[Docker] 도커와 이미지, 컨테이너 개념 및 사용 방법

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1. 도커에 대한 설명

도커(Docker)는 애플리케이션을 독립적이고 격리된 환경에서 실행할 수 있도록 지원하는 컨테이너 기반의 가상화 플랫폼입니다.
전통적인 가상 머신(Virtual Machine) 기술과 비교했을 때, 도커는 훨씬 가볍고 효율적입니다. 도커는 애플리케이션과 그에 필요한 모든 종속성을 단일 패키지로 묶어 이식성을 향상시키며, 이를 통해 개발 환경과 운영 환경 간의 불일치를 최소화할 수 있습니다. 또한 도커는 애플리케이션의 배포, 확장, 및 관리를 효율적으로 수행할 수 있도록 하여 DevOps 문화에서 핵심적인 역할을 합니다.

도커의 핵심은 컨테이너라는 개념에 있습니다. 컨테이너는 리눅스의 리소스 격리 기술인 네임스페이스(namespaces)와 컨트롤 그룹(cgroups)을 활용하여 독립적인 환경에서 프로세스를 실행합니다. 각 컨테이너는 독립된 파일 시스템, 네트워크, 프로세스 공간을 가지고 있으며, 이러한 격리를 통해 여러 애플리케이션을 서로 간섭 없이 효율적으로 실행할 수 있습니다. 도커는 이러한 컨테이너들을 관리하기 위한 강력한 도구들을 제공합니다. 이러한 기능을 통해 도커는 현대적인 애플리케이션 개발 및 배포 환경에서 중요한 역할을 하며, 특히 복잡한 애플리케이션 아키텍처를 다루는 데 유용합니다.

도커는 클라우드 네이티브 애플리케이션과 마이크로서비스 아키텍처의 기반을 제공합니다.

클라우드 환경에서의 도커는 스케일 아웃(scale-out)과 같은 수평 확장을 용이하게 하고, 마이크로서비스 간의 격리와 빠른 배포를 지원합니다.

이러한 특성 덕분에 도커는 클라우드 서비스 제공업체 및 많은 엔터프라이즈 환경에서 기본적인 구성 요소로 자리잡았습니다. 도커는 이식성과 확장성을 보장하면서도 인프라 리소스를 최적화하는 데 도움을 주며, 이는 많은 기업이 애플리케이션의 관리와 배포를 자동화하는 데 도커를 채택하는 이유 중 하나입니다.

2. 도커의 이미지에 대한 설명

도커 이미지(Docker Image)는 컨테이너를 생성하기 위한 불변의 템플릿입니다. 이미지에는 애플리케이션 실행에 필요한 모든 파일, 설정 정보, 종속성 등이 포함되어 있으며, 컨테이너는 이러한 이미지를 기반으로 실행됩니다. 도커 이미지는 여러 레이어로 구성되어 있으며, 이러한 레이어 구조는 이미지의 효율성을 높입니다. 예를 들어, 동일한 기반 이미지를 공유하는 여러 컨테이너는 디스크 사용량을 절감할 수 있고, 이미지를 효율적으로 업데이트할 수 있습니다.

도커 이미지는 Dockerfile이라는 빌드 스크립트를 통해 생성됩니다. Dockerfile은 이미지 빌드 과정에서 실행될 명령어들을 나열하고 있으며, 이를 통해 특정 애플리케이션에 맞춤화된 이미지를 쉽게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 특정 버전의 파이썬을 포함하는 애플리케이션을 실행하려면 Dockerfile에 해당 버전의 파이썬을 설치하는 명령어를 포함하면 됩니다. Dockerfile을 사용하면 복잡한 설정을 자동화할 수 있으며, 이를 통해 이미지의 재사용성과 유지보수성을 극대화할 수 있습니다.

도커 이미지는 계층적 구조로 되어 있어서 이미지의 일부를 변경하더라도 전체 이미지를 다시 빌드할 필요 없이 변경된 부분만을 반영할 수 있습니다. 이러한 구조 덕분에 이미지 빌드는 매우 효율적이고, 동일한 레이어를 여러 이미지에서 공유할 수 있어 저장 공간을 절약할 수 있습니다. 또한, Docker Hub와 같은 이미지 저장소를 통해 이미지를 쉽게 배포하고 공유할 수 있으며, 이를 통해 개발자 간 협업이 더욱 용이해집니다.

도커 이미지는 보안성도 중요하게 고려됩니다. 이미지를 신뢰할 수 있는 출처에서 가져오는 것이 중요하며, 도커는 이미지 서명과 같은 보안 기능을 제공하여 이미지의 신뢰성을 보장합니다. 이를 통해 운영 환경에서의 보안성을 높이고, 악의적인 코드의 실행을 방지할 수 있습니다.

3. 도커의 컨테이너에 대한 설명

도커 컨테이너(Docker Container)는 도커 이미지를 실행한 인스턴스입니다. 이미지는 단지 정적인 템플릿이지만, 컨테이너는 그 템플릿을 기반으로 실제로 실행되는 애플리케이션의 실행 환경을 제공합니다. 각각의 컨테이너는 독립적인 파일 시스템과 네트워크 공간을 사용하며, 호스트 시스템과의 리소스 격리를 통해 여러 컨테이너가 동일한 호스트 시스템 상에서 동작하더라도 서로 간섭하지 않습니다.

컨테이너의 가장 큰 장점은 경량성과 빠른 실행 속도입니다. 전통적인 가상 머신은 운영 체제 전체를 가상화해야 하므로 무겁고 부팅 시간이 오래 걸리지만, 컨테이너는 호스트 커널을 공유하여 불필요한 오버헤드를 줄이고 매우 빠르게 생성 및 종료할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 컨테이너는 CI/CD 파이프라인에서 반복적인 테스트와 배포에 매우 적합한 도구로 사용됩니다.

컨테이너는 애플리케이션의 의존성을 명확하게 정의하고, 환경 간의 불일치를 최소화하여 개발과 운영의 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 로컬 개발 환경과 클라우드 운영 환경이 동일한 이미지를 사용한다면, 운영 중 발생할 수 있는 문제를 사전에 개발 단계에서 발견하고 해결할 수 있습니다. 이는 DevOps 및 지속적 배포(Continuous Deployment) 전략에서 매우 중요한 요소입니다.

또한 컨테이너는 수평 확장에 매우 유리합니다. 컨테이너 기반의 애플리케이션은 필요에 따라 쉽게 확장할 수 있으며, 특정 컨테이너에서 장애가 발생하더라도 다른 컨테이너에 영향을 주지 않기 때문에 고가용성을 보장합니다. 이러한 특성은 특히 클라우드 네이티브 애플리케이션에서 중요한데, 클라우드 인프라에서 컨테이너를 빠르게 생성하고 제거할 수 있어 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.

4. 이미지와 컨테이너의 관계에 대한 설명

도커에서 이미지와 컨테이너의 관계는 객체지향 프로그래밍에서 클래스와 객체의 관계와 유사합니다. 도커 이미지는 애플리케이션의 청사진 역할을 하며, 컨테이너는 그 청사진을 기반으로 생성된 실행 인스턴스입니다.

이미지는 불변의 상태로 유지되지만, 컨테이너는 실행되는 동안 특정 설정이나 데이터의 변화를 허용합니다.

예를 들어, Nginx 웹 서버의 도커 이미지를 가지고 있다고 가정해 봅시다. 이 이미지를 기반으로 여러 개의 컨테이너를 실행하면 각각의 컨테이너는 독립적인 Nginx 서버로 동작하게 됩니다. 이때 이미지는 변하지 않으며, 각각의 컨테이너는 이미지로부터 독립적인 상태를 가지며 고유한 설정과 데이터를 가질 수 있습니다. 이는 이미지의 재사용성을 극대화하는 동시에 각각의 컨테이너가 고유한 기능을 수행할 수 있도록 합니다.

이미지는 애플리케이션의 기본 환경을 정의하는 반면, 컨테이너는 그 환경에서 실제로 동작하는 개별 인스턴스를 제공합니다. 이로 인해 개발자는 이미지를 통해 표준화된 환경을 구축하고, 해당 이미지를 기반으로 여러 개의 컨테이너를 실행함으로써 분산된 서비스를 운영할 수 있습니다.

이러한 아키텍처는 마이크로서비스 패턴을 지원하며, 각 서비스는 독립적인 컨테이너로 실행되어 다른 서비스와의 격리를 유지합니다.

5. 도커 사용법

도커의 기본적인 사용법은 다음과 같습니다.

도커 설치: 먼저 도커를 설치해야 합니다. 도커는 리눅스, macOS, 윈도우 모두에서 사용할 수 있으며, 공식 웹사이트에서 설치 프로그램을 다운로드할 수 있습니다. 도커 설치 후에는 docker --version 명령어를 통해 도커가 정상적으로 설치되었는지 확인할 수 있습니다.
도커 이미지 다운로드: 도커 이미지는 Docker Hub라는 이미지 저장소에서 다운로드할 수 있습니다. 예를 들어, Ubuntu 이미지를 다운로드하려면 다음 명령어를 사용합니다:
```
docker pull ubuntu
```
Docker Hub에는 다양한 애플리케이션과 서비스에 대한 이미지가 제공되며, 사용자는 필요에 맞는 이미지를 검색하고 다운로드할 수 있습니다. 이를 통해 개발자는 이미지를 직접 만들지 않아도 필요한 기능을 빠르게 사용할 수 있습니다.
컨테이너 실행: 이미지를 기반으로 컨테이너를 생성하고 실행하려면 docker run 명령어를 사용합니다. 예를 들어, Ubuntu 컨테이너를 실행하려면 다음과 같이 합니다:
```
docker run -it ubuntu
```
이 명령어는 Ubuntu 이미지를 기반으로 새로운 컨테이너를 생성하고, 터미널에 접속할 수 있도록 합니다. -it 옵션은 상호작용 모드(interactive mode)와 TTY를 활성화하여 사용자가 컨테이너 내부에서 명령어를 입력할 수 있도록 합니다.
컨테이너 관리: 실행 중인 컨테이너를 확인하려면 다음 명령어를 사용합니다:
```
docker ps
```
종료된 컨테이너도 포함하여 모든 컨테이너를 보려면 docker ps -a를 사용합니다. 이러한 명령어를 통해 컨테이너의 상태를 모니터링하고, 필요한 경우 관리 작업을 수행할 수 있습니다.
컨테이너 중지 및 삭제: 컨테이너를 중지하려면 다음과 같이 합니다:
```
docker stop [컨테이너 ID]
```
중지된 컨테이너를 삭제하려면 다음 명령어를 사용합니다:
```
docker rm [컨테이너 ID]
```
이러한 명령어는 불필요한 컨테이너를 정리하고 시스템 자원을 확보하는 데 유용합니다. 컨테이너의 수명 주기는 짧기 때문에 필요에 따라 생성하고 삭제하는 것이 일반적입니다.
Dockerfile 사용: 사용자 정의 이미지를 만들기 위해 Dockerfile을 작성할 수 있습니다. 예를 들어, 간단한 웹 서버를 실행하는 이미지를 생성하려면 다음과 같은 Dockerfile을 작성할 수 있습니다:
```
FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
```
이 파일을 바탕으로 이미지를 빌드하려면 다음 명령어를 사용합니다:
```
docker build -t my-nginx-image .
```
Dockerfile을 사용하면 애플리케이션 환경을 코드로 정의할 수 있어, 환경 구성의 일관성을 유지하고 반복 가능한 배포를 가능하게 합니다. 이를 통해 개발자와 운영자는 동일한 환경에서 작업할 수 있어 협업이 원활해집니다.

도커는 이러한 기본적인 기능 외에도 네트워크 설정, 볼륨을 통한 데이터 영속성 관리, 여러 컨테이너를 조율하는 도커 컴포즈(Docker Compose) 등 다양한 고급 기능을 제공합니다.

이러한 기능들을 활용하면 개발 및 배포 환경을 더욱 효율적이고 안정적으로 구축할 수 있습니다. 예를 들어, 도커 컴포즈를 사용하면 여러 개의 컨테이너를 정의하고 함께 배포할 수 있어 복잡한 애플리케이션을 간단하게 관리할 수 있습니다. 도커의 네트워크 기능을 사용하면 컨테이너 간 통신을 손쉽게 설정할 수 있으며, 볼륨을 이용해 데이터의 영속성을 보장할 수 있습니다.

도커는 클라우드 환경에서도 그 강점을 발휘합니다. 주요 클라우드 서비스 제공업체는 도커를 네이티브로 지원하며, 이를 통해 자동 확장, 로드 밸런싱, 자동 복구 등의 기능을 손쉽게 구현할 수 있습니다. 이는 도커가 현대적인 클라우드 아키텍처에서 필수적인 도구로 자리매김하는 이유 중 하나입니다.