DockerコンテナのThe PID 1 Problemとその解決策(NodeJS編)

Dockerでアプリケーションを構築する場合に発生するメジャーな問題である「The PID 1 Problem」とその解決策を紹介します。

見出し

1 はじめに
2 The PID 1 Problemとは？
3 tiniとは？
4 解決策
5 最後に
6 環境
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はじめに

アプリケーションをDocker化するにあたり、プロダクション用のDockerfileでは開発用のDockerfile以上にいくつか気をつける点があります。その中の一つが今回紹介する「The PID 1 Problem」の対応です。Dockerをプロダクションに適用する場合は、理解しておく必要があります。それでは、問題の内容と解決策を見ていきましょう。

The PID 1 Problemとは？

「The PID 1 Problem」とは、この記事で指摘されているDockerコンテナのPID 1に関する問題です。一般的にPID 1は「initプロセス」と呼ばれており、システムが起動した際に最初に起動するプロセスです。このinitプロセスの役割は、ゾンビプロセスの除去とサブプロセスへのシグナルの伝搬です。何の対策もせずにアプリケーションをDocker上で起動した場合、そのアプリケーションの起動プロセスがコンテナ上の最初のプロセスになってしまうため、ゾンビプロセスが残ったり、シグナルが正しく処理されないという問題が発生します。開発者として明確に困る点は、Docker化したアプリケーションが正しく停止しないことです。

tiniとは？

「tini」とは、コンテナ向けに作られたシンプルなinitプログラムです。Dockerコンテナの起動コマンドで使用することで、PID 1の本来の役割を果たし、「The PID 1 Problem」を回避できます。

解決策

それではNodeJSの簡単なDockerアプリケーションを作って、「The PID 1 Problem」を解決してみましょう。

サンプルNodeJSアプリケーションの作成

単にメッセージを返すだけのアプリケーションを作ります。

$ mkdir dockerized-app-fixed-pid1
$ cd dockerized-app-fixed-pid1/
$ yarn init -y
$ yarn add express
$ touch app.js
$ touch Dockerfile
$ touch .dockerignore

コードは以下のようにします。

app.js

const express = require('express');

const app = express();

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hey, dockerized app!');
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Dockerized app is up...');
});

Dockerfile

FROM node:12.2-alpine

ENV NODE_ENV=production

WORKDIR /node
COPY package.json yarn.lock ./
RUN mkdir app && chown -R node:node .
USER node
RUN yarn install && yarn cache clean --force

WORKDIR /node/app
COPY --chown=node:node . .

EXPOSE 3000

CMD ["node", "app.js"]

.dockerignore

node_modules/

試しにビルドして実行してみましょう。

$ docker build -t dockerized-app .
$ docker run -p 3000:3000 dockerized-app
Dockerized app is up...

動作確認してから停止します。

$ curl localhost:3000/
Hey, dockerized app!
$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED              STATUS              PORTS                    NAMES
a3b8c29a79c6        dockerized-app      "node app.js"       About a minute ago   Up 59 seconds       0.0.0.0:3000->3000/tcp   quizzical_heyrovsky
$ docker top a3b
PID                 USER                TIME                COMMAND
55419               1000                0:00                node app.js
$ docker stop a3b
$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED              STATUS                       PORTS               NAMES
a3b8c29a79c6        dockerized-app      "node app.js"       About a minute ago   Exited (137) 4 seconds ago                       quizzical_heyrovsky
$ docker rm a3b

注目点として、このコンテナはControl+Cやdocker stopで停止しようとしてもすぐに停止することはなく、正しい停止処理で失敗して強制終了する形で停止しています。

補足として、NodeJSにおけるExit Codeの見方ですが、公式サイトのExit Codeのページを見ると書かれています。つまり、NodeJSのSignal ExitはUnixのSignal Numberに128を足した数字になります。上記の場合は、Exit Codeは「137」なので、128+9ということであり、「9」は「SIGKILL」のシグナルを示しているので、強制終了されていることが分かります。

--initによる対応(一時的な起動)

Dockerの「--init」オプションと使うことでDockerに同封されているinitプロセスを有効にできます。開発環境など一時的にこの問題を解決したい場合に適しています。

それではこのオプションを付けて起動します。

$ docker run --init -p 3000:3000 dockerized-app
Dockerized app is up...

停止します。

$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS                    NAM
ES
200687bc9992        dockerized-app      "node app.js"       38 seconds ago      Up 37 seconds       0.0.0.0:3000->3000/tcp   vig
ilant_hofstadter
$ docker top 200
PID                 USER                TIME                COMMAND
55642               1000                0:00                /dev/init -- node app.js
55677               1000                0:00                node app.js
$ docker stop 200
$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS                       PORTS               NAMES
200687bc9992        dockerized-app      "node app.js"       54 seconds ago      Exited (143) 7 seconds ago                       vigilant_hofstadter
$ docker rm 200

停止はすばやく実行され、Exit Code「143」(128+15なので「SIGTERM」)で正常に終了しています。

tiniによる対応(永続的な起動)

「tini」をDockerfile上に追加することでプロダクション用にこの問題を解決できます。今回はtiniの「-e」オプションを使い、Exit Code「143」を「0」にマップすることにします。

Dockerfile

FROM node:12.2-alpine

ENV NODE_ENV=production

RUN apk add --no-cache tini

WORKDIR /node
COPY package.json yarn.lock ./
RUN mkdir app && chown -R node:node .
USER node
RUN yarn install && yarn cache clean --force

WORKDIR /node/app
COPY --chown=node:node . .

EXPOSE 3000

ENTRYPOINT ["/sbin/tini", "-e", "143", "--"]
CMD ["node", "app.js"]

それでは変更したDockerfileでビルドして起動します。

$ docker build -t dockerized-app .
$ docker run -p 3000:3000 dockerized-app
Dockerized app is up...

停止します。

$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                  
  NAMES
c7ebb0d93ce7        dockerized-app      "/sbin/tini -e 143 -…"   10 seconds ago      Up 9 seconds        0.0.0.0:3000->3000/tcp 
  cocky_haslett
$ docker top c7e
PID                 USER                TIME                COMMAND
55904               1000                0:00                /sbin/tini -e 143 -- node app.js
55938               1000                0:00                node app.js
$ docker stop c7e
$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS                     PORTS               NAMES
c7ebb0d93ce7        dockerized-app      "/sbin/tini -e 143 -…"   36 seconds ago      Exited (0) 5 seconds ago                       cocky_haslett

Exit Code「0」で想定通りに終了しています。

最後に

いかがでしたか？これでDockerコンテナのメジャーな問題である「The PID 1 Problem」を解決できるようになったと思います。プロダクションでDockerを適用する際は注意しましょう。それでは。

環境

Docker: 18.09.2
NodeJS: v12.2.0
Yarn: 1.16.0

この記事を書いた人
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Keid

カナダを拠点に活躍する（予定の）フルスタックWebデベロッパー。大学でコンピュータサイエンスを真面目に学び、日本の大手IT企業に就職後、日本のIT業界のスピードの遅さに落胆し、海外への挑戦を決意。海外に行きたくても英語ができなかっため、フィリピン留学およびカナダ留学を経て強制的に英語を上達させた。このブログでは海外に挑戦したいエンジニアやデザイナーに少しでも有益な情報を提供していきたいと思う。（写真は旅行先のラスベガス）