annotate paper/mk-wm.tex @ 12:d932810274a5

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author Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Thu, 06 Aug 2020 16:48:01 +0900
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41 \def\Underline{\setbox0\hbox\bgroup\let\\\endUnderline}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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42 \def\endUnderline{\vphantom{y}\egroup\smash{\underline{\box0}}\\}
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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49 \renewcommand{\lstlistingname}{Code}
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51 \begin{document}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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54 \title{情報工学科演習用のコンテナ技術を用いた新規サービスの設計・実装}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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56 %\etitle{How to Prepare Your Paper for IPSJ SIG Technical Report \\ (version 2018/10/29)}
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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58 \affiliate{KIE}{琉球大学大学院理工学研究科情報工学専攻}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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59 \affiliate{IE}{琉球大学工学部工学科知能情報コース}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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62 \author{宮平 賢}{Miyahira Ken}{IE}[mk@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp]
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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63 \author{河野 真治}{Shinji Kono}{IE}[kono@ie.u-ryukyu.ac.jp]
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65 \begin{abstract}
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66 IT技術を学ぶ時の学習環境の 1つとして, OS 上の隔離された環境を構築する技術であるコンテナがある. これらはローカルに設置された計算機, あるいはクラウド上に作られる.
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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67 作成されるコンテナは学生, あるいは教員側から適切に管理するシステムが必要となる.
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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68 管理システムはマルチユーザで動作するのは当然として, 利用者や管理者に適したUI, sudo権限で動作するコンテナへの対処などが含まれる.
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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69 学生の演習には, Webサービスの実装や人工知能の学習などがある. そのため, 気軽に開発環境やテスト環境などを用意できる利用のしやすさが重要である.
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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70 本稿ではコンテナ管理ソフトウェアである Docker, Singularity を用いた新規 Web サービスの設計・実装を行う.
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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71 \end{abstract}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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74 \maketitle
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76 \section{はじめに}
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77 情報通信技術の普及に伴い学生が学ぶ学習環境が必要となる。その学習環境として VM や コンテナにより, 手軽に開発し試せる技術が普及している。
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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78 だが, 手元の PC 上で VM や コンテナを立ち上げ, 開発を行うことはできるが, VM や コンテナの使用には高性能 PC や 有料のクラウドサービスが必要になる場合がある。
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79 この大きな負担を学生に負わせない仕組みが必要である。\par
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80 琉球大学工学部工学科知能情報コースでは希望の学生に学科のブレードサーバから仮想環境を貸出すサービスを行なっている。貸出をする VM のデフォルトのスペックでは
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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81 不足の場合, 要望に応じてスペックの変更を行なっている。だが, 貸出サービスでは GPU を利用した処理環境を提供することができない。
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82 %だが, 貸出サービスでは近年盛んに行われている人工知能の研究に必要な環境を提供することができない。
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83 GPU が搭載されている PC は研究室によっては用意されているが, 研究室に所属していない学生は利用することができない。そのため, 新たな仕組みが必要である。\par
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84 学科のブレードサーバに搭載される GPU は VM の貸出サービスでは利用することができない。そこでコンテナ技術を利用する。
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85 コンテナ管理ソフトウェアである Docker では NVIDIA Container Toolkit である nvidia-docker を利用することで, 複数のコンテナで GPU を共有することができる。
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86 Docker は基本的に root 権限で動作する。また一般ユーザが docker コマンドを使用するには docker グループに追加する必要がある。
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87 そのため Docker をマルチユーザ環境で使用すると, 他ユーザのコンテナへアクセスができるなどセキュリティの問題がある。\par
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88 そこで, 本論文では, Docker と マルチユーザ環境で利用しやすい Linux コンテナである Singularity を利用したコンテナ貸出サービスを提案する。
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89 このコンテナ貸出サービスでは, Web コンソールからコンテナの操作を行うことで他ユーザのコンテナへの操作をさせない。また, 本コースの類似サービスの課題でもあったデータの永続化を
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90 Singularity で, 外部リポジトリの利用を Docker の操作を HTTP API で提供することで解消する。
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92 \section{技術概要}
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93 本研究で必要な技術概要を述べる。
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95 \subsection{Docker}
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96 Docker とは OS レベルの仮想化技術を利用して, ソフトウェアをコンテナと呼ばれるパッケージで提供する。またコンテナの実行だけでなく,
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97 コンテナの実行に用いるイメージの作成やイメージを共有する仕組みを持つコンテナ管理ソフトウェアである。
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98 コンテナの実行には Docker 社が提供している Docker Hub に登録されているイメージ, Dockerfile を用いて作成したイメージを利用することができる。
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99 Dockerfile を用いることで, 必要なソフトウェアや各種設定を含んだイメージを作成できる。
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101 \subsection{Kubernetes}
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102 Kubernetes とは, アプリケーションのデプロイ, スケーリング, 及び管理を用意にするためのコンテナを動的管理するコンテナオーケストレーションである。
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103 Kubernetes ではオブジェクトによりクラスターの状態を表現する。オブジェクトはコンテナだけでなく, ネットワークやストレージ, 接続ポリシーの望ましい状態を記述できる。
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104 本研究では以下のオブジェクトを主に利用する。
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105 \begin{itemize}
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106 \item Pod
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107 \begin{itemize}
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108 \item Kubernetes で作成, 管理できる最小単位。Pod 内に 1 つ以上のコンテナを起動できる。
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109 \end{itemize}
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111 \item ReplicaSet
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112 \begin{itemize}
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113 \item 安定した Pod の維持を行い, クラスタで必要な Pod 数を管理する。Pod のセルフヒーリングを行う。
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114 \end{itemize}
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116 \item Deployment
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117 \begin{itemize}
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118 \item ReplicaSet のロールアウトを図るなど, 管理を行う。
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119 \end{itemize}
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121 \item Service
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122 \begin{itemize}
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123 \item Pod にアクセスするための IP アドレスやポートを割り振る。
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124 \end{itemize}
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126 \item Ingress
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127 \begin{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
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128 \item 外部からのアクセスを管理する。負荷分散, SSL 終端, 名前ベースの仮想ホスティングの機能を提供する。
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129 \end{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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5ae4054bcc94 update tex
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131 \item Role
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132 \begin{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
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133 \item 仮想クラスタとしてグループ化して取り扱える。
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134 \end{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
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5ae4054bcc94 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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136 \item RoleBinding
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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137 \begin{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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138 \item ユーザやグループに Role を関連付ける。
5ae4054bcc94 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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139 \end{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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140 \end{itemize}
5ae4054bcc94 update tex
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141
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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142 \subsection{Singularity}
12
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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143 Singularity とは, HCP クラスタ上で複雑なアプリケーションを実行するために開発されたコンテナプラットフォームである。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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144 Singularity は マルチユーザに対応しており, コンテナ内での権限は実行ユーザの権限を引き継ぐため, ユーザに特別な権限の設定が必要ない。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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145 またデフォルトで, \$HOME, /tmp, /proc, /sys, /dev がコンテナにマウントされ, サーバ上の GPU を簡単に利用できる。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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146 Singularity のコンテナイメージは Docker Hub に登録されているイメージ, またはDockerfile から作成したイメージを変換することで利用することができる。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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147
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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148 \subsection{GitLab}
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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149 GitLab とは バージョン管理システムである Git のリポジトリマネージャである。GitLab はオンプレミス環境で利用できるため, 本コースでは GitLab を使用している。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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150 また, 本研究では GitLab の統合機能の GitLab CI/CD, GitLab CI/CD と組み合わせて使用する GitLab Runner を利用する。\par
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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151 GitLab CI/CD は 継続的インテグレーション(CI)・継続的デリバリー(CD)を GitLab から利用することができる。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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152 CI では GitLab のコードを定期的または自動的にビルド・テストを行う。CD は CI を拡張した機能であり, ビルドやテストだけでなくリリースの準備も行う。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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153 本コースでは, Operating System という講義で Mercurial と Jenkins を利用してコードのテストを行う課題などがある。\par
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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154 GitLab Runner とは, ビルドのためのアプリケーションであり, GitLab CI と連携することで別の場所でビルドを動かすことができる。
0
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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155
5
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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156 \section{本コースの類似サービス}
12
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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157 本サービスに類似したサービスとして, libvirt の CLI である virsh をラップしマルチユーザ VM 環境を提供する ie-virsh 。
d932810274a5 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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158 また, Docker をラップし複数のユーザで利用することを目的とした ie-docker , Kubernetes を利用した教育用コンテナ貸出を目的とした, digdog \cite{digdog} がある。
10
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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159
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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160 \subsection{ie-virsh}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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161 ie-virsh とは, 本コースの Operating System という講義に向けに libvirt の CLI である virsh をラップし複数のユーザで利用することができる VM 管理ツールである。
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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162 ie-virsh は 本コースの講義に向け作成されたが, 学生の演習でも利用ができる。
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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163 課題では VM の環境を学生が設定し, 情報工学科の持つブレードサーバ上にアップロードし, プログラムの実装や測定を行う。\cite{ie-virsh}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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164 学生は手元の PC で作成した VM をブレードサーバ上にデプロイすることで, 演習環境を構築することができる。
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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165 ie-virsh は ユーザの UID 及び GID 情報を取得することで, 他のユーザの VM を操作させない。表\ref{tb:ie-virsh}は ユーザが利用できる ie-virsh の機能である。
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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166
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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167 \begin{table}[htb]
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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168 \begin{center}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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169 \caption{ie-virsh のコマンド}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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170 \begin{tabular}{c|l} \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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171 define & XML の template を下に domain を作成 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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172 undefine & define で作成した domain を削除 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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173 list & define で作成した domain の一覧表示 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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174 start & 指定した domain 名の VM を起動 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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175 destroy & 指定した domain 名の VM を停止 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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176 dumpxml & domain の XML を参照 \\ \hline
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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177 \end{tabular}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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178 \label{tb:ie-virsh}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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179 \end{center}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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180 \end{table}
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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181
0
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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182 \subsection{ie-docker}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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183 ie-docker とは Docker をラップし複数のユーザで利用することのできるコンテナ管理ツールである。
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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184 利用する学生は ssh でブレードサーバへ接続し, ie-docker を使用してコンテナを操作することができる。
10
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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185 ie-docker は UID 及び GID 情報を取得することで, 他のユーザのコンテナを操作させない。
5
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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186 またユーザが使える docker の機能を制限する。表\ref{tb:ie-docker}が ie-docker で利用できる機能である。
0
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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187
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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188 \begin{table}[htb]
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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189 \begin{center}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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190 \caption{ie-docker のコマンド}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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191 \begin{tabular}{c|l} \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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192 ps & 起動中のコンテナの一覧を表示する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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193 run & コンテナを作成する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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194 start & コンテナを起動する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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195 stop & コンテナを停止する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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196 attach & 起動しているコンテナに attach する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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197 cp & コンテナにファイルを送信する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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198 rm & コンテナを削除する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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199 \end{tabular}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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200 \label{tb:ie-docker}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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201 \end{center}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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202 \end{table}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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203
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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204 \subsection{digdog}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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205 digdog とは Kubernetes を利用したコンテナ貸出サービスである。
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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206 学生は Dockerfile を GitLab CI/CD を利用して GitLab Registry に Docker イメージを登録する。
5
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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207 学科アカウントを使用して Web サービスへログインし, 登録した Docker イメージでコンテナを作成することができる。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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208 コンテナ作成時は digdog が Kubernetes に Deployment を設定する。Deployment は学生のアカウント名で作成された Namespace に設定される。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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209 Namespace は RBAC を用いたリソース操作のアクセス制御が設定されている。そのため学生は Kubernetes コマンドである kubectl コマンドで 手元の PC から Pod の操作を行うことができる。
0
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210 RBAC で許可されているリソース操作は表\ref{tb:digdog}である。
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211
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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212 \begin{table}[htb]
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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213 \begin{center}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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214 \caption{kubectl のコマンド}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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215 \begin{tabular}{c|l} \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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216 get & Pod の一覧を表示する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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217 log & Pod の Log を表示する \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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218 exec & Pod にアクセスする \\ \hline
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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219 \end{tabular}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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220 \label{tb:digdog}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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221 \end{center}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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222 \end{table}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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223
5
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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224
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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225 \section{サービスの設計}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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226 学生が学習環境を利用する流れを図\ref{fig:wm} に示し, 概要を以下で説明する。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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227
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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228 \subsection{利用技術}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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229 サービスではコンテナ貸出を行う。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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230 そこで, コンテナ管理ソフトウェアである Docker, コンテナオーケストレーションソフトである Kubernetes, マルチユーザ環境に適した Linux コンテナである Singularity を利用する。\par
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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231 サービスは Docker や Kubernetes のみで提供することもできる。だが, コンテナ内のデータの永続化が問題となる。そのため Singularity を利用する。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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232 Singularity では デフォルトで \$HOME, /tmp, /proc, /sys, /dev がコンテナにマウントされる。そのため, コンテナのデータの永続化や大量のデータを扱う場合に適している。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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233
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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234 \subsection{コンテナの作成}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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235 学生は学科アカウントで Web コンソールへログインする。Web コンソールでは 学生のコンテナ一覧や Docker イメージ一覧を確認することができる。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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236 コンテナ作成を選択するとコンテナを作成するために必要な情報を入力する。入力する内容は表\ref{tb:wmcon} である。コンテナ名には学生のアカウント名が補完されるため, 他の学生と被ることはない。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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237 Docker イメージは Docker Hub に登録されているイメージや, 作成したイメージを入力することができる。環境変数とゲストポートはスペース区切りで複数入力することができる。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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238 ホストポートは, エフェメラルポート の範囲から設定される。学生は設定されたホストポートを使用してコンテナのサービスへアクセスする。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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239 また, 学生はコンテナに対して Web コンソールから, または手元の PC から操作することができる。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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240 必要なくなったコンテナは Web コンソールのコンテナ一覧から削除することができる。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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241
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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242 \begin{table}[htb]
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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243 \begin{center}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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244 \caption{コンテナ作成時の入力内容}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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245 \begin{tabular}{c|l} \hline
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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246 ContainerName & コンテナ名 \\ \hline
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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247 Image & Docker イメージ \\ \hline
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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248 Environments & コンテナ作成時の環境変数 \\ \hline
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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249 GuestPort & コンテナが使用するポート番号 \\ \hline
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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250 \end{tabular}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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251 \label{tb:wmcon}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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252 \end{center}
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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253 \end{table}
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254
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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255 \subsection{イメージの作成}
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256 Docker イメージの作成は学科で利用している GitLab の CI/CD 機能を使用する。
8
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257 学生は学科 GitLab から CI/CD トークンを取得し, Web コンソールで取得したトークンをセットする。この時 Docker 側に GitLab Runner \cite{gitlabrunner} の立ち上げを依頼する。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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258 トークンの設定後, Web コンソールから CI/CD 用の Yaml ファイルをダウンロードし Dockerfile と一緒に学科 GitLab のリポジトリに Push する。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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259 Docker イメージの Build が成功すると Web コンソールのイメージ一覧で確認ができる。作成した Docker イメージは編集からイメージの使い方を記述でき, 他の学生に共有するか設定を行える。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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260 必要なくなったイメージは Web コンソールのイメージ一覧から削除することができる。
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261
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262 \subsection{Singularity の利用}
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263 Singularity は Docker イメージをSingularity 用に Build することで, Docker イメージを使用することができる。
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264 だが, イメージの Build には sudo 権限が必要となる。Docker イメージの Build を申請性にすると, 管理者の仕事が増え, 学生も利用しづらい。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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265 また, Singularity はユーザ権限で動作するため, 学生が ssh でブレードサーバへ接続し利用する方が適している。
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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266 そこで, Web コンソールから Singularity 用のイメージをダウンロードできる仕様とする。\par
6
db794a6414e4 update tex, add figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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267 学生は利用したいイメージをダウンロードし, ブレードサーバへ送信して Singularity を使用する。Singularity を利用する流れを図\ref{fig:singu} に示す。
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268
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e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
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269 \begin{figure*}[tb]
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270 \begin{center}
10
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
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271 \includegraphics[width=100mm]{Images/whalemountain.pdf}
0
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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272 \end{center}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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273 \caption{システム構成}
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274 \label{fig:wm}
10
e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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275 \end{figure*}
0
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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276
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db794a6414e4 update tex, add figs
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277 \begin{figure}[tb]
db794a6414e4 update tex, add figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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278 \begin{center}
db794a6414e4 update tex, add figs
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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279 \includegraphics[width=80mm]{Images/singularity.pdf}
db794a6414e4 update tex, add figs
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280 \end{center}
db794a6414e4 update tex, add figs
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281 \caption{Singularityの利用}
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282 \label{fig:singu}
db794a6414e4 update tex, add figs
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283 \end{figure}
db794a6414e4 update tex, add figs
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284
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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285 \section{サービスの実装}
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286 本コースでは学科システムを教員の指導の下, 学生主体でシステム管理チームと呼ばれる組織によって構築・運用・管理が行われている。
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287 学科システムはブレードサーバを 4 台, SAN 用ストレージと汎用ストレージをそれぞれ 2台ずつ導入している。本コースの基幹サービスはこのブレードサーバの仮想環境上で VM として動作している。
790bc05dc78c update tex, mm
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288 新たにサービスを実装するとなると, システム管理チームが運用・管理を行いやすい実装にする必要がある。\par
790bc05dc78c update tex, mm
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289 Web コンソールや Docker の操作を 1 つにまとめると, Docker コンテナの作成が 1台のブレードサーバのみになってしまう。
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290 そこで, コンテナ貸出システムは, 機能ごとに以下の 3 つにサービスに分ける。
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291 Docker や Kubernetes の操作を HTTP API で提供することで, 図\ref{fig:api} のようにリクエスト先の変更で複数のブレードサーバにコンテナを分散することができる。
6
db794a6414e4 update tex, add figs
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292 だが, 現時点では未実装である。\par
5
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293 実装にはDocker や Kubernetes の実装言語であり, 操作するためのライブラリが揃っている Go 言語を使用する。
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294 \begin{itemize}
6
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295 \item Web コンソール
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296 \item Docker の操作
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297 \item Kubernetes の操作
ef6f19e8ec75 update tex
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298 \end{itemize}
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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299
6
db794a6414e4 update tex, add figs
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300 \begin{figure}[tb]
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301 \begin{center}
db794a6414e4 update tex, add figs
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302 \includegraphics[width=80mm]{Images/apihukusu.pdf}
db794a6414e4 update tex, add figs
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303 \end{center}
db794a6414e4 update tex, add figs
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304 \caption{機能の分散}
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305 \label{fig:api}
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306 \end{figure}
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307
db794a6414e4 update tex, add figs
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308 \subsection{Web コンソール}
9
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309 Web コンソールは本コースの学生や教員が利用するため, 学科アカウントでログインできる必要がある。学科の LDAP サーバを利用して学科アカウントで LDAP 認証を実装する。\par
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310 Docker の操作や Kubernetes の操作を行う HTTP API はセッション管理を行わないため, Web コンソールで管理する必要がある。
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311 そのため, ユーザのコンテナやイメージの情報をデータベースに格納して管理する。
9
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312 ユーザが作成する Docker イメージの情報を取得しユーザのアカウントID と紐付けを行う。また, 作成した Docker イメージは共有することができ, 共有されたイメージはユーザのイメージ一覧とは別の一覧で確認することができる。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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313 ユーザはコンテナ作成時にイメージを入力することができる。この時, 他のユーザの作成したイメージの場合, そのイメージが共有されたイメージなのか確認を行うことで, 非共有に設定されたイメージではコンテナの作成はできない。
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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314 コンテナの操作を行う時, コンテナに紐づけられたアカウントID との確認が行われることで, 他のユーザのコンテナを操作することはできない。
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315 同様にイメージの削除を行う時にもアカウントID の確認が行われる。
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316
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317 \subsection{Docker の操作}
7
790bc05dc78c update tex, mm
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318 Docker は Docker Engine API を提供している。Docker デーモンは指定した IP アドレスと ポート を リッスンする。 IP アドレスと ポートの指定を行うことで外部から Docker の操作が可能になる。
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319 だが, Dockr デーモンが稼働しているホスト上の root アクセスを得られるため, 推奨されてない。
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320 また, 本論文で実装するサービスでは Docker のすべての操作を必要としない。そこで, Docker の操作を行うための SDK \cite{sdk} を使用し, 必要な機能のみを実装する。\par
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321 サービスを提供する上で Docker の必要となる操作は以下である。
ef6f19e8ec75 update tex
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322 \begin{itemize}
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323 \item コンテナの作成
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324 \item コンテナの削除
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325 \item コンテナでのコマンド実行
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326 \item コンテナへファイル送信
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327 \item イメージ一覧の取得
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328 \item イメージの削除
ef6f19e8ec75 update tex
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329 \end{itemize}
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330
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331 コンテナは, 表\ref{tb:wmcon} で入力した情報を下に作成を行う。コンテナ名は Web コンソールからリクエストを送るタイミングで補完される。
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332 また, コンテナが属するネットワーク名も補完される。リクエストは JSON 形式で受け, JSON 形式でレスポンスを返す。
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333 リクエストからコンテナを作成後, 作成したコンテナID や ネットワークID , コンテナのステータスを返却する。
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334 返却したコンテナID や ネットワークID を下にコンテナ削除やコマンドの実行, ファイルの送信を処理する。
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335 だが, ファイルの送信では JSON 形式ではなく multipart/form-data 形式でリクエストを受ける。\par
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336 Docker イメージは GitLab CI/CD を利用して作成するが, Build が成功したかを判断することはできない。
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e4de1a56f77f add ie-virsh, update figs
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337 そのため, Web コンソール側から 5 分に一度イメージの更新リクエストを受け, Docker イメージの一覧をリストにまとめ返却を行う。\par
8
aa9a8f31b61d update tex
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338 ユーザが作成するコンテナとは別に GitLab CI/CD で Docker イメージを Build するための GitLab Runner を立てる必要がある。
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339 立ち上げはユーザが Web コンソールで CI/CD トークンの設定時に行われる。GitLab Runner をユーザごとに立ち上げることで, 複数のユーザが同時に Build を行うことができる。
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340
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341 \subsection{Kubernetes の操作}
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db794a6414e4 update tex, add figs
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342 実装には Kubernetes の操作を行うためのライブラリである client-go \cite{kubecli} を使用する。
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343
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344
ef6f19e8ec75 update tex
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345 \section{サービスの評価}
ef6f19e8ec75 update tex
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346
ef6f19e8ec75 update tex
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347 \section{類似サービスとの評価}
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348
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349 %\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=src:example,caption={コード書き方例}]
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350 %package main
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351 %import "fmt"
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Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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353 %func main() {
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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354 % fmt.Println("Hello, World!!")
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355 %}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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356 %\end{lstlisting}
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357
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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358 \section{今後の課題}
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359
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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360 \section{まとめ}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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361
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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362 \nocite{*}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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363 \bibliographystyle{ipsjunsrt}
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364 \bibliography{mk-wm}
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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365
5
ef6f19e8ec75 update tex
Ken Miyahira <e175733@ie.u-ryukyu.ac.jp>
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366 \end{document}