LXDを使用して瞬時にサーバを量産する（Ubuntu18.04）

LXDとは
1. コンテナと仮想化の違い
2. LXDでできることと特徴
LXDのインストール手順
LXDの動作確認
LXDにおけるネットワーク通信について
1. コンテナから外部への通信について
2. 外部からコンテナへの通信について

LXDとは

Linux Container Daemon の略
Canonical によって開発されているシステムコンテナの管理ツール
- Canonical は Ubuntu を開発している企業
- 上の理由から Ubuntu への導入が比較的容易（CentOS等でも導入可能）
Linux コンテナを使用する

Linux コンテナとは何か - コンテナ技術の仕組みと歴史| Red Hat

Linux コンテナは、システムの他の部分から分離されたプロセスであり、コンテナイメージにはその実行に必要な全ファイルが含まれ、アプリ開発の数多くの課題を解決します。

コンテナと仮想化の違い

仮想化では、VMware ESXi などのハイパーバイザによってハードウェアを仮想的に分割して独立した実行環境を構築します。分割された各環境にOS (Windows、Linux など) その他アプリをインストールして仮想マシンとして動作させます。
コンテナは、単一のホストOS内で1つのプロセスとして動作します。各コンテナはホストOSのリソース（CPU、メモリ等）を共有します。

LXDでできることと特徴

1台のホストOS内に複数のコンテナを起動（サーバを構築）することが容易に可能
コンテナの削除も容易に可能
使用できるイメージ（サーバのOS）は Linux に限られます
イメージはリモートサーバからダウンロードするかローカルにあるものを使用します
以下のURLはデフォルトのリモートサーバの一つで、イメージリストが記載されています

https://uk.images.linuxcontainers.org/

リモートサーバからダウンロードしたイメージはローカルにキャッシュされるため、2度目以降は高速でコンテナを起動できます
既存のコンテナのスナップショット（バックアップ）作成
スナップショットからイメージの作成
ホストOSへの通信をコンテナへポートフォワーディングすることも容易に可能
lxdui を使用すればブラウザ上でのコンテナ管理も可能

上記の特徴から、1台のPC内で複数のサーバを作ったり削除したりが容易にできます。
Linuxサーバ構築の勉強をするための環境としては最適なのではないかと思います。

LXDのインストール手順

環境

Ubuntu 18.04.3 LTS (Bionic Beaver)
LXD 3.0.3

Ubuntu PC を用意

以下の URL より Ubuntu のイメージがダウンロードできます。
日本語 Remix イメージを使用することをお勧めします。
容量は 2GB くらいです。

Ubuntuの入手 | Ubuntu Japanese Team

イメージをダウンロードしたらブータブルメディア（USBなど）を作成してPCにUbuntuをインストールしてください。
ブータブルUSBの作成方法については以下の記事を参考にしてください。

LXDのインストール手順

パッケージのインストール

sudo権限のあるユーザにて以下コマンドを実行し、LXDおよびLXDに関連するパッケージをインストールします。

$ sudo apt install -y lxd lxd-client lxd-tools criu

インストールされるパッケージは以下の4つです。

lxd
lxd-client
lxd-tools
criu

apt のリポジトリの設定によっては以下のような lxd-tools と criu が見つからないというメッセージが表示されて、インストールができない場合があります。
※Ubuntuのイメージが日本語Remix版でない場合はこうなる可能性があります

Package criu is not available, but is referred to by another package.
This may mean that the package is missing, has been obsoleted, or
is only available from another source

Package lxd-tools is not available, but is referred to by another package.
This may mean that the package is missing, has been obsoleted, or
is only available from another source

E: Package 'lxd-tools' has no installation candidate
E: Package 'criu' has no installation candidate

この場合は、以下のコマンドで apt のリポジトリの追加をすると解決するかもしれません。

$ apt-add-repository 'deb http://jp.archive.ubuntu.com/ubuntu/ bionic main restricted'

パッケージをインストール後、以下のコマンドを実行しLXDデーモンの準備が完了するのを待ちます。

$ sudo lxd waitready

LXDの初期設定

続いて、[ $ sudo lxd init ] コマンドを実行しLXDの初期設定を行います。
対話的に各設定を行っていきます。良くわからなければすべてデフォルトのままでOKです。

$ sudo lxd init
Would you like to use LXD clustering? (yes/no) [default=no]: 
Do you want to configure a new storage pool? (yes/no) [default=yes]: 
Name of the new storage pool [default=default]: 
Would you like to connect to a MAAS server? (yes/no) [default=no]: 
Would you like to create a new local network bridge? (yes/no) [default=yes]: 
What should the new bridge be called? [default=lxdbr0]: 
What IPv4 address should be used? (CIDR subnet notation, “auto” or “none”) [default=auto]: 
What IPv6 address should be used? (CIDR subnet notation, “auto” or “none”) [default=auto]: 

We detected that you are running inside an unprivileged container.
This means that unless you manually configured your host otherwise,
you will not have enough uids and gids to allocate to your containers.

LXD can re-use your container's own allocation to avoid the problem.
Doing so makes your nested containers slightly less safe as they could
in theory attack their parent container and gain more privileges than
they otherwise would.

Would you like to have your containers share their parent's allocation? (yes/no) [default=yes]: 
Would you like LXD to be available over the network? (yes/no) [default=no]: 
Would you like stale cached images to be updated automatically? (yes/no) [default=yes] 
Would you like a YAML "lxd init" preseed to be printed? (yes/no) [default=no]:

これでLXDの初期設定は完了です。
LXDを使用するユーザをlxdグループに追加しておくと、sudoをすることなくLXDのコマンドを使用できるようになるため、追加しておくことをお勧めします。

$ sudo gpasswd -a "${USER}" lxd

※グループに追加後は、設定を有効化するために当該ユーザで再ログインしてください。

LXDの動作確認

LXDのバージョン確認

$ lxd --version
3.0.3

ローカルイメージの確認

$ lxc image list
+-------+-------------+--------+-------------+------+------+-------------+
| ALIAS | FINGERPRINT | PUBLIC | DESCRIPTION | ARCH | SIZE | UPLOAD DATE |
+-------+-------------+--------+-------------+------+------+-------------+

初期状態ではローカルイメージは空となっています。
Ubuntu18.04とCentOS8のイメージがキャッシュされている場合は以下のように表示されます。

$ lxc image list
+-------+--------------+--------+---------------------------------------------+--------+----------+------------------------------+
| ALIAS | FINGERPRINT  | PUBLIC |                 DESCRIPTION                 |  ARCH  |   SIZE   |         UPLOAD DATE          |
+-------+--------------+--------+---------------------------------------------+--------+----------+------------------------------+
|       | 412fb387e01d | no     | ubuntu 18.04 LTS amd64 (release) (20191218) | x86_64 | 178.66MB | Dec 28, 2019 at 7:53am (UTC) |
+-------+--------------+--------+---------------------------------------------+--------+----------+------------------------------+
|       | 943be4382047 | no     | Centos 8 amd64 (20191230_07:08)             | x86_64 | 120.93MB | Dec 30, 2019 at 8:37am (UTC) |
+-------+--------------+--------+---------------------------------------------+--------+----------+------------------------------+

コンテナリストの確認

$ lxc list
+------+-------+------+------+------+-----------+
| NAME | STATE | IPV4 | IPV6 | TYPE | SNAPSHOTS |
+------+-------+------+------+------+-----------+

コンテナについても初期状態では何もない状態となっています。
コンテナが作成されている場合は以下のように表示されます。

$ lxc list
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
|     NAME     |  STATE  |        IPV4         |                     IPV6                      |    TYPE    | SNAPSHOTS |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
| centos01     | RUNNING | 10.69.34.54 (eth0)  | fd42:a4b8:6ccc:c32d:216:3eff:fe89:bd14 (eth0) | PERSISTENT | 0         |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
| driven-pony  | RUNNING | 10.69.34.73 (eth0)  | fd42:a4b8:6ccc:c32d:216:3eff:fe85:e195 (eth0) | PERSISTENT | 0         |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
| lxdtest      | RUNNING | 10.69.34.160 (eth0) | fd42:d22:519f:6bff::1 (lxdbr0)                | PERSISTENT | 0         |
|              |         | 10.4.115.1 (lxdbr0) | fd42:a4b8:6ccc:c32d:216:3eff:fefd:1329 (eth0) |            |           |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+

リモートリストの確認

イメージのダウンロード元サーバのリストを表示する場合は以下のコマンドを実行します。

$ lxc remote list
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+
|      NAME       |                   URL                    |   PROTOCOL    | AUTH TYPE | PUBLIC | STATIC |
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+
| images          | https://images.linuxcontainers.org       | simplestreams |           | YES    | NO     |
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+
| local (default) | unix://                                  | lxd           | tls       | NO     | YES    |
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+
| ubuntu          | https://cloud-images.ubuntu.com/releases | simplestreams |           | YES    | YES    |
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+
| ubuntu-daily    | https://cloud-images.ubuntu.com/daily    | simplestreams |           | YES    | YES    |
+-----------------+------------------------------------------+---------------+-----------+--------+--------+

コンテナの起動

例として、リモートの images から centos8 のイメージをダウンロードしてコンテナを起動する場合は以下のコマンドを実行します。

$ lxc launch images:centos/8 centosTEST
centosTEST を作成中
centosTEST を起動中

※初回実行時はイメージのダウンロードが発生します
コンテナ起動後にコンテナのリストを確認すると以下のようにリストに表示されています。

$ lxc list
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
|     NAME     |  STATE  |        IPV4         |                     IPV6                      |    TYPE    | SNAPSHOTS |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+
| centosTEST   | RUNNING | 10.69.34.27 (eth0)  | fd42:a4b8:6ccc:c32d:216:3eff:fecc:eb7d (eth0) | PERSISTENT | 0         |
+--------------+---------+---------------------+-----------------------------------------------+------------+-----------+

作成したコンテナ（centosTEST）にてコマンドを実行したい場合は、以下のコマンドを実行するとコンテナ（centosTEST）のCLIを表示できます。

$ lxc exec centosTEST /bin/bash
[root@centosTEST ~]#

LXDにおけるネットワーク通信について

LXDでは、仮想スイッチが作成されホストOSと各コンテナが仮想スイッチを介してネットワーク接続されます。

コンテナから外部への通信について

LXDインストール時にホストOSの仮想スイッチ側の仮想インターフェースが自動で作成され、IPアドレスも自動で設定されます（xxx.xxx.xxx.1が割り振られます）。
また各コンテナのIPアドレスについては、ホストOSの仮想インターフェースのIPアドレスと同一セグメント内のIPアドレスがコンテナ作成時に自動で割り振られます。

各コンテナのゲートウェイはホストOSの仮想スイッチ側のインターフェースとなっており、ホストOSを介して外部ネットワークと通信します。

各コンテナのIPアドレスは、ホストOSでの lxc list コマンドの出力、または当該コンテナのCLIにてLinux標準の方法で確認できます。

外部からコンテナへの通信について

ホストOSの外部からホストOS内のコンテナへ通信する場合、外部からはホストOSのIPアドレスしか見えないため、デフォルトの状態では通信できません。

外部からコンテナへ通信できるようにするためには、ホストOSにてポートフォワーディングの設定をする必要があります。

例：
外部からcentosTEST(10.69.34.27)にSSH接続をさせたい場合は、以下のように設定します。

ホストOS(10.1.10.5)のポート50005宛に受信した通信についてはコンテナcentosTEST(10.69.34.27)のポート22へ転送させる

　■設定コマンド
　　※ホストOSにて実行

$ lxc config device add centosTEST ssh proxy listen=tcp:10.1.10.5:50005 connect=tcp:10.69.34.27:22 bind=host

この設定によって、コンテナ centosTEST(10.69.34.27)にSSH接続したい場合は、ホストOS(10.1.10.5)のポート50005宛に接続すれば、接続できるということになります。

書式：
$ lxc config device add "コンテナ名" "任意の識別名" proxy listen=tcp:"ホストOSのIP":"ポート番号" connect=tcp:"コンテナのIP":"ポート番号" bind=host

対象コンテナのポートフォワーディング設定を確認したい場合は以下のコマンドを実行します。

$ lxc config device show centosTEST
ssh:
  bind: host
  connect: tcp:10.69.34.27:22
  listen: tcp:10.1.10.5:50005
  type: proxy

書式：
$ lxc config device show "コンテナ名"

―――――――――――――