「Dockerfile」を書いてコンテナを構築してみよう

設計／手法／テスト

技術解説

連載 [第20回] :

DevOpsを実現するために行うこと・考えること

2024年5月31日(金)

石本達也

実践編第4回の今回は、前回解説した「VS Code」の「Dev Containers」ではなく、直接Dockerfileを書いてコンテナを構築する方法を解説します。

はじめに

前回は「Visual Studio Code」と「Dev Containers」を使って、簡単にコンテナ上に開発環境を構築する方法を紹介しました。

今回は、Dev Containerを活用せずに、「Dockerfile」を書いて直接コンテナを構築する方法を解説します。コンテナを立ち上げる方法にはいくつかありますが、一時的に利用する場合以外ではDockerfileを書いてコード化することが一般的です。

Dockerfileとは

Dockerfileとは、独自のDockerイメージを作成するための設定ファイルです。次の例のようにイメージを指定(FROM)したり、コンテナ内で実行するコマンド(RUN)を定義したりできます。これにより、ライブラリやツールのインストールからアプリケーションの実行まで、一連の作業を自動化できます。

Dockerfile
FROM python:3.9

WORKDIR /code

COPY ./requirements.txt /code/requirements.txt

RUN pip install --no-cache-dir --upgrade -r /code/requirements.txt

COPY ./app /code/app

CMD ["uvicorn", "app.main:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "80"]

Dockerfileの書き方(基本編)

まずはイメージを指定します。イメージを取得する先のコンテナレジストリはDocker Hubを使用することが一般的ですが、最近では「GitHub Container Registry」や「AWS ECR」なども使われています。

今回はDocker Hubを使います。Docker Hubにアクセスして検索バーにpythonと入力すると、Pythonの公式イメージが表示されます。ここでは、最新のPython 3.9を使うことにします。

Dockerfileを作成します。

mkdir dockerfile-tutorial
cd dockerfile-tutorial
touch Dockerfile

作成したDockerfileに、次の内容を記述します。
```
Dockerfile
FROM python:3.9
```
ファイルが作成できたら、次にdocker buildコマンドでイメージをビルドします。
```
docker build -t my-python-app .
```
-tオプションはイメージにタグを付けるためのものです。my-python-appという名前のイメージを作成します。
イメージのビルドが完了したら、コンテナを起動します。
```
docker run -it --rm my-python-app bash
```
-it(-i -tの省略形)オプションはコンテナを対話的に起動するためのものです。--rmオプションはコンテナを終了したら削除するためのものです。
コンテナが起動したら、環境が起動します。

Pythonの環境が起動していることを確認できます。

Dockerfileの書き方(応用編)

もう少し複雑なDockerfileを作成してみましょう。今回は、PythonのWebフレームワークであるFastAPIを使ってAPIサーバーを立ち上げるDockerfileを作成します。FastAPIの公式サイトに例があるので、今回はこれを使用します。

なお、ファイルの中で「Poetry」というパッケージマネージャを使っていますが、ここでは本ツールの詳しい使い方は説明しません。詳しくは公式サイトを参照してください。

FROM python:3.9 as requirements-stage

WORKDIR /tmp

RUN pip install poetry
 
COPY ./pyproject.toml ./poetry.lock* /tmp/

RUN poetry export -f requirements.txt --output requirements.txt --without-hashes

FROM python:3.9

WORKDIR /code

COPY --from=requirements-stage /tmp/requirements.txt /code/requirements.txt

RUN pip install --no-cache-dir --upgrade -r /code/requirements.txt

COPY ./app /code/app

CMD ["uvicorn", "app.main:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "80"]

Dockerfileを書くときには様々なテクニックが活用されますが、ここでは2つのテクニックを使っています。

マルチステージビルド

マルチステージビルドは、イメージにレイヤーを追加してイメージサイズを小さくするためのテクニックです。先ほど紹介したサンプルコード上にrequirements-stageという文字がありますが、これがマルチステージビルドの記述です。前のステージで生成された必要な成果物のみを次のステージにコピーすることで、不要なファイルを含めないようにします。

FROM python:3.9 AS requirements-stage

# 1つ目のレイヤーの処理

FROM python:3.9

# 2つ目のレイヤーの処理

Dockerキャッシュの活用

Dockerはビルド時にキャッシュを使って高速化を図ります。COPYやRUNなどの命令が変更されない限りキャッシュが使われます。

例えば、requirements.txtが変更されない限り、pip installの処理はキャッシュされます。キャッシュの世界は、ひと言では語り尽くせないほど奥が深いので、興味がある方は実際に試したり、調べたりしてみてください。

アプリケーションを動かしてみよう

Dockerfileを書いたら、次にアプリケーションを動かしてみましょう。公式サイトのドキュメントに簡単なアプリケーションの例があるので、それを使ってアプリケーションを動かしてみます。

.  
├── app  
│   ├── __init__.py  
│   └── main.py  
├── Dockerfile
└── pyproject.toml

app/__init__.pyを作成します。このファイルには何も書かなくても大丈夫です。

app/main.pyを作成します。各コードの詳しい説明は公式サイトのドキュメントを参照してください。

from typing import Union

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()


@app.get("/")
def read_root():
    return {"Hello": "World"}


@app.get("/items/{item_id}")
def read_item(item_id: int, q: Union[str, None] = None):
    return {"item_id": item_id, "q": q}

pyproject.tomlを作成します。このファイルはPoetryのコマンドを実行することで生成できます。今回は、次の内容をコピーして作成します。

[tool.poetry]
name = "dockerfile-tutorial"
version = "0.1.0"
description = ""
authors = ["Your Name "]
readme = "README.md"

[tool.poetry.dependencies]
python = "^3.9"
fastapi = "^0.110.1"
uvicorn = {extras = ["standard"], version = "^0.29.0"}


[build-system]
requires = ["poetry-core"]
build-backend = "poetry.core.masonry.api"

app/__init__.pyとapp/main.py、pyproject.tomlの3つのファイルが作成できたら準備完了です。

Dockerfileをビルドしてコンテナを起動します。ビルドコマンドは初めに実行したコマンドと同じですが、次のコマンドを実行します。
```
docker build -t my-python-app .
```
ビルドが完了したら、次にコンテナを起動します。
```
docker run -it --rm -p 80:80 my-python-app
```
-pオプションはホストとコンテナのポートをマッピングするためのものです。今回はホストの80番ポートをコンテナの80番ポートにマッピングしています。ホスト側ポートを8080番に変更したい場合は、-p 8080:80と指定します。