスタンス上に多数のコンテナを実行できます。仮想化はハイパーバイザーを使用してVMを作成し、各VMは独自の完全なOSを持ちます。これにより強力な分離が実現されますが、複数のOSインスタンスを実行するためオーバーヘッドが大きくなります。したがって、一般的にアプリケーションにはコンテナ化を使用する方が効率的であり、仮想化はより高いセキュリティと分離が求められる状況に適しています。
複数のオペレーティングシステムを実行する必要がある場合、または完全なOS環境を必要とするレガシーアプリケーションを扱う場合には仮想化を使用します。セキュリティと分離がより重要となるシナリオに適しています。一方、コンテナ化はクラウドネイティブアプリケーション、特にマイクロサービスを利用するアプリケーションに最適です。アプリケーションの迅速なデプロイと効率的なリソース利用が必要な場合、コンテナ化がより良い選択肢となります。
コンテナ化には数多くの利点があります。コンテナがホストOSカーネルを共有するため起動時間が短縮され、リソース効率も向上します。仮想マシンと比較して、コンテナ化によりハードウェア上でより多くのインスタンスを実行できます。コンテナは異なる環境でも一貫したパフォーマンスを発揮する高い移植性を備え、現代的なアプリケーションに適した容易なスケーラビリティを実現するよう設計されています。
はい。ハイパーバイザーとコンテナ化は、それぞれの技術の強みを活用するために併用できます。多くの組織ではハイブリッドアプローチを採用しており、ハイパーバイザーがホストする仮想マシン（VM）内にコンテナ化されたアプリケーションを配置しています。これにより、VMが提供する強力な分離性と、コンテナの軽量で効率的なデプロイの両方を活用できます。例えば、タイプ1ハイパーバイザーの使用例としては、コンテナ化されたアプリケーションを提供する複数のVMを管理することが挙げられます。このアーキテクチャは、セキュリティと柔軟性を維持しながらリソース使用を最適化できます。
コンテナオーケストレーションツールは、大規模なコンテナ化アプリケーションの管理に不可欠です。KubernetesやDocker Swarmなどのこれらのツールは、コンテナのデプロイ、スケーリング、管理を自動化し、組織が複数のホストにまたがる大量のコンテナを効率的に処理できるようにします。ロードバランシング、サービスディスカバリー、自動スケーリングといった機能を実現し、アプリケーションの応答性と耐障害性を確保します。つまり、コンテナ化がアプリケーションを隔離環境で実行する基盤を提供する一方で、オーケストレーションツールは本番環境におけるコンテナ化アプリケーションの効果的な管理と運用を可能にするのです。