Macchine virtuali e container: un confronto completo

Le macchine virtuali e la containerizzazione sono due approcci alla distribuzione di più ambienti di esecuzione su un'unica piattaforma.

Queste due tecnologie semplificano la creazione di un ambiente virtuale modellato sull'infrastruttura fisica, consentendo ulteriormente all'utente di ottimizzare le risorse.

Questo articolo esplora le loro somiglianze e differenze. Esamina anche i loro vantaggi e svantaggi in diversi casi d'uso, per darti un'idea migliore di come e quando utilizzarli al meglio.

Hypervisor e motori di container

Molti siti Web e applicazioni Internet sono nati in un ambiente di hosting condiviso, in cui due o più applicazioni condividevano tutte le risorse di un server fisico. Ciò presentava problemi, poiché un'applicazione compromessa poteva influenzare il resto, entrambe problemi di e prestazioni. La soluzione più semplice allora era quella di utilizzare un server dedicato, che purtroppo comportava costi maggiori.

La virtualizzazione è nata per risolvere questi problemi. Innanzitutto, gli hypervisor hanno consentito a un server fisico di ospitare più di un server virtuale, a seconda del numero di CPU e RAM di cui dispone. Ciò consente a diverse applicazioni, siti Web o client di funzionare nei loro ambienti isolati a un costo inferiore senza la necessità di un server fisico dedicato.

Anche i container sono emersi per ridurre ulteriormente i costi e risolvere i numerosi problemi che gli sviluppatori hanno dovuto affrontare con le macchine virtuali. Entrambe le tecnologie esistono l'una accanto all'altra oggi, ognuna con i suoi punti di forza e di debolezza.

Che cos'è una macchina virtuale?

Le macchine virtuali o VM sono una forma di ambiente di esecuzione del computer virtualizzato che imita un sistema fisico. Una macchina virtuale utilizza un software specializzato chiamato a hypervisor per ottenere l'accesso a risorse specifiche su un'infrastruttura fisica che gli consenta di funzionare come un sistema operativo indipendente.

Il sistema operativo di una macchina virtuale è chiamato sistema operativo guest, mentre il sistema operativo sul server fisico è chiamato sistema operativo host. Un sistema operativo host può ospitare più istanze del sistema operativo guest, a seconda della quantità di memoria, dei core della CPU e dello spazio di archiviazione di cui dispone.

Pro e contro delle macchine virtuali

Vantaggi

• Isolamento: Una macchina virtuale è un ambiente altamente isolato che puoi utilizzare per molti usi. Tutto ciò che accade al suo interno non influenzerà le altre macchine virtuali e viceversa. Il motivo è che ogni macchina virtuale viene eseguita su uno o più thread CPU dedicati.
• Ottimizzazione hardware: Le macchine virtuali consentono agli utenti di eseguire molti sistemi operativi su un singolo server hardware. Questa capacità porta a risparmi sui costi.
• Istantanee e rollback: è possibile acquisire lo stato di esecuzione di una macchina virtuale in qualsiasi momento. Questo processo è chiamato snapshot e un rollback è semplicemente una funzione che riporta la macchina virtuale a quell'esatto stato di esecuzione.
• Flessibilità: puoi aumentare o diminuire le dimensioni delle macchine virtuali e migrarle facilmente, rendendole una piattaforma ideale per lo sviluppo e il test delle applicazioni.

Svantaggi

• Scalabilità limitata: Sebbene sia possibile ridimensionare le macchine virtuali, non sono facili da ridimensionare come i contenitori.
• Complessità: le macchine virtuali richiedono più sovraccarico da gestire, come aggiornamenti e monitoraggio, e questo può portare a problemi nelle distribuzioni su larga scala.
• Licenze: l'esecuzione di più macchine virtuali potrebbe comportare costi di licenza.

Cos'è un contenitore?

Un contenitore è anche una tecnologia di virtualizzazione che consente a un utente di creare e mantenere ambienti di esecuzione isolati su un sistema fisico, senza fare affidamento sull'hypervisor del sistema o sull'accesso diretto alla CPU e ad altre risorse.

Un contenitore viene creato quando vengono eseguiti i contenuti di un file di dati. Questo file è chiamato immagine del contenitore e include tutte le librerie che devono essere installate sul sistema operativo host per creare il contenitore desiderato.

I contenitori sono leggeri e forniscono un ambiente coerente e portatile che è molto utile per i moderni lo sviluppo del software. Possono anche essere eseguiti fianco a fianco sullo stesso host fisico, per quanto le specifiche hardware possano supportarlo.

Pro e contro dei contenitori

Vantaggi

• Ambiente coerente: Il contenuto di un contenitore è fisso ed esatto. Ciò significa che produrrà sempre lo stesso ambiente di esecuzione ogni volta che viene eseguito.
• Efficienza con le risorse: I contenitori utilizzano solo tutte le risorse di cui hanno bisogno. Non è necessario impostare le CPU o allocare la memoria in anticipo. Ciò consente anche di imballare più contenitori insieme.
• Distribuzione rapida: I container sono leggeri e veloci da implementare, spesso richiedono solo pochi secondi per iniziare a funzionare.
• Isolamento: Un contenitore è un ambiente di esecuzione isolato. Sebbene non sia isolato come le macchine virtuali, è comunque la soluzione migliore per l'esecuzione di microservizi che si concentrano sull'esecuzione di un solo lavoro e nel farlo bene.

Svantaggi

• Supporto per applicazioni legacy limitato: Se hai a che fare con un'applicazione che richiede funzionalità specifiche dal sistema operativo o dai dispositivi hardware, un contenitore potrebbe non essere la soluzione migliore.
• Dati effimeri: Tutto ciò che riguarda i contenitori viene distrutto quando il contenitore viene distrutto e questo include i dati. Tuttavia, ci sono modi per avere dati persistenti con i contenitori.
• Dipendenza dal kernel: I motori dei container vengono eseguiti su un sistema operativo host, il che limita ciò che puoi fare nell'ambiente.

Differenze tra macchine virtuali e container

• Architettura: Le macchine virtuali sono progettate per eseguire più sistemi operativi fianco a fianco. Ogni sistema operativo è completamente isolato e allocato una quantità fissa di risorse. I contenitori, d'altra parte, vengono eseguiti sullo stesso sistema operativo ma in ambienti virtuali diversi. Ogni contenitore include solo le librerie di cui ha bisogno e condivide le risorse hardware disponibili con altri.
• Dimensione dell'immagine: l'immagine contenitore più piccola è un file Docker da 4.8 MB che si riduce a 2 MB se compresso. La maggior parte dei file contenitore ha una media di poche centinaia di megabyte, con il più grande di circa 700 MB. Le macchine virtuali, invece, partono da circa 10 GB e possono raggiungere i 150 GB di dimensione.
• Isolamento e sicurezza: le macchine virtuali vengono eseguite sui loro thread CPU esclusivi e accedono a un'area riservata della RAM fisica. Questo li rende meno suscettibili agli attacchi, sia dall'interno che dall'esterno. I container, d'altra parte, condividono un sistema operativo e questo li rende più suscettibili agli attacchi, indipendentemente dalle loro implementazioni di sicurezza.
• Tempo di distribuzione e avvio: Con la maggior parte dei megabyte di dati da caricare e installare e non è necessario avviare un sistema dai dischi, i container battono a mani basse le macchine virtuali in termini di velocità. Il contenitore tipico richiede solo pochi secondi per essere distribuito, mentre una macchina virtuale richiederà minuti.
• Utilizzo delle risorse e costi: le macchine virtuali hanno una densità inferiore per server fisico perché ogni macchina virtuale richiede CPU, RAM e risorse di archiviazione specifiche. La densità dei contenitori su un sistema dipende dal loro utilizzo cumulativo delle risorse.
• Orchestrazione: Entrambi i sistemi possono essere orchestrati utilizzando le applicazioni giuste. Docker Swarm e Kubernetes sono popolari per i container, mentre le macchine virtuali possono anche essere orchestrate utilizzando le soluzioni Kubernetes.

Qual è la soluzione giusta per te?

Avendo visto le differenze tra container e macchine virtuali, dovresti ugualmente riconoscere che ogni sistema ha scenari in cui funziona meglio. Pertanto, di seguito è riportato un elenco di quando utilizzare i contenitori e quando utilizzare le macchine virtuali.

Quando utilizzare i contenitori

• Microservizi: Se si utilizza un'architettura di applicazione distribuita, in cui le sue diverse parti sono progettate per funzionare in modo indipendente come microservizi, allora un contenitore è probabilmente la soluzione migliore.
• Controllo dell'ambiente: I contenitori sono ideali anche per le situazioni in cui è necessario il controllo assoluto dell'ambiente, poiché ogni immagine del contenitore contiene un ambiente di esecuzione esatto e replicabile al 100%.
• Rapid Deployment: i container possono essere caricati in pochi secondi, il che li rende la tecnologia ideale per distribuire rapidamente le applicazioni on demand. Questi includono test del software, orchestrazione e ridimensionamento dei sistemi di produzione.
• L'efficienza delle risorse: i contenitori possono massimizzare meglio le risorse hardware di una macchina grazie al loro design, poiché ogni contenitore è flessibile con l'utilizzo della CPU e della memoria.
• Ridimensionamento orizzontale e verticale: i contenitori funzionano bene sia per situazioni di ridimensionamento orizzontale che verticale. Il ridimensionamento orizzontale è il semplice lancio di più contenitori per gestire flussi di lavoro più elevati, mentre il ridimensionamento verticale è l'aumento delle allocazioni di CPU e memoria del particolare contenitore o gruppo di contenitori.

Quando utilizzare le macchine virtuali

• Forte isolamento dell'applicazione: Una macchina virtuale è una buona soluzione ogni volta che è necessario eseguire codice in un ambiente completamente isolato da altri processi. Un esempio potrebbe essere l'esecuzione di software probabilmente infetto da malware.
• GUI: Una macchina virtuale potrebbe essere la soluzione giusta quando è necessario eseguire un'applicazione che interagisce tramite un'interfaccia utente grafica.
• Ridimensionamento verticale: è possibile ridimensionare facilmente le applicazioni VM verticalmente aumentandone l'allocazione di CPU e memoria dal software di virtualizzazione.
• Accesso a livello hardware: Le macchine virtuali sono ottime anche per le applicazioni che consumano molte risorse o che richiedono l'accesso diretto alla CPU o configurazioni hardware specifiche.
• Applicazioni legacy: alcune applicazioni dipendono da specifiche librerie o risorse del sistema operativo. Quindi, vengono eseguiti al meglio nell'ambiente esatto di cui hanno bisogno.

Elenco di macchine virtuali e strumenti di containerizzazione

Esistono molti strumenti e soluzioni per la creazione e la gestione di macchine virtuali e contenitori. Quindi, ecco un breve elenco di quelli più popolari.

• Oracle VirtualBox: Gratuito e open-source gestore della macchina virtuale
• docker: Creazione e gestione di container open source
• kubernetes: Sistema di orchestrazione di container open source
• contenitore: Runtime del contenitore per utenti avanzati
• VMware Workstation: Esegui macchine virtuali su Linux e Windows
• Microsoft Hyper-V: Esegui macchine virtuali su Windows
• RedHat OpenShift: Virtualizzazione di livello aziendale e piattaforma di gestione del cloud
• Nomade: per la gestione dell'orchestrazione
• Apache Meso: gestore di cluster open source
• proprietario di ranch: Per la gestione di più cluster Kubernetes
• Google cloud: motore Kubernetes di Google
• AWS: Servizi web di Amazon, incluso il serverless fargate gestore del contenitore

Domande frequenti

Di seguito sono riportate alcune domande frequenti relative alle macchine virtuali cloud e alle applicazioni containerizzate.

Conclusione

Abbiamo raggiunto la fine di questo confronto tra macchine virtuali e container cloud. E come hai visto, entrambe le tecnologie sono preziose per la distribuzione e la gestione delle applicazioni nel cloud.

Tuttavia, la tua scelta tra i due dipenderà sempre dalle tue esigenze. In qualsiasi momento, potresti fare di meglio con una macchina virtuale, un approccio di containerizzazione o entrambi.