الآلات الافتراضية مقابل الحاويات: مقارنة شاملة

تُعد الآلات الافتراضية والحاويات طريقتين لنشر بيئات تنفيذ متعددة على منصة واحدة.

تتيح هاتان التقنيتان إنشاء بيئة افتراضية سهلة، مصممة وفقًا للبنية التحتية المادية، مما يتيح للمستخدم تحسين الموارد بشكل أكبر.

تستكشف هذه المقالة أوجه التشابه والاختلاف بينهما. كما تتناول مزاياهما وعيوبهما في حالات استخدام مختلفة، لتمنحك فكرة أفضل عن كيفية ومتى يمكنك الاستفادة من كل منهما على النحو الأمثل.

المشرفون الافتراضيون ومحركات الحاويات

بدأت العديد من مواقع الويب وتطبيقات الإنترنت حياتها في بيئة استضافة مشتركة، حيث يتشارك تطبيقان أو أكثر جميع موارد خادم فعلي. وقد رافق ذلك مشاكل، إذ كان بإمكان تطبيق مُخترق واحد أن يؤثر على بقية التطبيقات، من حيث الأمان والأداء. كان الحل الأسهل آنذاك هو تشغيل خادم مخصص، والذي كان للأسف مصحوبًا بتكاليف أعلى.

ظهرت فكرة المحاكاة الافتراضية لحل هذه المشاكل. أولاً، مكّنت برامج التشغيل الافتراضية الخادم المادي من استضافة أكثر من خادم افتراضي واحد - اعتمادًا على عدد وحدات المعالجة المركزية والذاكرة العشوائية التي يحتوي عليها. وهذا يسمح للتطبيقات أو مواقع الويب أو العملاء المختلفة بالعمل في بيئات معزولة بتكلفة أقل دون الحاجة إلى خادم مادي مخصص.

ظهرت الحاويات أيضًا لتقليل التكاليف بشكل أكبر ومعالجة العديد من المشكلات التي يواجهها المطورون مع الآلات الافتراضية. توجد كلتا التقنيتين جنبًا إلى جنب اليوم، ولكل منهما نقاط قوة ونقاط ضعف.

ما هي الآلة الافتراضية؟

الآلات الافتراضية أو VMs هي شكل من أشكال بيئة تنفيذ الكمبيوتر الافتراضية التي تحاكي النظام المادي. تستخدم الآلة الافتراضية برنامجًا متخصصًا يسمى هبرفيسر الحصول على إمكانية الوصول إلى موارد محددة على البنية التحتية المادية التي تمكنها من العمل كنظام تشغيل مستقل.

يُطلق على نظام تشغيل الآلة الافتراضية اسم نظام التشغيل الضيف، بينما يُطلق على نظام التشغيل على الخادم المادي اسم نظام التشغيل المضيف. يمكن لنظام التشغيل المضيف استضافة عدة نسخ من نظام التشغيل الضيف، اعتمادًا على مقدار الذاكرة ونوى وحدة المعالجة المركزية والتخزين الذي يحتوي عليه.

إيجابيات وسلبيات الآلات الافتراضية

الايجابيات

• عزل: الآلة الافتراضية هي بيئة معزولة للغاية يمكنك استخدامها للعديد من الاستخدامات. أي شيء يحدث داخلها لن يؤثر على الآلات الافتراضية الأخرى والعكس صحيح. والسبب هو أن كل آلة افتراضية تعمل على خيط وحدة معالجة مركزية مخصص واحد أو أكثر.
• تحسين الأجهزة:تتيح الآلات الافتراضية للمستخدمين تشغيل العديد من أنظمة التشغيل على خادم أجهزة واحد. وتؤدي هذه القدرة إلى توفير التكاليف.
• اللقطات والتراجعات:يمكنك التقاط حالة تنفيذ الجهاز الظاهري في أي وقت. تسمى هذه العملية "لقطة سريعة" والتراجع هو ببساطة وظيفة تعيد الجهاز الظاهري إلى حالة التنفيذ هذه بالضبط.
• المرونة:يمكنك توسيع نطاق أجهزة VM أو تقليصها ونقلها بسهولة، مما يجعلها منصة مثالية لتطوير التطبيقات واختبارها.

سلبيات

• قابلية محدودة للتوسع: على الرغم من أنه يمكنك توسيع نطاق الآلات الافتراضية، إلا أنها ليست سهلة التوسع مثل الحاويات.
• تعقيدتتطلب الآلات الافتراضية المزيد من النفقات العامة للإدارة، مثل التحديثات والمراقبة، وقد يؤدي هذا إلى حدوث مشكلات في عمليات النشر واسعة النطاق.
• الترخيص:قد يؤدي تشغيل العديد من الأجهزة الافتراضية إلى تكاليف الترخيص.

ما هي الحاوية؟

الحاوية هي أيضًا تقنية افتراضية تسمح للمستخدم بإنشاء بيئات تنفيذ معزولة وصيانتها على نظام مادي، دون الاعتماد على المشرف الافتراضي للنظام أو الوصول المباشر إلى وحدة المعالجة المركزية والموارد الأخرى.

يتم إنشاء الحاوية عند تنفيذ محتويات ملف البيانات. يُطلق على هذا الملف اسم صورة الحاوية ويتضمن جميع المكتبات التي يلزم تثبيتها على نظام التشغيل المضيف لإنشاء الحاوية المطلوبة.

تتميز الحاويات بخفة وزنها وتوفر بيئة متسقة وقابلة للحمل، مما يجعلها مفيدة للغاية لتطوير البرمجيات الحديثة. كما يمكن تشغيلها جنبًا إلى جنب على نفس الجهاز، وفقًا لما تسمح به مواصفات الأجهزة.

إيجابيات وسلبيات الحاويات

الايجابيات

• بيئة متسقة: محتويات الحاوية ثابتة ودقيقة. وهذا يعني أنها ستنتج دائمًا نفس بيئة التنفيذ عند تشغيلها.
• الكفاءة مع الموارد: تستخدم الحاويات الموارد التي تحتاجها فقط. لا تحتاج إلى تحديد وحدات المعالجة المركزية أو تخصيص الذاكرة مسبقًا. وهذا يسمح أيضًا بتجميع المزيد من الحاويات معًا.
• الانتشار السريع: تعتبر الحاويات خفيفة الوزن وسريعة النشر، وغالبًا ما تحتاج إلى بضع ثوانٍ فقط لبدء العمل.
• عزل: الحاوية هي بيئة تنفيذ معزولة. ورغم أنها ليست معزولة مثل الآلات الافتراضية، إلا أنها لا تزال الحل الأفضل لتشغيل الخدمات المصغرة التي تركز على أداء مهمة واحدة فقط وأدائها بشكل جيد.

سلبيات

• دعم التطبيقات القديمة المحدودة: إذا كنت تتعامل مع تطبيق يحتاج إلى ميزات محددة من نظام التشغيل أو الأجهزة، فقد لا تكون الحاوية هي الحل الأفضل لك.
• البيانات المؤقتة: يتم تدمير كل شيء يتعلق بالحاويات عند تدمير الحاوية، بما في ذلك البيانات. ومع ذلك، توجد طرق للحصول على بيانات دائمة باستخدام الحاويات.
• اعتماد النواة: يتم تشغيل محركات الحاويات على نظام تشغيل مضيف، مما يحد من ما يمكنك القيام به في البيئة.

الفرق بين الآلات الافتراضية والحاويات

	الأجهزة الظاهرية	حاويات
معمار	يتضمن نظام التشغيل مع المكتبات	يتضمن المكتبات المطلوبة فقط
حجم الصورة	10 - 150 GB	5 - 600 ميغابايت
العزلة والأمن	معزولة وآمنة نسبيًا	معزولة وآمنة للغاية
وقت النشر والبدء	1-3 دقائق في المتوسط	1-3 ثواني في المتوسط
استخدام الموارد	متوسط	مرتفع
التكلفة	أكثر	منخفض
تزامن	حسنا	كفاءة عالية
استخدم حالات	العزلة، الأنظمة القديمة، واجهة المستخدم الرسومية	الخدمات الصغيرة، DevOps، التوسع

• معمار:تم تصميم الآلات الافتراضية لتشغيل أنظمة تشغيل متعددة جنبًا إلى جنب. كل نظام تشغيل معزول تمامًا ويتم تخصيص كمية ثابتة من الموارد له. من ناحية أخرى، تعمل الحاويات على نفس نظام التشغيل ولكن في بيئات افتراضية مختلفة. تتضمن كل حاوية فقط المكتبات التي تحتاجها وتشارك موارد الأجهزة المتاحة مع الآخرين.
• حجم الصورة:أصغر صورة للحاوية هي ملف Docker بحجم 4.8 ميجا بايت، ويصل حجمه إلى 2 ميجا بايت عند ضغطه. يبلغ متوسط ​​حجم معظم ملفات الحاويات بضع مئات من الميجابايت، ويبلغ حجم أكبرها حوالي 700 ميجا بايت. من ناحية أخرى، تبدأ الآلات الافتراضية من حوالي 10 جيجابايت ويمكن أن تصل إلى 150 جيجابايت في الحجم.
• العزلة والأمن:تعمل الآلات الافتراضية على خيوط وحدة المعالجة المركزية الخاصة بها وتصل إلى منطقة مقيدة من ذاكرة الوصول العشوائي الفعلية. وهذا يجعلها أقل عرضة للهجمات، سواء من الداخل أو الخارج. من ناحية أخرى، تشترك الحاويات في نظام التشغيل وهذا يجعلها أكثر عرضة للهجمات، بغض النظر عن تنفيذاتها الأمنية.
• وقت النشر والبدء:نظرًا لحجم البيانات المطلوب تحميلها وتثبيتها والذي يصل إلى ميغا بايت في الغالب، وعدم الحاجة إلى تشغيل النظام من الأقراص، فإن الحاويات تتفوق على الآلات الافتراضية من حيث السرعة. تحتاج الحاوية النموذجية إلى بضع ثوانٍ فقط للنشر، بينما تحتاج الآلة الافتراضية إلى دقائق.
• استخدام الموارد والتكاليف:تتمتع الآلات الافتراضية بكثافة أقل لكل خادم فعلي لأن كل آلة افتراضية تتطلب موارد محددة من وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي والتخزين. تعتمد كثافة الحاويات على النظام على استخدامها التراكمي للموارد.
• تزامن:يمكن تنظيم كلا النظامين باستخدام التطبيقات المناسبة. يعد Docker Swarm وKubernetes من الأنظمة الشائعة للحاويات، بينما يمكن أيضًا تنظيم الأجهزة الافتراضية باستخدام حلول Kubernetes.

ما هو الحل المناسب لك؟

بعد أن رأيت الاختلافات بين الحاويات والآلات الافتراضية، يجب أن تدرك أيضًا أن كل نظام لديه سيناريوهات يعمل فيها بأفضل شكل. لذا، فيما يلي قائمة بمتى يجب استخدام الحاويات ومتى يجب استخدام الآلات الافتراضية.

متى تستخدم الحاويات

• الخدمات الصغيرة:إذا كنت تستخدم بنية تطبيق موزعة، حيث تم تصميم أجزائها المختلفة للعمل بشكل مستقل كخدمات صغيرة، فمن المحتمل أن تكون الحاوية هي الطريقة الأفضل.
• السيطرة على البيئة: تُعد الحاويات أيضًا مثالية للمواقف التي تحتاج فيها إلى التحكم المطلق في البيئة، حيث تحتوي كل صورة حاوية على بيئة تنفيذ دقيقة وقابلة للتكرار بنسبة 100%.
• الانتشار السريع:يمكن تحميل الحاويات بسرعة تصل إلى بضع ثوانٍ فقط، مما يجعلها التكنولوجيا المثالية لنشر التطبيقات بسرعة عند الطلب. ويشمل ذلك اختبار البرامج، وتنظيمها، وتوسيع نطاق أنظمة الإنتاج.
• كفاءة استخدام الموارد:يمكن للحاويات تعظيم موارد الأجهزة الخاصة بالجهاز بشكل أفضل بسبب تصميمها، حيث تتمتع كل حاوية بالمرونة في استخدام وحدة المعالجة المركزية والذاكرة.
• القياس الأفقي والرأسي:تعمل الحاويات بشكل جيد في كل من مواقف التوسع الأفقي والرأسي. التوسع الأفقي هو إطلاق المزيد من الحاويات ببساطة للتعامل مع تدفقات العمل الأعلى، بينما التوسع الرأسي هو زيادة تخصيصات وحدة المعالجة المركزية والذاكرة للحاوية أو مجموعة الحاويات المعينة.

متى تستخدم الآلات الافتراضية

• عزل قوي للتطبيق:تُعد الآلة الافتراضية حلاً جيدًا عندما تحتاج إلى تنفيذ التعليمات البرمجية في بيئة معزولة تمامًا عن العمليات الأخرى. على سبيل المثال، تشغيل برنامج مصاب على الأرجح ببرامج ضارة.
• GUI:قد تكون الآلة الافتراضية هي الحل المناسب عندما تحتاج إلى تشغيل تطبيق يتفاعل من خلال واجهة مستخدم رسومية.
• تحجيم عمودي:يمكنك بسهولة توسيع نطاق تطبيقات VM عموديًا عن طريق زيادة تخصيص وحدة المعالجة المركزية والذاكرة من برنامج المحاكاة الافتراضية.
• الوصول على مستوى الأجهزة:تعتبر الآلات الافتراضية أيضًا رائعة للتطبيقات التي تتطلب موارد مكثفة أو التي تحتاج إلى الوصول المباشر إلى وحدة المعالجة المركزية أو تكوينات أجهزة محددة.
• التطبيقات القديمة:تعتمد بعض التطبيقات على مكتبات أو موارد نظام تشغيل معينة. لذا، من الأفضل تنفيذها في البيئة التي تحتاجها بالضبط.

قائمة أدوات الآلات الافتراضية والحاويات

هناك العديد من الأدوات والحلول المتاحة لإنشاء وإدارة الآلات والحاويات الافتراضية. لذا، إليك قائمة سريعة بالأدوات والحلول الأكثر شيوعًا.

• Oracle VirtualBox:مدير الآلة الافتراضية مجاني ومفتوح المصدر
• عامل في حوض السفن:إنشاء وإدارة الحاويات مفتوحة المصدر
• Kubernetes:نظام تنسيق الحاويات مفتوح المصدر
• كونتيند:وقت تشغيل الحاوية للمستخدمين المتقدمين
• برنامج VMware Workstation:تشغيل الآلات الافتراضية على Linux وWindows
• مايكروسوفت هايبر- V:تشغيل الآلات الافتراضية على نظام التشغيل Windows
• ريد هات أوبنشيفت:منصة إدارة الحوسبة السحابية والافتراضية على مستوى المؤسسة
• بدوي:لإدارة التنسيق
• أباتشي ميسوس:مدير مجموعة مفتوح المصدر
• عجال:لإدارة مجموعات Kubernetes المتعددة
• سحابة جوجل:محرك Kubernetes من Google
• AWS:خدمات الويب من أمازون، بما في ذلك الخدمات الخالية من الخوادم فارجيت مدير الحاويات

الأسئلة الشائعة

فيما يلي بعض الأسئلة الشائعة المتعلقة بالآلات الافتراضية السحابية والتطبيقات المحفوظة في حاويات.

الخاتمة

لقد وصلنا إلى نهاية مقارنة الآلات الافتراضية والحاويات السحابية. وكما رأيت، فإن كلتا التقنيتين مفيدتان لنشر وإدارة التطبيقات في السحابة.

ومع ذلك، فإن اختيارك بين الاثنين سيعتمد دائمًا على احتياجاتك. في أي وقت، قد يكون من الأفضل استخدام آلة افتراضية أو نهج الحاويات أو كليهما.