Virtuelle Maschinen vs. Container: Ein umfassender Vergleich

Virtuelle Maschinen und Containerisierung sind zwei Ansätze zur Bereitstellung mehrerer Ausführungsumgebungen auf einer einzigen Plattform.

Diese beiden Technologien machen es einfach, eine virtuelle Umgebung zu erstellen, die der physischen Infrastruktur nachempfunden ist, wodurch der Benutzer seine Ressourcen weiter optimieren kann.

In diesem Artikel werden ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede untersucht. Außerdem werden ihre Vor- und Nachteile in verschiedenen Anwendungsfällen untersucht, um Ihnen eine bessere Vorstellung davon zu geben, wie und wann Sie die einzelnen Anwendungsfälle am besten nutzen können.

Hypervisoren und Container-Engines

Viele Websites und Internetanwendungen wurden in einer Shared-Hosting-Umgebung ins Leben gerufen, in der zwei oder mehr Anwendungen alle Ressourcen eines physischen Servers gemeinsam nutzten. Dies war mit Problemen verbunden, da sich eine kompromittierte Anwendung auf beide auswirken konnte Sicherheitdienst und Leistung. Die einfachste Lösung bestand damals darin, einen dedizierten Server zu betreiben, was leider mit höheren Kosten verbunden war.

Um diese Probleme zu lösen, wurde die Virtualisierung eingeführt. Erstens ermöglichten Hypervisoren einem physischen Server, mehr als einen virtuellen Server zu hosten – je nachdem, wie viele CPUs und RAM er hat. Dadurch können verschiedene Anwendungen, Websites oder Clients kostengünstiger in ihren isolierten Umgebungen ausgeführt werden, ohne dass ein dedizierter physischer Server erforderlich ist.

Container wurden gleichermaßen entwickelt, um die Kosten weiter zu senken und die vielen Probleme zu lösen, mit denen Entwickler bei virtuellen Maschinen konfrontiert waren. Beide Technologien existieren heute nebeneinander, wobei jede ihre Stärken und Schwächen hat.

Was ist eine virtuelle Maschine?

Virtuelle Maschinen oder VMs sind eine Form einer virtualisierten Computerausführungsumgebung, die ein physisches System nachahmt. Eine virtuelle Maschine verwendet spezielle Software namens a Hypervisor um Zugriff auf bestimmte Ressourcen auf einer physischen Infrastruktur zu erhalten, die es ihm ermöglicht, als unabhängiges Betriebssystem zu funktionieren.

Das Betriebssystem einer virtuellen Maschine wird als Gastbetriebssystem bezeichnet, während das Betriebssystem auf dem physischen Server als Hostbetriebssystem bezeichnet wird. Ein Host-Betriebssystem kann mehrere Gast-Betriebssysteminstanzen hosten, je nachdem, wie viel Arbeitsspeicher, CPU-Kerne und Speicher es hat.

Vor- und Nachteile virtueller Maschinen

Vorteile

• Isolationswerte: Eine virtuelle Maschine ist eine stark isolierte Umgebung, die Sie für viele Zwecke nutzen können. Alles, was darin passiert, hat keine Auswirkungen auf andere virtuelle Maschinen und umgekehrt. Der Grund dafür ist, dass jede virtuelle Maschine auf einem oder mehreren dedizierten CPU-Threads läuft.
• Hardware-Optimierung: Mit virtuellen Maschinen können Benutzer viele Betriebssysteme auf einem einzigen Hardwareserver ausführen. Diese Fähigkeit führt zu Kosteneinsparungen.
• Snapshots und Rollbacks: Sie können jederzeit den Ausführungsstatus einer virtuellen Maschine erfassen. Dieser Vorgang wird Snapshot genannt und ein Rollback ist einfach eine Funktion, die die virtuelle Maschine wieder in genau diesen Ausführungszustand versetzt.
• Flexibilität: Sie können VMs vergrößern oder verkleinern und problemlos migrieren, was sie zu einer idealen Plattform zum Entwickeln und Testen von Anwendungen macht.

Nachteile

• Begrenzte Skalierbarkeit: Obwohl Sie virtuelle Maschinen skalieren können, sind sie nicht so einfach zu skalieren wie Container.
• Komplexität: Virtuelle Maschinen erfordern einen höheren Verwaltungsaufwand, z. B. Aktualisierungen und Überwachung, und dies kann bei groß angelegten Bereitstellungen zu Problemen führen.
• Lizenzierung: Beim Ausführen mehrerer virtueller Maschinen können Lizenzkosten anfallen.

Was ist ein Container?

Ein Container ist auch eine Virtualisierungstechnologie, die es einem Benutzer ermöglicht, isolierte Ausführungsumgebungen auf einem physischen System zu erstellen und zu verwalten, ohne auf den Hypervisor des Systems oder direkten Zugriff auf die CPU und andere Ressourcen angewiesen zu sein.

Ein Container wird erstellt, wenn der Inhalt einer Datendatei ausgeführt wird. Diese Datei wird als Container-Image bezeichnet und enthält alle Bibliotheken, die auf dem Host-Betriebssystem installiert werden müssen, um den gewünschten Container zu erstellen.

Container sind leicht und bieten eine konsistente und tragbare Umgebung, die für moderne Zwecke äußerst nützlich ist Software-Entwicklung. Sie können auch nebeneinander auf demselben physischen Host ausgeführt werden, sofern die Hardware-Spezifikationen dies zulassen.

Vor- und Nachteile von Containern

Vorteile

• Konsistente Umgebung: Der Inhalt eines Behälters ist fest und genau. Dies bedeutet, dass bei jeder Ausführung immer dieselbe Ausführungsumgebung erzeugt wird.
• Effizienz mit Ressourcen: Container verbrauchen nur so viele Ressourcen, wie sie benötigen. Sie müssen im Voraus keine CPUs festlegen oder Speicher zuweisen. Dadurch können auch mehrere Behälter zusammengepackt werden.
• Schnelle Bereitstellung: Container sind leichtgewichtig und lassen sich schnell bereitstellen, oft dauert es nur wenige Sekunden, bis sie einsatzbereit sind.
• Isolationswerte: Ein Container ist eine isolierte Ausführungsumgebung. Obwohl es nicht so isoliert ist wie virtuelle Maschinen, ist es dennoch die beste Lösung für die Ausführung von Mikrodiensten, die sich darauf konzentrieren, nur eine Aufgabe zu erledigen und diese gut zu erledigen.

Nachteile

• Eingeschränkte Unterstützung für ältere Anwendungen: Wenn Sie es mit einer Anwendung zu tun haben, die bestimmte Funktionen des Betriebssystems oder von Hardwaregeräten benötigt, ist ein Container möglicherweise nicht die beste Lösung.
• Vergängliche Daten: Alles an Containern wird zerstört, wenn der Container zerstört wird, und dazu gehören auch Daten. Es gibt jedoch Möglichkeiten, mit Containern persistente Daten zu haben.
• Kernel-Abhängigkeit: Container-Engines werden auf einem Host-Betriebssystem ausgeführt, was Ihre Möglichkeiten in der Umgebung einschränkt.

Unterschiede zwischen virtuellen Maschinen und Containern

• Architektur: Virtuelle Maschinen sind so konzipiert, dass sie mehrere Betriebssysteme nebeneinander ausführen. Jedes Betriebssystem ist vollständig isoliert und erhält eine feste Menge an Ressourcen. Container hingegen laufen auf demselben Betriebssystem, aber in unterschiedlichen virtuellen Umgebungen. Jeder Container enthält nur die Bibliotheken, die er benötigt, und teilt verfügbare Hardwareressourcen mit anderen.
• Größe des Bildes: Das kleinste Container-Image ist eine 4.8 MB große Docker-Datei, die im komprimierten Zustand nur noch 2 MB groß ist. Die meisten Containerdateien sind durchschnittlich einige hundert Megabyte groß, wobei die größten etwa 700 MB groß sind. Virtuelle Maschinen hingegen beginnen bei etwa 10 GB und können eine Größe von 150 GB erreichen.
• Isolation und Sicherheit: Virtuelle Maschinen laufen auf ihren exklusiven CPU-Threads und greifen auf einen eingeschränkten Bereich des physischen RAM zu. Dadurch sind sie weniger anfällig für Angriffe von innen und außen. Container hingegen haben ein gemeinsames Betriebssystem und sind dadurch unabhängig von ihrer Sicherheitsimplementierung anfälliger für Angriffe.
• Bereitstellungs- und Startzeit: Da meist Megabytes an Daten geladen und installiert werden müssen und das System nicht von Datenträgern gestartet werden muss, übertreffen Container in puncto Geschwindigkeit virtuelle Maschinen um Längen. Die Bereitstellung eines typischen Containers dauert nur wenige Sekunden, während eine virtuelle Maschine nur wenige Minuten benötigt.
• Ressourcennutzung und Kosten: Virtuelle Maschinen haben eine geringere Dichte pro physischem Server, da jede VM bestimmte CPU-, RAM- und Speicherressourcen benötigt. Die Dichte der Container auf einem System hängt von ihrer kumulativen Ressourcennutzung ab.
• Orchestrierung: Beide Systeme können mit den richtigen Anwendungen orchestriert werden. Für Container sind Docker Swarm und Kubernetes beliebt, auch VMs können mit Kubernetes-Lösungen orchestriert werden.

Welche Lösung ist die richtige für Sie?

Nachdem Sie die Unterschiede zwischen Containern und virtuellen Maschinen kennengelernt haben, sollten Sie auch erkennen, dass jedes System Szenarien hat, in denen es am besten funktioniert. Im Folgenden finden Sie eine Auflistung, wann Container und wann VMs verwendet werden sollten.

Wann werden Container verwendet?

• Mikrodienste: Wenn Sie eine verteilte Anwendungsarchitektur verwenden, deren verschiedene Teile so konzipiert sind, dass sie unabhängig voneinander als Mikrodienste ausgeführt werden, ist ein Container wahrscheinlich die beste Lösung.
• Kontrolle der Umwelt: Container sind auch ideal für Situationen, in denen Sie absolute Kontrolle über die Umgebung benötigen, da jedes Container-Image eine exakte und zu 100 % replizierbare Ausführungsumgebung enthält.
• Schnelle Bereitstellung: Container können in nur wenigen Sekunden geladen werden, was sie zur idealen Technologie für die schnelle Bereitstellung von Anwendungen nach Bedarf macht. Dazu gehören Softwaretests, Orchestrierung und Skalierung von Produktionssystemen.
• Ressourceneffizienz: Container können aufgrund ihres Designs die Hardwareressourcen einer Maschine besser maximieren, da jeder Container hinsichtlich seiner CPU- und Speichernutzung flexibel ist.
• Horizontale und vertikale Skalierung: Container eignen sich sowohl für horizontale als auch für vertikale Skalierungssituationen. Bei der horizontalen Skalierung handelt es sich um das einfache Starten von mehr Containern, um höhere Arbeitsabläufe zu bewältigen, während bei der vertikalen Skalierung die Erhöhung der CPU- und Speicherzuweisungen des jeweiligen Containers oder der Containergruppe erfolgt.

Wann sollten virtuelle Maschinen verwendet werden?

• Starke Anwendungsisolation: Eine virtuelle Maschine ist immer dann eine gute Lösung, wenn Sie Code in einer Umgebung ausführen müssen, die vollständig von anderen Prozessen isoliert ist. Ein Beispiel wäre die Ausführung von Software, die wahrscheinlich mit Malware infiziert ist.
• GUI: Eine virtuelle Maschine könnte die richtige Lösung sein, wenn Sie eine Anwendung ausführen müssen, die über eine grafische Benutzeroberfläche interagiert.
• Vertikale Skalierung: Sie können VM-Anwendungen einfach vertikal skalieren, indem Sie ihre CPU- und Speicherzuweisung über die Virtualisierungssoftware erhöhen.
• Zugriff auf Hardwareebene: Virtuelle Maschinen eignen sich auch hervorragend für Anwendungen, die ressourcenintensiv sind oder direkten Zugriff auf die CPU oder bestimmte Hardwarekonfigurationen benötigen.
• Ältere Anwendungen: Einige Anwendungen sind von bestimmten Bibliotheken oder Betriebssystemressourcen abhängig. Deshalb werden sie am besten in genau der Umgebung ausgeführt, die sie benötigen.

Liste der Tools für virtuelle Maschinen und Container

Es gibt viele Tools und Lösungen zum Erstellen und Verwalten virtueller Maschinen und Container. Hier ist eine kurze Liste der beliebtesten.

• Oracle VirtualBox: Kostenlos und Open-Source Manager für virtuelle Maschinen
• Docker: Erstellung und Verwaltung von Open-Source-Containern
• Kubernetes: Open-Source-Container-Orchestrierungssystem
• Containerd: Container-Laufzeit für fortgeschrittene Benutzer
• VMware Workstation: Führen Sie virtuelle Maschinen unter Linux und Windows aus
• Microsoft Hyper-V: Führen Sie virtuelle Maschinen unter Windows aus
• RedHat Openshift: Virtualisierungs- und Cloud-Management-Plattform der Enterprise-Klasse
• Nomade: Für Orchestrierungsmanagement
• Apache Mesos: Open-Source-Cluster-Manager
• Rancher: Für die Verwaltung mehrerer Kubernetes-Cluster
• Cumolocity: Googles Kubernetes-Engine
• AWS: Amazon-Webdienste, einschließlich serverloser Dienste Fargate Containermanager

Häufig gestellte Fragen

Hier finden Sie einige häufig gestellte Fragen zu virtuellen Cloud-Maschinen und Containeranwendungen.

Schlussfolgerung

Wir sind am Ende dieses Vergleichs virtueller Cloud-Maschinen und Container angelangt. Und wie Sie gesehen haben, sind beide Technologien für die Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungen in der Cloud wertvoll.

Ihre Wahl zwischen beiden hängt jedoch immer von Ihren Bedürfnissen ab. Mit einer virtuellen Maschine, einem Containerisierungsansatz oder beidem könnten Sie jederzeit bessere Ergebnisse erzielen.