tamo's blog

軽量Dockerコンテナ上でC言語プログラミング環境を構築してみる

March 15, 2024

初めてC言語に触れたのは大学時代、そして本格的に使い始めたのは社会人になってからで、その頃、1990年初め頃、C言語の開発環境といえば、Borand C/C++、Turbo C、Visual C/C++ などがありましたが、どれも有償で結構したので、若い自分にとっては、個人で買うのは厳しい時代でした。

そんな中でも、「LSIC-86 試食版」はフロッピーディスク1枚に収まるサイズで軽く、しかも無償、C言語の基礎を覚えるにはちょうど良いコンパイラでした。

それから、FreeBSD、Linuxなどで gcc を触れるようになり、今に至るのですが、Windows でC言語環境を整えようと思ったら、ちょっと前までは、Cygwin、MSYS2＋Vagrant、あと、VirualBoxとかでLinuxの仮想マシンを準備したりして、やっていましたが、今は、WSL2 (Windows Subsystem for Linux) という立派な環境があるので、開発環境としては恵まれております。

今回は、あえてそのWSL2は使用せずに、Docker Desktop for Windows だけを使って、PowerShellやVSCode上でDockerコンテナを起動して、そのコンテナを利用してC言語の開発環境を構築してみようという内容です。

環境について

今回使用した、PowerShell のバージョンです。

PowerShell 7.4.1
PS C:\Users\hogeta> $PSVersionTable

Name                           Value
---- -----
PSVersion                      7.4.1
PSEdition                      Core
:

PowerShell から、Docker の環境を確認します。 Docker 環境は、Docker Desktop を使用しています。

PS C:\Users\hogeta> docker version
Client:
 Cloud integration: v1.0.35+desktop.11
 Version:           25.0.3
 API version:       1.44
 Go version:        go1.21.6
 Git commit:        4debf41
 Built:             Tue Feb  6 21:13:02 2024
 OS/Arch:           windows/amd64
 Context:           default

Server: Docker Desktop 4.28.0 (139021)
 Engine:
  Version:          25.0.3
  API version:      1.44 (minimum version 1.24)
  :

基本的には、PowerShell から Docker が利用できさえすれば問題ありません。

Dockerイメージのビルド

作業用ディレクトリの作成

PowerShell を起動し、DockerfileやCのソースファイルを格納するための作業ディレクトリを作成（ここでは、例として「test_alpine」としています。）し、そのディレクトリに移動します。

PS C:\Users\hogeta> mkdir test_alpine
PS C:\Users\hogeta> cd test_alpine
PS C:\Users\hogeta\test_alpine>

Dockerfileの作成

上で作成した作業ディレクトリ「test_alpine」上に、Dockerfile を作成します。 PowerShell (Windows) でも、touch コマンドが使えれば良いのですが。。。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> touch Dockerfile
touch: The term 'touch' is not recognized as a name of a cmdlet, function, script file, or executable program.
Check the spelling of the name, or if a path was included, verify that the path is correct and try again.

PowerShell の場合は、New-Item コマンドがそれに該当するようです。

【参考】 PowerShellでtouchができない！代替コマンドとおすすめ解決法 - まいまいテックブログ

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> New-Item Dockerfile

空のファイルができたら、それをメモ帳（notepad.exe）などのエディタで編集します。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> notepad Dockerfile

空のファイルを作らずに、最初から「notepad Dockerfile」で行っても良いのですが、そうするとメモ帳で編集して保存するときに、ファイル名に拡張子「.txt」が付加され、「Dockerfile.txt」というファイル名になってしまいます。その場合は、「ren」コマンドを使って、「ren Dockerfile.txt Dockerfile」のようにファイル名の変更処理が必要になります。

それでは、今回の肝である Dockerfile の内容です。

Dockerfile

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FROM alpine
ARG UID USER
RUN apk add --no-cache bash gcc libc-dev vim

RUN addgroup -g $UID $USER && \
    adduser -u $UID -s /bin/bash -D -S $USER -G $USER
WORKDIR "/home/$USER"
COPY . .
RUN chown -R $USER:$USER .
USER $USER
ENTRYPOINT ["/bin/bash"]

それぞれ、各行についての説明を以下に記載します。

  • FROM alpine … Dockerベースイメージは、超軽量Linuxディストリビューションといわれている Alpine Linux を指定します。
  • ARG UID USER … このDockerfile内で使用する変数ですが、こちらは、「docker build」コマンド実行の際に、「--build-arg UID=1000 --build-arg USER=hogeta」のような形で指定して、それぞれ変数に読み込ませることができるようになります
  • RUN apk add --no-cache bash gcc libc-dev vim … C言語開発に必要な gcc と libc-dev、そして vim と bash のパッケージだけをインストールします
  • RUN addgroup ... adduser ... … ビルド時に指定した UID と USER の値を元にユーザを作成します
  • WORKDIR "/home/$USER" … コンテナ起動時のディレクトリは、そのユーザのホームディレクトリとします。
  • COPY . . … ホスト側の作業ディレクトリ「test_alpine」の中のファイルを、コンテナ内のホームディレクトリにコピーします
  • RUN chown -R $USER:$USER . … 上でコピーしたファイルの所有者は root になってしまっているので、ここで、所有者 USER で指定したユーザに変更します
  • USER $USER … このコンテナは、USER で指定したユーザで起動します
  • ENTRYPOINT ["/bin/bash"] … コンテナを起動したら bash が動くようにします

メモ帳で上書き保存したら、次はいよいよDockerイメージのビルドです。

Dockerイメージのビルド

Dockerイメージのビルドは、次のコマンドになります。「--buil-arg」オプションにて、ここでは、UID にユーザIDとして一般的な「1000」、USER にユーザ名「hogeta」を指定しています。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker build -t test_alpine --build-arg UID=1000 --build-arg USER=hogeta .

実際に、実行すると次のような画面になります。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker build -t test_alpine --build-arg UID=1000 --build-arg USER=hogeta .
[+] Building 8.2s (12/12) FINISHED                                                docker:default
 => [internal] load build definition from Dockerfile                                        0.0s
 => => transferring dockerfile: 304B                                                        0.0s
 => [internal] load metadata for docker.io/library/alpine:latest                            8.0s
:
View build details: docker-desktop://dashboard/build/default/default/vpzll4gwxrfkhkkuul4frsd8j

What's Next?
  View a summary of image vulnerabilities and recommendations → docker scout quickview

完了したら、実際に作成されたイメージを確認してみます。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker images
REPOSITORY          TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
test_alpine         latest    1f7f5131dd50   33 minutes ago   192MB
:

今回作成したDockerイメージのサイズは 192MB 程です。

コンテナの作成と起動

では、作成したDockerイメージ「test_alpine」をもとに、コンテナの作成及び起動を試みます。 結果的には、次のようなコマンドになります。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker run --rm -it --name test-shell --mount "type=bind,source=$(pwd),target=/home/hogeta" test_alpine

基本は、対象となるDockerイメージを引数に指定して、「docker run --rm -it test_alpine」とすればよいです。この時、「--rm」オプションで、コンテナ終了時にコンテナを削除、「-it」オプションで、対話モードでコンテナを起動します。

そして、もう一つのオプション「--mount」の部分

--mount "type=bind,source=$(pwd),target=/home/hogeta"

ですが、ここでは、

  • バインド元 (source) として、ホスト側の C:\Users\hogeta\test-alpine
  • バインド先 (target) として、コンテナ側の /home/hogeta

にてバウンドマウントを指定しています。ここは、それぞれ物理パスでの指定になります。 PowerShellにて、$(pwd) と指定すると、現在のカレントディレクトリの物理パスを返すようです。

【参考】 バインド マウント(bind mount) の使用 — Docker-docs-ja 24.0 ドキュメント

これにより、コンテナ内で作成したCソースファイルやコンパイル結果などのファイルは、マウントしたホスト側の C:\Users\hogeta\test_alpine に作成されることになりますので、コンテナを終了及び削除したとしても、そのままホスト上に残ることになります。

では、実際に実行してみます。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker run --rm -it --name test-shell --mount "type=bind,source=$(pwd),target=/home/hogeta" test_alpine
2cb24bf8bf7e:~$

Bashのプロンプト「$」が表示され、コンテナ内に入ったことがわかります。

では、さっそく「pwd」コマンドで現在のディレクトリを確認します。

2cb24bf8bf7e:~$ pwd
/home/hogeta

次に、「ls」コマンドでカレントディレクトリの内容を見てみます。

2cb24bf8bf7e:~$ ls -al
total 8
drwxrwxrwx    1 root     root       512 Mar 15 03:34 .
drwxr-xr-x    1 root     root      4096 Mar 15 03:27 ..
-rw-------    1 hogeta   hogeta      22 Mar 15 03:30 .bash_history
-rwxrwxrwx    1 root     root       265 Mar 15 03:26 Dockerfile

次に、「id」コマンドでユーザID等の情報を確認します。

2cb24bf8bf7e:~$ id
uid=1000(hogeta) gid=1000(hogeta) groups=1000(hogeta)

次に、「touch」コマンドでファイル（ここでは、「hello.c」）を作成し、その後「ls」コマンドで確認します。作成したファイルの所有者がユーザ hogeta であることが確認できます。

2cb24bf8bf7e:~$ touch hello.c
2cb24bf8bf7e:~$ ls -l
total 0
-rwxrwxrwx    1 root     root       265 Mar 15 03:26 Dockerfile
-rw-r--r--    1 hogeta   hogeta       0 Mar 15 03:36 hello.c

ちょっとここで、コンテナ内ではなく、別のウィンドウでPowerShellを起動して、test-alpine ディレクトリの内容を確認してみます。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> dir

    Directory: C:\Users\hogeta\test_alpine

Mode  LastWriteTime       Length Name
----  -------------       ------ ----
-a--- 2024/03/15    12:30     22 .bash_history
-a--- 2024/03/15    12:26    265 Dockerfile
-a--- 2024/03/15    12:36      0 hello.c

コンテナと同様に、ファイル「hello.c」があることがわかりますが、ファイル作成時間が9時間程ずれているのがわかります。

それは、コンテナ内で「date」コマンドを実行してみるとわかりますが、タイムゾーンが UTC（世界標準時）になっているからです。タイムゾーンを変更する方法もありますが、今回は、これでも別に支障はありません。

2cb24bf8bf7e:~$ date
Fri Mar 15 03:38:13 UTC 2024

Cソースファイル作成とコンパイル

では、Vimを使って、Cソースファイル「hello.c」を編集します。

2cb24bf8bf7e:~$ vim hello.c

簡単に、Hello World プログラムです。

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#include <stdio.h>

int main(void){
    printf("Hello world!\n");
    printf("こんにちは、世界！\n");

    return 0;
}

画面スクショで観るとこんな感じ。

ちゃんとシンタックスハイライトされています。

それでは、gccコマンドを使用して、コンパイル（ビルド）し、生成された実行ファイルを実行してみます。

2cb24bf8bf7e:~$ gcc -o hello hello.c
2cb24bf8bf7e:~$ ./hello
Hello world!
こんにちは、世界！

無事に、ビルドされ実行できました！

ディレクトリの内容は次のとおり。実行形式ファイル「hello」が生成されているのが確認できます。

2cb24bf8bf7e:~$ ls -l
total 20
-rwxrwxrwx    1 root     root        265 Mar 15 03:26 Dockerfile
-rwxr-xr-x    1 hogeta   hogeta    18472 Mar 15 03:42 hello
-rw-r--r--    1 hogeta   hogeta      120 Mar 15 03:41 hello.c

コンテナの終了は「exit」コマンドです。

2cb24bf8bf7e:~$ exit
exit
PS C:\Users\hogeta\test_alpine>

コンテナが起動しているか否かは、「docker ps -a」コマンドで確認できます。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND   CREATED   STATUS    PORTS     NAMES

コンテナがきれいさっぱり削除されているのがわかります。

では、ホスト側に戻りましたので、「dir」コマンドにて、現在のディレクトリの内容を確認します。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> dir

    Directory: C:\Users\hogeta\test_alpine

Mode  LastWriteTime        Length Name
----  -------------        ------ ----
-a--- 2024/03/15    12:43     144 .bash_history
-a--- 2024/03/15    12:41     781 .viminfo
-a--- 2024/03/15    12:26     265 Dockerfile
-a--- 2024/03/15    12:42   18472 hello
-a--- 2024/03/15    12:41     120 hello.c

コンテナの中身と変わらないです。もちろん、Cソースファイルも次のようにメモ帳で編集することも可能です。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> notepad hello.c

メモ帳で編集したCソースファイルを、コンテナ上でコンパイル（ビルド）することも可能です。

2ae99a56354d:~$ gcc -o hello hello.c
2ae99a56354d:~$ ./hello
Hello world!
こんにちは、世界！

おやすみ～

もし、VSCode (Visual Studio Code) がインストール済みであれば、PowerShell上で次のように実行すれば、VSCodeが起動します。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> code .

VSCode内のターミナルにて、コンテナ起動（docker run --rm -it ...）すれば、ソースファイルも編集しやすく、コンパイル結果も一つの画面で確認でき使いやすいと思います。

後片付け

Dockerイメージが不要でしたら、「docker rmi」コマンドでDockerイメージを指定して削除することが可能です。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker rmi test_alpine
Untagged: test_alpine:latest
Deleted: sha256:ce5e5208b6131178c05b1a8cc279f19e4c09ea8bf8825876380973b78c0171d5

もし、こんな感じで表示され、エラーになってしまったら。。。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker rmi test_alpine
Error response from daemon: conflict: unable to remove repository reference "test_alpine" (must force) - container 4b5ca9752fa6 is using its referenced image ce5e5208b613

これは、コンテナがまだ動いている状態ですので、「docker ps -a」コマンドで確認してみましょう。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE         COMMAND       CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
4b5ca9752fa6   test_alpine   "/bin/bash"   6 minutes ago   Up 6 minutes             test-shell

コンテナが動いていることがわかります。動いているコンテナの停止は「docker stop」コマンドです。

PS C:\Users\hogeta\test_alpine> docker stop test-shell
test-shell

これでコンテナが削除されたので、Dockerイメージも削除可能です。 もし、「docker stop」でも削除できなかった場合は、「docker rm <コンテナID>」でコンテナを削除します。

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