Dockerを用いたWeb上でのプログラム実行環境の開発

研究について

学習者がプログラミングを学ぶ場合、実行環境の準備に手間がかかる。そこで、簡単に利用できるブラウザでプログラムを実行できる環境を開発を行う。また、プログラムを実行する仮想環境としてDocker を利用する。これによりプログラムを隔離した状況で実行することができ、Docker イメージを利用したカスタマイズを教育者が簡単に行える。

システム実行ページ

本システムを利用するには2通りの方法がある、詳しくは別タブの「本システムを利用するために」を見てください。

画像生成サンプル問題

Cプログラム可視化

※編集中

仮想化について

1つのサーバ(ハードウェア)に1つのOS（環境）から仮想化により1つのサーバで複数のOSを利用できるように仮想化ソフトウェアが1つのサーバ内に複数のOSを仮想的に作成し管理する

仮想化のメリット

物理的サーバの削減

サーバの集約・リソースの有効活用

移植性の高さ

主な仮想化技術

ホスト型仮想化

ハイパーバイザー型仮想化

コンテナ型仮想化 (Dockerはコンテナ型仮想化)

ホスト型・ハイパーバイザー型仮想化

https://thinkit.co.jp/story/2012/10/17/3722より引用

ホスト型はホストOSに仮想化を行うソフトウェアをインストールし、そのうえで仮想マシンを動かす

https://thinkit.co.jp/story/2012/10/17/3722より引用

ハイパーバイザ型はホストOSを使わず、直接ハードウェアにインストールして仮想化を行う

コンテナ型仮想化

コンテナという単位で論理的な区画を作り仮想環境を管理する

イメージとコンテナについて

コンテナはアプリなどを実行するためのインフラ環境を管理
イメージはコンテナのひな形
イメージからコンテナを作成し動かす
コンテナの内容をイメージにすることも可能
Docker Hub(https://hub.docker.com/)にはオフィシャルイメージが登録されておりダウンロードすることで簡単に利用可能

コンテナ型仮想化のメリット

Dockerを導入するための方法を以下の2通り説明する。

(1) Windows Subsystem for Linux でDockerを動かす場合

(2) Docker toolbox を利用しVirtualBoxでDockerを動かす場合

環境としてOSはWindows10を想定している。(1)の場合はWindows10のバージョンが最新の1809(2019/03/03現在)でないと、相性が悪くDockerが動作しないので注意。

Windowsのバージョン確認は、画面左下スタートボタンを右クリック -> システム -> バージョン情報 で確認できます。

(1) Windows Subsystem for Linux でDockerを動かす場合（推奨）

スクリーンショットを交えて説明する、導入にあたって以下のWebページを参考にした。

・Windows Subsystem for Linux（Hyper-Vなし）でDockerを動かす

・どうしても Docker on Ubuntu 18.04 on WSL したかった

まずUbuntuのインストールを行います、Microsoft Storeで検索するとUbuntu 16.04 とUbuntu 18.04 がありますが、今回はUbuntu18.04を利用します。

つぎにUbuntuを起動しますが、このとき必ず管理者として実行するよう注意してください。

また、初回起動時にはユーザネームとパスワードを設定する必要があるので、適当に設定してください。

それが終わったら以下のコマンドを実行してdockerをインストールし、環境を構築します。

sudo apt update

sudo apt upgrade -y

curl -O https://download.docker.com/linux/debian/dists/stretch/pool/stable/amd64/docker-ce_17.09.0~ce-0~debian_amd64.deb

sudo apt install ./docker-ce_17.09.0\~ce-0\~debian_amd64.deb

sudo usermod -aG docker $USER

ここまでできたら一度Ubuntuを再起動すれば、本システムを利用するためのDockerの導入は終了です。

別タブ「本システムを利用するために」の (1) Dockerをクライアント側（ローカル）で動かす場合 に進んでください。

(2) Docker toolbox を利用する場合

DockerHPよりDockerToolboxをダウンロード

OS が Windows10 pro の場合 Docker for Windows を利用可能 今回はwindows8 やwindows10 で利用可能なDockerToolbox で説明

ダウンロードしたファイルを実行し、インストールを行う。基本的にすべてnextを押していけばよい

すでにVirtualBoxやGit for Windowsをインストールしているならチェックを外す

インストールが終わったらデスクトップ上にアイコンができているはずなので実行
実行するとくじらの絵が出てくる、ただし初回の起動では少し時間がかかる

➡

docker versionを実行することで現在のバージョンを確認できる
下の画像のように表示されればインストールできている

Dockerの導入が終了したら

いくつかのDockerコマンドを使用した例を紹介する

簡単なコンテナの作成と実行

まずコンテナ作成に必要なイメージをダウンロードする

docker pull イメージ名

今回はhaskellとgccを例にあげる

画像のようにダウンロードがはじまる(gccも同様)

haskell

Dockerコンテナの起動

docker run [オプション] イメージ [コマンド] [引数…]

-it オプション コンテナの標準出力にアタッチ

Ctrl p+q でコンテナからデタッチ（コンテナは起動したまま）

gcc

まずgccコンテナを起動し、Ctrl p+q でデタッチ

起動したコンテナのIDを調べる

docker ps –l

コンテナにファイルをコピー

docker cp [ファイル] コンテナID:/

再びコンテナにアタッチ

docker attach コンテナID

コピーしたファイルがあることを確認し、gccコマンドで実行

コンテナの停止と削除

指定したコンテナを停止する

docker stop コンテナID

またはすべてのコンテナを停止

docker stop $(docker ps -a -q)

指定したコンテナを削除する

docker rm コンテナID

またはすべての停止中のコンテナを削除する

docker rm $(docker ps -a -q)

本システムを利用するための事前準備と手順を説明する。

本システムを利用するにあたって、以下の2通りの方法がある。

(1) Dockerをクライアント側（ローカル）で動かす場合

(2) Dockerをサーバで動かす場合

(1) Dockerをクライアント側（ローカル）で動かす場合

クライアント側でDockerを動かすため、本システムを利用する端末にDockerが利用できる環境が必要になる。

Dockerを導入していない人は先に別タブの「Docker導入方法」を見てください。

(1-1) Windows Subsystem for Linux でDockerを動かす場合

(1-2) Docker toolbox を利用する場合

で操作が異なりますが、先に共通の準備を説明します。

(1-1),(1-2)共通 中継サーバの準備

事前準備として、DockerとWebブラウザ間の中継サーバ用のプログラムをまとめたjarファイルを以下からダウンロードしてください。

中継サーバ用プログラム（クリックでjarファイルをダウンロードします）

システムを利用する前にダウンロードしたjarファイルを実行します。

ファイルを適当な場所に保存し、コマンドプロンプトから以下のコマンドで実行できます。

java -jar WappenLiteDocker.jar -url http://127.0.0.1:2375

この実行した状態で本システムを利用することができます。また、停止するときはCtrl+Cで行えます。

(1-1) Windows Subsystem for Linux でDockerを動かす場合

UbuntuでDockerを動かす場合で説明します。まずUbuntuを管理者として実行し起動します。

起動後以下のコマンドを実行します。

sudo cgroupfs-mount

sudo dockerd -H tcp://127.0.0.1:2375 -H unix:///var/run/docker.sock &

docker pull library/gcc （Cプログラム実行用のコンテナのイメージをpullする 一度だけでok）

上記のコマンドを実行し、共通準備である中継サーバ用プログラムを実行した状態で本システムを利用することができます。

また、本システムの利用が終了した後は以下のコマンドでDockerを停止させてください。でないと再度利用するときにエラーが発生する可能性があります。

sudo ps -auwx

sudo kill PID

(1-2) Docker toolbox を利用する場合

まず、事前準備として本システムで利用するDockerイメージをDocker Hubからpullしておきます。この必要なイメージを取得するのは初回の一度だけでokです。

docker pull library/gcc

docker pull sequenceiq/socat

システムを利用するときは以下のコマンドを実行しておきます。

docker run sequenceiq/socat

本システムの利用が終了した後は動かしたDockerコンテナを停止・削除しておきます。

別タブの「Docker導入方法」のコンテナの停止と削除の例を参考にしてください。

(2) Dockerをサーバで動かす場合

サーバにあるDockerを利用するため、DockerをPCに導入していなくてもシステムを実行できます。

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画像生成サンプル問題

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