Виртуальные машины и контейнеры: всестороннее сравнение

Виртуальные машины и контейнеризация — это два подхода к развертыванию нескольких сред выполнения на одной платформе.

Эти две технологии упрощают создание виртуальной среды, моделирующей физическую инфраструктуру, что дополнительно позволяет пользователю оптимизировать ресурсы.

В этой статье рассматриваются их сходства и различия. Также рассматриваются их преимущества и недостатки в различных вариантах использования, чтобы дать вам лучшее представление о том, как и когда лучше всего использовать каждый из них.

Гипервизоры и контейнерные движки

Многие веб-сайты и интернет-приложения начали свою жизнь в среде общего хостинга, где два или более приложений совместно использовали все ресурсы физического сервера. Это сопровождалось проблемами, так как одно скомпрометированное приложение могло повлиять на остальные, как на безопасность, так и на производительность. В то время самым простым решением было запустить выделенный сервер, что, к сожалению, сопровождалось увеличением затрат.

Виртуализация призвана решить эти проблемы. Во-первых, гипервизоры позволяли физическому серверу размещать более одного виртуального сервера — в зависимости от того, сколько у него процессоров и оперативной памяти. Это позволяет различным приложениям, веб-сайтам или клиентам работать в своих изолированных средах с меньшими затратами без необходимости использования выделенного физического сервера.

Контейнеры также появились для дальнейшего снижения затрат и решения многих проблем, с которыми разработчики сталкивались при работе с виртуальными машинами. Обе технологии существуют сегодня рядом друг с другом, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны.

Что такое виртуальная машина?

Виртуальные машины или виртуальные машины — это форма виртуализированной среды выполнения компьютера, которая имитирует физическую систему. Виртуальная машина использует специализированное программное обеспечение, называемое гипервизор для получения доступа к определенным ресурсам в физической инфраструктуре, которая позволяет ему функционировать как независимая операционная система.

Операционная система виртуальной машины называется гостевой ОС, а операционная система физического сервера называется хостовой ОС. Хост-ОС может содержать несколько экземпляров гостевой ОС, в зависимости от того, сколько у нее памяти, ядер ЦП и хранилища.

Плюсы и минусы виртуальных машин

Плюсы

• изоляция: Виртуальная машина — это высокоизолированная среда, которую можно использовать для многих целей. Все, что происходит внутри нее, не повлияет на другие виртуальные машины и наоборот. Причина в том, что каждая виртуальная машина работает на одном или нескольких выделенных потоках ЦП.
• Аппаратная оптимизация: виртуальные машины позволяют пользователям запускать множество операционных систем на одном аппаратном сервере. Эта способность приводит к экономии средств.
• Снимки и откаты: вы можете зафиксировать состояние выполнения виртуальной машины в любое время. Этот процесс называется моментальным снимком, а откат — это просто функция, которая возвращает виртуальную машину в то же самое состояние выполнения.
• Трансформируемость: вы можете масштабировать виртуальные машины вверх или вниз и легко их мигрировать, что делает их идеальной платформой для разработки и тестирования приложений.

Минусы

• Ограниченная масштабируемость: Хотя вы можете масштабировать виртуальные машины, их масштабировать не так просто, как контейнеры.
• Многогранность: для управления виртуальными машинами требуется больше накладных расходов, таких как обновления и мониторинг, и это может привести к проблемам в крупномасштабных развертываниях.
• Лицензирование: Запуск нескольких виртуальных машин может повлечь за собой расходы на лицензирование.

Что такое контейнер?

Контейнер также представляет собой технологию виртуализации, которая позволяет пользователю создавать и поддерживать изолированные среды выполнения в физической системе, не полагаясь на системный гипервизор или прямой доступ к ЦП и другим ресурсам.

Контейнер создается при выполнении содержимого файла данных. Этот файл называется образом контейнера и включает в себя все библиотеки, которые необходимо установить в операционной системе хоста для создания нужного контейнера.

Контейнеры легкие и обеспечивают согласованную и переносимую среду, которая очень полезна для современной разработки программного обеспечения. Они также могут выполняться параллельно на одном и том же физическом хосте, насколько позволяют технические характеристики оборудования.

Плюсы и минусы контейнеров

Плюсы

• Согласованная среда: Содержимое контейнера фиксировано и точно. Это означает, что он всегда будет создавать одну и ту же среду выполнения при каждом запуске.
• Эффективность с ресурсами: Контейнеры используют столько ресурсов, сколько им нужно. Вам не нужно заранее устанавливать процессоры или выделять память. Это также позволяет упаковать больше контейнеров вместе.
• Быстрое развертывание: Контейнеры легки и быстро развертываются, часто требуется всего несколько секунд, чтобы начать работу.
• изоляция: Контейнер — это изолированная среда выполнения. Хотя это не так изолировано, как виртуальные машины, это все же лучшее решение для запуска микросервисов, которые сосредоточены на выполнении только одной работы и выполнении ее хорошо.

Минусы

• Ограниченная поддержка устаревших приложений: Если вы имеете дело с приложением, которому требуются определенные функции операционной системы или аппаратных устройств, то контейнер может быть не лучшим решением.
• Эфемерные данные: Все, что касается контейнеров, уничтожается, когда контейнер уничтожается, включая данные. Однако есть способы иметь постоянные данные с контейнерами.
• Зависимость ядра: Механизмы контейнеров работают в операционной системе хоста, что ограничивает ваши возможности в среде.

Отличия виртуальных машин и контейнеров

• Архитектура: виртуальные машины предназначены для одновременного запуска нескольких операционных систем. Каждая ОС полностью изолирована и ей выделено фиксированное количество ресурсов. С другой стороны, контейнеры работают в одной операционной системе, но в разных виртуальных средах. Каждый контейнер включает в себя только те библиотеки, которые ему необходимы, и совместно использует доступные аппаратные ресурсы с другими.
• Размер изображения: самый маленький образ контейнера — это файл Docker размером 4.8 МБ, который при сжатии уменьшается до 2 МБ. Размер большинства файлов-контейнеров составляет в среднем несколько сотен мегабайт, а самый большой — около 700 МБ. Виртуальные машины, с другой стороны, начинаются примерно с 10 ГБ и могут достигать размера 150 ГБ.
• Изоляция и безопасность: виртуальные машины работают в своих эксклюзивных потоках ЦП и имеют доступ к ограниченной области физической ОЗУ. Это делает их менее восприимчивыми к атакам как изнутри, так и снаружи. Контейнеры, с другой стороны, используют общую операционную систему, и это делает их более уязвимыми для атак, независимо от их реализации безопасности.
• Время развертывания и запуска: Имея в основном мегабайты данных для загрузки и установки и отсутствие необходимости загрузки системы с дисков, контейнеры превосходят виртуальные машины, когда дело касается скорости. Обычному контейнеру требуется всего несколько секунд для развертывания, а виртуальной машине — несколько минут.
• Использование ресурсов и затраты: виртуальные машины имеют меньшую плотность на физический сервер, поскольку для каждой виртуальной машины требуются определенные ресурсы ЦП, ОЗУ и хранилища. Плотность контейнеров в системе зависит от их совокупного использования ресурсов.
• оркестровка: Обе системы могут быть организованы с использованием правильных приложений. Docker Swarm и Kubernetes популярны для контейнеров, а виртуальные машины также можно организовать с помощью решений Kubernetes.

Какое решение подходит именно вам?

Увидев различия между контейнерами и виртуальными машинами, вы в равной степени должны признать, что у каждой системы есть сценарии, когда она работает лучше всего. Итак, ниже приведен список того, когда использовать контейнеры и когда использовать виртуальные машины.

Когда использовать контейнеры

• Микросервисы: если вы используете архитектуру распределенного приложения, в которой различные его части предназначены для независимой работы в качестве микросервисов, то, вероятно, лучше всего использовать контейнер.
• Контроль окружающей среды: Контейнеры также идеально подходят для ситуаций, когда вам нужен абсолютный контроль над средой, поскольку каждый образ контейнера содержит точную и на 100 % воспроизводимую среду выполнения.
• Быстрое развертывание: Контейнеры могут загружаться всего за несколько секунд, что делает их идеальной технологией для быстрого развертывания приложений по требованию. К ним относятся тестирование программного обеспечения, оркестровка и масштабирование производственных систем.
• Эффективность использования ресурсов: Контейнеры могут лучше использовать аппаратные ресурсы машины благодаря своей конструкции, поскольку каждый контейнер является гибким в зависимости от использования ЦП и памяти.
• Горизонтальное и вертикальное масштабирование: Контейнеры хорошо подходят как для горизонтального, так и для вертикального масштабирования. Горизонтальное масштабирование — это простой запуск большего количества контейнеров для обработки более высоких рабочих процессов, а вертикальное масштабирование — это увеличение ресурсов ЦП и памяти для конкретного контейнера или группы контейнеров.

Когда использовать виртуальные машины

• Сильная изоляция приложений: виртуальная машина — хорошее решение, когда вам нужно выполнить код в среде, полностью изолированной от других процессов. Примером может служить работающее программное обеспечение, которое, вероятно, заражено вредоносным ПО.
• Графический интерфейс пользователя: виртуальная машина может быть правильным решением, когда вам нужно запустить приложение, взаимодействующее через графический интерфейс пользователя.
• Вертикальное масштабирование: вы можете легко масштабировать приложения VM по вертикали, увеличив выделение ЦП и памяти с помощью программного обеспечения для виртуализации.
• Доступ на аппаратном уровне: Виртуальные машины также отлично подходят для ресурсоемких приложений или приложений, которым требуется прямой доступ к ЦП или определенным конфигурациям оборудования.
• Устаревшие приложения: некоторые приложения зависят от конкретных библиотек или ресурсов операционной системы. Таким образом, их лучше всего выполнять именно в той среде, которая им нужна.

Список виртуальных машин и инструментов контейнеризации

Существует множество инструментов и решений для создания и управления виртуальными машинами и контейнерами. Итак, вот краткий список самых популярных из них.

• Oracle VirtualBox: Бесплатный менеджер виртуальных машин с открытым исходным кодом.
• Docker: Создание и управление контейнерами с открытым исходным кодом.
• Kubernetes: Система оркестрации контейнеров с открытым исходным кодом.
• Контейнерд: среда выполнения контейнера для опытных пользователей.
• VMware Workstation: Запуск виртуальных машин в Linux и Windows.
• Microsoft Hyper-V: запуск виртуальных машин в Windows.
• RedHat Опеншифт: Платформа виртуализации и управления облаком корпоративного уровня.
• кочевник: для управления оркестровкой
• Апач Месос: Менеджер кластера с открытым исходным кодом
• фермер: для управления несколькими кластерами Kubernetes.
• Google Cloud: движок Google Kubernetes
• AWS: веб-сервисы Amazon, включая бессерверные Фаргейт контейнерный менеджер

Часто задаваемые вопросы

Вот некоторые часто задаваемые вопросы об облачных виртуальных машинах и контейнерных приложениях.

Заключение

Мы подошли к концу этого сравнения облачных виртуальных машин и контейнеров. И, как вы видели, обе технологии полезны для развертывания и управления приложениями в облаке.

Однако ваш выбор между ними всегда будет зависеть от ваших потребностей. В любой момент вы можете добиться большего успеха с помощью виртуальной машины, подхода к контейнеризации или того и другого.