Virtual Machines Vs Containers: Μια ολοκληρωμένη σύγκριση

Οι εικονικές μηχανές και το κοντέινερ είναι δύο προσεγγίσεις για την ανάπτυξη πολλαπλών περιβαλλόντων εκτέλεσης σε μια ενιαία πλατφόρμα.

Αυτές οι δύο τεχνολογίες διευκολύνουν τη δημιουργία ενός εικονικού περιβάλλοντος που διαμορφώνεται σύμφωνα με τη φυσική υποδομή, επιτρέποντας περαιτέρω στον χρήστη να βελτιστοποιεί τους πόρους.

Αυτό το άρθρο διερευνά τις ομοιότητες και τις διαφορές τους. Εξετάζει επίσης τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους σε διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης, για να σας δώσει μια καλύτερη ιδέα για το πώς και πότε να χρησιμοποιήσετε καλύτερα το καθένα.

Hypervisors & Container Engines

Πολλοί ιστότοποι και εφαρμογές Διαδικτύου ξεκίνησαν τη ζωή τους σε ένα κοινό περιβάλλον φιλοξενίας – όπου δύο ή περισσότερες εφαρμογές μοιράζονταν όλους τους πόρους ενός φυσικού διακομιστή. Αυτό συνέβη με προβλήματα, καθώς μια παραβιασμένη εφαρμογή θα μπορούσε να επηρεάσει τις υπόλοιπες, τόσο στην ασφάλεια όσο και στην απόδοση. Η πιο εύκολη λύση τότε ήταν να τρέξετε έναν αποκλειστικό διακομιστή, ο οποίος δυστυχώς είχε αυξημένο κόστος.

Η εικονικοποίηση ήρθε για να λύσει αυτά τα προβλήματα. Πρώτον, οι hypervisors επέτρεψαν σε έναν φυσικό διακομιστή να φιλοξενεί περισσότερους από έναν εικονικούς διακομιστές – ανάλογα με τον αριθμό CPU και RAM που διαθέτει. Αυτό επιτρέπει σε διαφορετικές εφαρμογές, ιστότοπους ή υπολογιστές-πελάτες να εκτελούνται σε απομονωμένα περιβάλλοντα με χαμηλότερο κόστος χωρίς να χρειάζονται ειδικό φυσικό διακομιστή.

Τα κοντέινερ προέκυψαν εξίσου για να μειώσουν περαιτέρω το κόστος και να αντιμετωπίσουν τα πολλά προβλήματα που αντιμετώπισαν οι προγραμματιστές με τις εικονικές μηχανές. Και οι δύο τεχνολογίες υπάρχουν η μία δίπλα στην άλλη σήμερα, με κάθε μία να έχει τα δυνατά και τα αδύνατα σημεία της.

Τι είναι μια εικονική μηχανή;

Οι εικονικές μηχανές ή VM είναι μια μορφή εικονικού περιβάλλοντος εκτέλεσης υπολογιστή που μιμείται ένα φυσικό σύστημα. Μια εικονική μηχανή χρησιμοποιεί εξειδικευμένο λογισμικό που ονομάζεται α hypervisor να αποκτήσει πρόσβαση σε συγκεκριμένους πόρους σε μια φυσική υποδομή που της επιτρέπει να λειτουργεί ως ανεξάρτητο λειτουργικό σύστημα.

Το λειτουργικό σύστημα μιας εικονικής μηχανής ονομάζεται Guest OS, ενώ το λειτουργικό σύστημα στον φυσικό διακομιστή ονομάζεται host OS. Ένα λειτουργικό σύστημα υποδοχής μπορεί να φιλοξενήσει πολλές παρουσίες λειτουργικού συστήματος επισκέπτη, ανάλογα με την ποσότητα μνήμης, τους πυρήνες της CPU και τον αποθηκευτικό χώρο που διαθέτει.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των εικονικών μηχανών

Πλεονεκτήματα

• Απομόνωση: Μια εικονική μηχανή είναι ένα εξαιρετικά απομονωμένο περιβάλλον που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για πολλές χρήσεις. Οτιδήποτε συμβαίνει μέσα σε αυτό δεν θα επηρεάσει άλλες εικονικές μηχανές και το αντίστροφο. Ο λόγος είναι ότι κάθε εικονική μηχανή τρέχει σε ένα ή περισσότερα αποκλειστικά νήματα CPU.
• Βελτιστοποίηση υλικού: Οι εικονικές μηχανές επιτρέπουν στους χρήστες να εκτελούν πολλά λειτουργικά συστήματα σε έναν μόνο διακομιστή υλικού. Αυτή η ικανότητα οδηγεί σε εξοικονόμηση κόστους.
• Στιγμιότυπα & Ανατροπές: Μπορείτε να καταγράψετε την κατάσταση εκτέλεσης μιας εικονικής μηχανής ανά πάσα στιγμή. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται στιγμιότυπο και η επαναφορά είναι απλώς μια συνάρτηση που επαναφέρει την εικονική μηχανή σε αυτήν ακριβώς την κατάσταση εκτέλεσης.
• Ευελιξία: Μπορείτε να αυξήσετε ή να μειώσετε τα VM και να τα μετεγκαταστήσετε εύκολα, καθιστώντας τα ιδανική πλατφόρμα για την ανάπτυξη και τη δοκιμή εφαρμογών.

Μειονεκτήματα

• Περιορισμένη επεκτασιμότητα: Αν και μπορείτε να κλιμακώσετε τις εικονικές μηχανές, δεν είναι τόσο εύκολο να κλιμακωθούν όσο τα κοντέινερ.
• Περίπλοκο: Οι εικονικές μηχανές απαιτούν περισσότερες επιβαρύνσεις για τη διαχείριση, όπως ενημερώσεις και παρακολούθηση, και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα σε αναπτύξεις μεγάλης κλίμακας.
• αδειοδότηση: Η λειτουργία πολλών εικονικών μηχανών ενδέχεται να συνεπάγεται κόστος αδειοδότησης.

Τι είναι ένα κοντέινερ;

Ένα κοντέινερ είναι επίσης μια τεχνολογία εικονικοποίησης που επιτρέπει στον χρήστη να δημιουργεί και να διατηρεί απομονωμένα περιβάλλοντα εκτέλεσης σε ένα φυσικό σύστημα, χωρίς να βασίζεται στον υπερεπόπτη του συστήματος ή άμεση πρόσβαση στη CPU και άλλους πόρους.

Ένα κοντέινερ δημιουργείται όταν εκτελούνται τα περιεχόμενα ενός αρχείου δεδομένων. Αυτό το αρχείο ονομάζεται εικόνα κοντέινερ και περιλαμβάνει όλες τις βιβλιοθήκες που πρέπει να εγκατασταθούν στο λειτουργικό σύστημα κεντρικού υπολογιστή για να δημιουργηθεί το επιθυμητό κοντέινερ.

Τα κοντέινερ είναι ελαφριά και παρέχουν ένα σταθερό και φορητό περιβάλλον που είναι εξαιρετικά χρήσιμο για την ανάπτυξη σύγχρονου λογισμικού. Μπορούν επίσης να εκτελεστούν δίπλα-δίπλα στον ίδιο φυσικό κεντρικό υπολογιστή, όσο υποστηρίζουν οι προδιαγραφές υλικού.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κοντέινερ

Πλεονεκτήματα

• Συνεπές περιβάλλον: Τα περιεχόμενα ενός δοχείου είναι σταθερά και ακριβή. Αυτό σημαίνει ότι θα παράγει πάντα το ίδιο περιβάλλον εκτέλεσης όποτε εκτελείται.
• Αποτελεσματικότητα με πόρους: Τα κοντέινερ χρησιμοποιούν μόνο όσους πόρους χρειάζονται. Δεν χρειάζεται να ορίσετε CPU ή να εκχωρήσετε μνήμη εκ των προτέρων. Αυτό επιτρέπει επίσης σε περισσότερα δοχεία να συσκευάζονται μαζί.
• Ταχεία ανάπτυξη: Τα κοντέινερ είναι ελαφριά και γρήγορα αναπτύσσονται, συχνά χρειάζονται μόλις λίγα δευτερόλεπτα για να αρχίσουν να λειτουργούν.
• Απομόνωση: Ένα κοντέινερ είναι ένα απομονωμένο περιβάλλον εκτέλεσης. Αν και δεν είναι τόσο απομονωμένο όσο οι εικονικές μηχανές, εξακολουθεί να είναι η καλύτερη λύση για την εκτέλεση μικροϋπηρεσιών που εστιάζουν στην εκτέλεση μιας μόνο δουλειάς και στην καλή εκτέλεση της.

Μειονεκτήματα

• Υποστήριξη περιορισμένων εφαρμογών παλαιού τύπου: Εάν έχετε να κάνετε με μια εφαρμογή που χρειάζεται συγκεκριμένες δυνατότητες από το λειτουργικό σύστημα ή τις συσκευές υλικού, τότε ένα κοντέινερ μπορεί να μην είναι η καλύτερη λύση.
• Εφήμερα δεδομένα: Τα πάντα σχετικά με τα κοντέινερ καταστρέφονται όταν το κοντέινερ καταστρέφεται και αυτό περιλαμβάνει δεδομένα. Ωστόσο, υπάρχουν τρόποι για να έχετε μόνιμα δεδομένα με κοντέινερ.
• Εξάρτηση πυρήνα: Οι μηχανές εμπορευματοκιβωτίων λειτουργούν σε ένα κεντρικό λειτουργικό σύστημα, το οποίο περιορίζει το τι μπορείτε να κάνετε στο περιβάλλον.

Διαφορές εικονικών μηχανών και κοντέινερ

	Εικονικές μηχανές	Εμπορευματοκιβώτια
Αρχιτεκτονική	Περιλαμβάνει λειτουργικό σύστημα με βιβλιοθήκες	Περιλαμβάνει μόνο τις απαραίτητες βιβλιοθήκες
Μέγεθος εικόνας	10 - 150 GB	5 – 600 MB
Απομόνωση & Ασφάλεια	Σχετικά απομονωμένο και ασφαλές	Πολύ απομονωμένο και ασφαλές
Χρόνος ανάπτυξης και εκκίνησης	1-3 λεπτά κατά μέσο όρο	1-3 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο
Εκμετάλλευση πόρων	Μέτρια	Ψηλά
Δικαστικά έξοδα	υψηλότερη	Χαμηλός
Ορχήστρα	Καλά	Πολύ αποτελεσματικό
Χρήση περιπτώσεων	Απομόνωση, παλαιού τύπου συστήματα, GUI	Micro-services, DevOps, κλιμάκωση

• Αρχιτεκτονική: Οι εικονικές μηχανές έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν πολλά λειτουργικά συστήματα δίπλα-δίπλα. Κάθε λειτουργικό σύστημα είναι πλήρως απομονωμένο και διαθέτει ένα σταθερό ποσό πόρων. Τα κοντέινερ, από την άλλη πλευρά, λειτουργούν στο ίδιο λειτουργικό σύστημα αλλά σε διαφορετικά εικονικά περιβάλλοντα. Κάθε κοντέινερ περιλαμβάνει μόνο βιβλιοθήκες που χρειάζεται και μοιράζεται διαθέσιμους πόρους υλικού με άλλους.
• Μέγεθος εικόνας: Η μικρότερη εικόνα κοντέινερ είναι ένα αρχείο Docker 4.8 MB που μειώνεται στα 2 MB όταν συμπιέζεται. Τα περισσότερα αρχεία κοντέινερ είναι κατά μέσο όρο μερικές εκατοντάδες Megabyte, με το μεγαλύτερο περίπου 700 MB. Οι εικονικές μηχανές, από την άλλη, ξεκινούν από περίπου 10 GB και μπορούν να φτάσουν τα 150 GB σε μέγεθος.
• Απομόνωση & Ασφάλεια: Οι εικονικές μηχανές τρέχουν στο αποκλειστικό νήμα(τα) της CPU και έχουν πρόσβαση σε μια περιορισμένη περιοχή της φυσικής μνήμης RAM. Αυτό τους κάνει λιγότερο επιρρεπείς σε επιθέσεις, τόσο από μέσα όσο και από έξω. Τα κοντέινερ, από την άλλη πλευρά, μοιράζονται ένα λειτουργικό σύστημα και αυτό τα καθιστά πιο επιρρεπή σε επιθέσεις, ανεξάρτητα από τις εφαρμογές ασφαλείας τους.
• Χρόνος ανάπτυξης και εκκίνησης: Με ως επί το πλείστον megabyte δεδομένων για φόρτωση και εγκατάσταση και χωρίς ανάγκη εκκίνησης ενός συστήματος από δίσκους, τα κοντέινερ ξεπερνούν τις εικονικές μηχανές με τα χέρια προς τα κάτω όσον αφορά την ταχύτητα. Το τυπικό κοντέινερ χρειάζεται μόνο λίγα δευτερόλεπτα για να αναπτυχθεί, ενώ μια εικονική μηχανή θα χρειαστεί λεπτά.
• Αξιοποίηση Πόρων & Κόστος: Οι εικονικές μηχανές έχουν χαμηλότερη πυκνότητα ανά φυσικό διακομιστή, επειδή κάθε VM απαιτεί συγκεκριμένους πόρους CPU, RAM και αποθήκευσης. Η πυκνότητα των κοντέινερ σε ένα σύστημα εξαρτάται από τη σωρευτική χρήση των πόρων τους.
• Ορχήστρα: Και τα δύο συστήματα μπορούν να ενορχηστρωθούν χρησιμοποιώντας τις κατάλληλες εφαρμογές. Τα Docker Swarm και Kubernetes είναι δημοφιλή για κοντέινερ, ενώ τα VM μπορούν επίσης να ενορχηστρωθούν χρησιμοποιώντας λύσεις Kubernetes.

Ποια λύση είναι η κατάλληλη για εσάς;

Έχοντας δει τις διαφορές μεταξύ κοντέινερ και εικονικών μηχανών, θα πρέπει να αναγνωρίσετε εξίσου ότι κάθε σύστημα έχει σενάρια όταν λειτουργεί καλύτερα. Έτσι, η παρακάτω είναι μια λίστα με το πότε να χρησιμοποιείτε κοντέινερ και πότε να χρησιμοποιείτε VM.

Πότε να χρησιμοποιείτε τα δοχεία

• Μικρο-υπηρεσίες: Εάν χρησιμοποιείτε μια αρχιτεκτονική κατανεμημένης εφαρμογής, όπου τα διάφορα μέρη της είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν ανεξάρτητα ως μικροϋπηρεσίες, τότε ένα κοντέινερ είναι ίσως ο καλύτερος τρόπος.
• Έλεγχος Περιβάλλοντος: Τα κοντέινερ είναι επίσης ιδανικά για καταστάσεις όπου χρειάζεστε απόλυτο έλεγχο του περιβάλλοντος, καθώς κάθε εικόνα κοντέινερ περιέχει ένα ακριβές και 100% αναπαραγόμενο περιβάλλον εκτέλεσης.
• Ταχεία ανάπτυξη: Τα κοντέινερ μπορούν να φορτωθούν σε μόλις λίγα δευτερόλεπτα, καθιστώντας τα την ιδανική τεχνολογία για γρήγορη ανάπτυξη εφαρμογών κατά παραγγελία. Αυτά περιλαμβάνουν τη δοκιμή λογισμικού, την ενορχήστρωση και την κλιμάκωση των συστημάτων παραγωγής.
• Αποδοτικότητα πόρων: Τα κοντέινερ μπορούν να μεγιστοποιήσουν καλύτερα τους πόρους υλικού ενός μηχανήματος λόγω του σχεδιασμού τους, καθώς κάθε κοντέινερ είναι ευέλικτο με τη χρήση της CPU και της μνήμης.
• Οριζόντια & Κάθετη Κλίμακα: Τα δοχεία λειτουργούν καλά τόσο για οριζόντια όσο και για κατακόρυφη κλιμάκωση. Η οριζόντια κλιμάκωση είναι η απλή εκκίνηση περισσότερων κοντέινερ για τη διαχείριση υψηλότερων ροών εργασίας, ενώ η κατακόρυφη κλιμάκωση είναι η αύξηση της CPU και των εκχωρήσεων μνήμης του συγκεκριμένου κοντέινερ ή ομάδας κοντέινερ.

Πότε να χρησιμοποιείτε εικονικές μηχανές

• Ισχυρή απομόνωση εφαρμογής: Μια εικονική μηχανή είναι μια καλή λύση κάθε φορά που χρειάζεται να εκτελέσετε κώδικα σε ένα περιβάλλον που είναι εντελώς απομονωμένο από άλλες διεργασίες. Ένα παράδειγμα θα ήταν η εκτέλεση λογισμικού που πιθανότατα είναι μολυσμένο με κακόβουλο λογισμικό.
• GUI: Μια εικονική μηχανή μπορεί να είναι η σωστή λύση όταν χρειάζεται να εκτελέσετε μια εφαρμογή που αλληλεπιδρά μέσω μιας γραφικής διεπαφής χρήστη.
• Κάθετη κλιμάκωση: Μπορείτε εύκολα να κλιμακώσετε τις εφαρμογές VM κάθετα αυξάνοντας την CPU και την εκχώρηση μνήμης από το λογισμικό εικονικοποίησης.
• Πρόσβαση σε επίπεδο υλικού: Οι εικονικές μηχανές είναι επίσης εξαιρετικές για εφαρμογές που απαιτούν πόρους ή που χρειάζονται άμεση πρόσβαση στην CPU ή σε συγκεκριμένες διαμορφώσεις υλικού.
• Εφαρμογές παλαιού τύπου: Ορισμένες εφαρμογές εξαρτώνται από συγκεκριμένες βιβλιοθήκες ή πόρους λειτουργικού συστήματος. Έτσι, εκτελούνται καλύτερα στο περιβάλλον που χρειάζονται.

Λίστα Εικονικών Μηχανών & Εργαλείων Εμπορευματοκιβωτίων

Υπάρχουν πολλά εργαλεία και λύσεις εκεί έξω για τη δημιουργία και τη διαχείριση εικονικών μηχανών και κοντέινερ. Λοιπόν, εδώ είναι μια γρήγορη λίστα με τα πιο δημοφιλή.

• Oracle VirtualBox: Διαχειριστής εικονικής μηχανής δωρεάν και ανοιχτού κώδικα
• Λιμενεργάτης: Δημιουργία και διαχείριση κοντέινερ ανοιχτού κώδικα
• Kubernetes: Σύστημα ενορχήστρωσης κοντέινερ ανοιχτού κώδικα
• Δοχείο: Χρόνος εκτέλεσης κοντέινερ για προχωρημένους χρήστες
• VMware Workstation: Εκτελέστε εικονικές μηχανές σε Linux και Windows
• Microsoft Hyper-V: Εκτελέστε εικονικές μηχανές στα Windows
• RedHat Openshift: Πλατφόρμα εικονικοποίησης και διαχείρισης cloud για επιχειρήσεις
• Νομάς: Για διαχείριση ενορχήστρωσης
• Απάτσι Μέσος: Διαχείριση συμπλέγματος ανοιχτού κώδικα
• κτηματίας: Για διαχείριση πολλαπλών συμπλεγμάτων Kubernetes
• Google Cloud: Η μηχανή Kubernetes της Google
• AWS: Υπηρεσίες ιστού της Amazon, συμπεριλαμβανομένων των υπηρεσιών χωρίς διακομιστή Φάργκεϊτ διαχειριστής εμπορευματοκιβωτίων

Συχνές Ερωτήσεις

Ακολουθούν ορισμένες συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις εικονικές μηχανές cloud και τις εφαρμογές με εμπορευματοκιβώτια.

Συμπέρασμα

Φτάσαμε στο τέλος αυτής της σύγκρισης εικονικών μηχανών και κοντέινερ cloud. Και όπως είδατε, και οι δύο τεχνολογίες είναι πολύτιμες για την ανάπτυξη και τη διαχείριση εφαρμογών στο cloud.

Ωστόσο, η επιλογή σας μεταξύ των δύο θα εξαρτάται πάντα από τις ανάγκες σας. Ανά πάσα στιγμή, θα μπορούσατε να τα πάτε καλύτερα με μια εικονική μηχανή, μια προσέγγιση κοντέινερ ή και τα δύο.