HPC 向けコンテナー実行環境を、安全かつ再現性高く運用

Docker は、Web アプリケーションやクラウド環境で広く利用されるコンテナー技術です。Apptainer は、HPC や研究計算などの共有環境で、既存のユーザー権限やファイル環境を活かしながらアプリケーションを実行しやすい設計です。

SIF は、Apptainer で利用される単一ファイル形式のコンテナー イメージです。 コンテナーを 1 つのファイルとして扱えるため、共有・保管・配布しやすく、暗号キーによる検証にも対応します。

はい。Apptainer は、Slurm や PBS などのワークロード マネージャーを利用する環境でも、 コンテナー化されたジョブを実行しやすい設計です。

Apptainer は、管理者権限に依存しにくい実行方式、HPC 環境との統合性、 ポータブルで再現性のある実行環境により、研究・解析ワークロードで利用しやすいコンテナー システムです。

Message Passing Interface (MPI) は HPC の基盤技術であり、Apptainer は MPI とネイティブに連携するよう設計されています。コンテナー化された MPI プロセスは、ホスト システム上の MPI フレームワークか、PMI (Process Management Interface) 標準をサポートする Slurm などのツールを通じて起動できます。これにより、ホストに MPI をインストールせずに、完全にコンテナー化された MPI プログラムを実行可能です。

多くのオーケストレーション ツールは OCI 準拠のコンテナー向けに作られているため連携は可能ですが、HPC コミュニティでは近年「サービスベース」ではなく「ジョブベース」のコンテナー オーケストレーションの需要が高まっています。CIQ では、この新たなニーズを満たすために Fuzzball というジョブベースのオーケストレーション プラットフォームを開発しています。

Apptainer は HPC ワークフローに最適化するため、コンテナーの「分離」を最小限に抑えています。コンテナー内でも外部と同じユーザーとして実行され、デフォルトでホーム ディレクトリや tmp にアクセス可能です。ホストのネットワークやプロセス間通信も透過的に利用できるため、直感的にデータを扱うことができます。

Apptainer はデフォルトでネットワークを分離せず、「分離よりも統合」の原則に従います。そのため、コンテナー内のプロセスは、ホスト上で実行されているかのようにすべてのポートにアクセスできます。追加の構成なしでネットワークを利用できるため、HPC ユーザーにとって非常に便利です。

最新のシステムでは、Apptainer は昇格された権限なしで実行されるため、ネストされたコンテナーを比較的簡単に実行できます。ただし、Apptainer はデフォルトで suid ビットの実行可能ファイルを許可しないため、これに依存するコンテナー ランタイムは動作しません。オプションを構成することで Apptainer 内で Podman を実行することも可能です。

仮想マシン (VM) はハイパーバイザー上で動作し専用の OS を実行するため、柔軟性が高い一方で処理が重くなります。一方、コンテナーはハードウェアを仮想化せず、ホスト OS のカーネルを共有するため非常に軽量で高速に動作します。