Máquinas virtuais x contêineres: uma comparação abrangente

Máquinas virtuais e conteinerização são duas abordagens para implantar vários ambientes de execução em uma única plataforma.

Essas duas tecnologias facilitam a criação de um ambiente virtual modelado a partir da infraestrutura física, permitindo ainda que o usuário otimize os recursos.

Este artigo explora suas semelhanças e diferenças. Ele também analisa suas vantagens e desvantagens em diferentes casos de uso, para lhe dar uma ideia melhor de como e quando melhor utilizar cada um.

Hypervisors e Container Engines

Muitos sites e aplicativos de Internet começaram em um ambiente de hospedagem compartilhada – onde dois ou mais aplicativos compartilhavam todos os recursos de um servidor físico. Isso trouxe problemas, pois um aplicativo comprometido poderia afetar o restante, tanto no segurança e desempenho. A solução mais fácil naquela época era operar um servidor dedicado, o que infelizmente acarretava custos maiores.

A virtualização surgiu para resolver esses problemas. Primeiro, os hipervisores permitiram que um servidor físico hospedasse mais de um servidor virtual – dependendo de quantas CPUs e RAM ele possui. Isso permite que diferentes aplicativos, sites ou clientes sejam executados em seus ambientes isolados a um custo menor sem a necessidade de um servidor físico dedicado.

Os contêineres também surgiram para reduzir ainda mais os custos e resolver os muitos problemas que os desenvolvedores enfrentavam com as máquinas virtuais. Ambas as tecnologias coexistem hoje, cada uma com seus pontos fortes e fracos.

O que é uma máquina virtual?

Máquinas virtuais ou VMs são uma forma de ambiente de execução de computador virtualizado que imita um sistema físico. Uma máquina virtual usa um software especializado chamado hipervisor para obter acesso a recursos específicos em uma infraestrutura física que permite que funcione como um sistema operacional independente.

O sistema operacional de uma máquina virtual é chamado de sistema operacional convidado, enquanto o sistema operacional no servidor físico é chamado de sistema operacional host. Um sistema operacional host pode hospedar várias instâncias de sistema operacional convidado, dependendo de quanta memória, núcleos de CPU e armazenamento ele possui.

Prós e Contras das Máquinas Virtuais

Vantagens

• Isolamento: Uma máquina virtual é um ambiente altamente isolado que você pode empregar para muitos usos. Tudo o que acontecer dentro dele não afetará outras máquinas virtuais e vice-versa. O motivo é que cada máquina virtual é executada em um ou mais threads de CPU dedicados.
• Otimização de hardware: as máquinas virtuais permitem que os usuários executem vários sistemas operacionais em um único servidor de hardware. Essa capacidade leva a economia de custos.
• Instantâneos e reversões: você pode capturar o estado de execução de uma máquina virtual a qualquer momento. Esse processo é chamado de instantâneo e uma reversão é simplesmente uma função que traz a máquina virtual de volta ao estado de execução exato.
• Flexibilidade: você pode dimensionar as VMs para cima ou para baixo e migrá-las facilmente, tornando-as uma plataforma ideal para desenvolver e testar aplicativos.

Desvantagens

• Escalabilidade Limitada: Embora você possa dimensionar máquinas virtuais, elas não são tão fáceis de dimensionar quanto os contêineres.
• Complexidade: as máquinas virtuais exigem mais sobrecarga para gerenciar, como atualizações e monitoramento, e isso pode levar a problemas em implantações em larga escala.
• Licenciamento: a execução de várias máquinas virtuais pode incorrer em custos de licenciamento.

O que é um contêiner?

Um contêiner também é uma tecnologia de virtualização que permite ao usuário criar e manter ambientes de execução isolados em um sistema físico, sem depender do hipervisor do sistema ou do acesso direto à CPU e outros recursos.

Um contêiner é criado quando o conteúdo de um arquivo de dados é executado. Esse arquivo é chamado de imagem do contêiner e inclui todas as bibliotecas que precisam ser instaladas no sistema operacional do host para criar o contêiner desejado.

Os contêineres são leves e fornecem um ambiente consistente e portátil que é altamente útil para ambientes modernos. desenvolvimento de software. Eles também podem ser executados lado a lado no mesmo host físico, tanto quanto as especificações de hardware puderem suportar.

Prós e Contras dos Contêineres

Vantagens

• Ambiente consistente: O conteúdo de um recipiente é fixo e exato. Isso significa que sempre produzirá o mesmo ambiente de execução sempre que for executado.
• Eficiência com recursos: Os contêineres usam apenas quantos recursos forem necessários. Você não precisa definir CPUs ou alocar memória de antemão. Isso também permite que mais contêineres sejam embalados juntos.
• Desenvolvimento rápido: Os contêineres são leves e rápidos de implantar, geralmente precisando de apenas alguns segundos para começar a funcionar.
• Isolamento: Um contêiner é um ambiente de execução isolado. Embora não seja tão isolado quanto as máquinas virtuais, ainda é a melhor solução para executar microsserviços que se concentram em fazer apenas um trabalho e fazê-lo bem.

Desvantagens

• Suporte limitado a aplicativos herdados: Se você estiver lidando com um aplicativo que precisa de recursos específicos do sistema operacional ou dispositivos de hardware, um contêiner pode não ser sua melhor solução.
• Dados efêmeros: Tudo sobre contêineres é destruído quando o contêiner é destruído e isso inclui dados. Existem maneiras de ter dados persistentes com contêineres.
• Dependência do Kernel: Os mecanismos de contêiner são executados em um sistema operacional host, o que limita o que você pode fazer no ambiente.

Diferenças entre máquinas virtuais e contêineres

• Arquitetura: as máquinas virtuais são projetadas para executar vários sistemas operacionais lado a lado. Cada sistema operacional é completamente isolado e alocado uma quantidade fixa de recursos. Os contêineres, por outro lado, são executados no mesmo sistema operacional, mas em diferentes ambientes virtuais. Cada contêiner inclui apenas as bibliotecas necessárias e compartilha os recursos de hardware disponíveis com outras pessoas.
• Tamanho da Imagem: a menor imagem de contêiner é um arquivo do Docker de 4.8 MB que se reduz a 2 MB quando compactado. A maioria dos arquivos de contêiner tem em média algumas centenas de Megabytes, com o maior em torno de 700 MB. As máquinas virtuais, por outro lado, começam com cerca de 10 GB e podem atingir 150 GB de tamanho.
• Isolamento e segurança: As máquinas virtuais são executadas em seu(s) thread(s) exclusivo(s) de CPU e acessam uma área restrita da RAM física. Isso os torna menos suscetíveis a ataques, tanto internos quanto externos. Os contêineres, por outro lado, compartilham um sistema operacional e isso os torna mais suscetíveis a ataques, independentemente de suas implementações de segurança.
• Tempo de implantação e inicialização: Com principalmente megabytes de dados para carregar e instalar, e sem a necessidade de inicializar um sistema a partir de discos, os contêineres superam as máquinas virtuais quando se trata de velocidade. O contêiner típico precisa de apenas alguns segundos para ser implantado, enquanto uma máquina virtual precisa de minutos.
• Utilização e custos de recursos: as máquinas virtuais têm uma densidade menor por servidor físico porque cada VM requer CPU, RAM e recursos de armazenamento específicos. A densidade de contêineres em um sistema depende de sua utilização cumulativa de recursos.
• Orquestração: Ambos os sistemas podem ser orquestrados usando os aplicativos certos. Docker Swarm e Kubernetes são populares para contêineres, enquanto as VMs também podem ser orquestradas usando soluções Kubernetes.

Qual é a solução certa para você?

Tendo visto as diferenças entre contêineres e máquinas virtuais, você também deve reconhecer que cada sistema tem cenários em que funciona melhor. Portanto, a seguir está uma lista de quando usar contêineres e quando usar VMs.

Quando usar contêineres

• Microsserviços: Se você estiver usando uma arquitetura de aplicativo distribuído, em que suas diferentes partes são projetadas para serem executadas independentemente como microsserviços, um contêiner é provavelmente o melhor caminho a seguir.
• Controle do Meio Ambiente: Os contêineres também são ideais para situações em que você precisa de controle absoluto do ambiente, pois cada imagem de contêiner contém um ambiente de execução exato e 100% replicável.
• Desenvolvimento rápido: os contêineres podem ser carregados em apenas alguns segundos, tornando-os a tecnologia ideal para a implantação rápida de aplicativos sob demanda. Isso inclui teste de software, orquestração e dimensionamento de sistemas de produção.
• Eficiência de recursos: os contêineres podem maximizar melhor os recursos de hardware de uma máquina devido ao seu design, pois cada contêiner é flexível com sua CPU e uso de memória.
• Escala horizontal e vertical: os contêineres funcionam bem para situações de dimensionamento horizontal e vertical. O dimensionamento horizontal é o lançamento simples de mais contêineres para lidar com fluxos de trabalho mais altos, enquanto o dimensionamento vertical é o aumento nas alocações de CPU e memória de um determinado contêiner ou grupo de contêineres.

Quando usar máquinas virtuais

• Forte isolamento de aplicativos: Uma máquina virtual é uma boa solução sempre que você precisa executar código em um ambiente completamente isolado de outros processos. Um exemplo seria executar um software que provavelmente está infectado com malware.
• GUI: Uma máquina virtual pode ser a solução certa quando você precisa executar um aplicativo que interage por meio de uma interface gráfica com o usuário.
• Dimensionamento Vertical: você pode dimensionar facilmente aplicativos de VM verticalmente aumentando sua alocação de CPU e memória do software de virtualização.
• Acesso em nível de hardware: as máquinas virtuais também são ótimas para aplicativos que consomem muitos recursos ou que precisam de acesso direto à CPU ou configurações específicas de hardware.
• Aplicativos legados: alguns aplicativos dependem de bibliotecas específicas ou recursos do sistema operacional. Portanto, eles são melhor executados no ambiente exato de que precisam.

Lista de máquinas virtuais e ferramentas de conteinerização

Existem muitas ferramentas e soluções disponíveis para criar e gerenciar máquinas virtuais e contêineres. Então, aqui está uma lista rápida dos mais populares.

• Oracle VirtualBox: Gratuito e de código aberto gerenciador de máquina virtual
• Estivador: Criação e gerenciamento de contêineres de código aberto
• Kubernetes: Sistema de orquestração de contêineres de código aberto
• Contêiner: Container runtime para usuários avançados
• VMware Workstation: Execute máquinas virtuais no Linux e no Windows
• Microsoft Hyper-V: Executar máquinas virtuais no Windows
• RedHat Openshift: Virtualização de nível empresarial e plataforma de gerenciamento de nuvem
• Nômade: Para gerenciamento de orquestração
• Apache Meso: gerenciador de cluster de código aberto
• rancheiro: Para gerenciamento de vários clusters Kubernetes
• Parceria : Mecanismo Kubernetes do Google
• AWS: Amazon web services, incluindo o serverless Fargate gerenciador de contêineres

Perguntas Frequentes

Aqui estão algumas perguntas frequentes sobre máquinas virtuais em nuvem e aplicativos em contêineres.

Conclusão

Chegamos ao final desta comparação de máquinas virtuais e contêineres em nuvem. E como você viu, ambas as tecnologias são valiosas para implantar e gerenciar aplicativos na nuvem.

Sua escolha entre os dois sempre dependerá de suas necessidades. A qualquer momento, você pode se sair melhor com uma máquina virtual, uma abordagem de conteinerização ou ambas.