Віртуальні машини проти контейнерів: комплексне порівняння

Віртуальні машини та контейнеризація — це два підходи до розгортання кількох середовищ виконання на одній платформі.

Ці дві технології спрощують створення віртуального середовища, створеного за моделлю фізичної інфраструктури, що ще більше дозволяє користувачеві оптимізувати ресурси.

У цій статті досліджуються їх подібності та відмінності. Він також розглядає їхні переваги та недоліки в різних випадках використання, щоб дати вам краще уявлення про те, як і коли найкраще використовувати кожен.

Гіпервізори та механізми контейнерів

Багато веб-сайтів та інтернет-додатків почали своє життя в середовищі спільного хостингу, де дві або більше програм спільно використовували всі ресурси фізичного сервера. Це супроводжувалося проблемами, оскільки одна зламана програма могла вплинути на решту як на безпеку, так і на продуктивність. Найпростішим рішенням тоді було запустити виділений сервер, що, на жаль, призвело до збільшення витрат.

Віртуалізація виникла, щоб вирішити ці проблеми. По-перше, гіпервізори дозволили фізичному серверу розміщувати більше одного віртуального сервера – залежно від того, скільки процесорів і оперативної пам’яті він має. Це дозволяє різним програмам, веб-сайтам або клієнтам працювати в ізольованих середовищах за нижчою ціною без необхідності виділеного фізичного сервера.

Контейнери також з’явилися для подальшого зниження витрат і вирішення багатьох проблем, з якими стикаються розробники віртуальних машин. Сьогодні обидві технології існують поруч, кожна з яких має свої сильні та слабкі сторони.

Що таке віртуальна машина?

Віртуальні машини або віртуальні машини є формою віртуалізованого комп’ютерного середовища виконання, яке імітує фізичну систему. Віртуальна машина використовує спеціалізоване програмне забезпечення під назвою a гіпервізор отримати доступ до певних ресурсів у фізичній інфраструктурі, що дозволяє їй функціонувати як незалежна операційна система.

Операційна система віртуальної машини називається гостьовою ОС, тоді як операційна система на фізичному сервері називається хост-ОС. Хост-ОС може розміщувати кілька екземплярів гостьової ОС, залежно від обсягу пам’яті, ядер ЦП і пам’яті.

Плюси і мінуси віртуальних машин

Плюси

• Ізоляція: Віртуальна машина — це дуже ізольоване середовище, яке можна використовувати для багатьох цілей. Все, що відбувається в ньому, не вплине на інші віртуальні машини, і навпаки. Причина полягає в тому, що кожна віртуальна машина працює на одному або кількох виділених потоках ЦП.
• Оптимізація обладнання: Віртуальні машини дозволяють користувачам запускати багато операційних систем на одному апаратному сервері. Ця здатність призводить до економії коштів.
• Знімки та відкати: Ви можете будь-коли зафіксувати стан виконання віртуальної машини. Цей процес називається знімком, а відкат — це просто функція, яка повертає віртуальну машину до того стану виконання.
• Гнучкість: Ви можете масштабувати віртуальні машини вгору або вниз і легко їх переносити, що робить їх ідеальною платформою для розробки та тестування програм.

мінуси

• Обмежена масштабованість: Хоча ви можете масштабувати віртуальні машини, їх не так легко масштабувати, як контейнери.
• складність: Віртуальні машини вимагають більше накладних витрат на керування, наприклад оновлення та моніторинг, і це може призвести до проблем у великомасштабному розгортанні.
• ліцензування: Запуск кількох віртуальних машин може призвести до витрат на ліцензування.

Що таке контейнер?

Контейнер також є технологією віртуалізації, яка дозволяє користувачеві створювати та підтримувати ізольоване середовище виконання у фізичній системі, не покладаючись на гіпервізор системи або прямий доступ до ЦП та інших ресурсів.

Контейнер створюється під час виконання вмісту файлу даних. Цей файл називається образом контейнера та містить усі бібліотеки, які необхідно інсталювати в головній операційній системі для створення потрібного контейнера.

Контейнери легкі та забезпечують узгоджене та портативне середовище, яке дуже корисне для розробки сучасного програмного забезпечення. Вони також можуть виконуватися пліч-о-пліч на тому самому фізичному хості, наскільки це підтримують специфікації обладнання.

Плюси і мінуси контейнерів

Плюси

• Послідовне середовище: Вміст контейнера фіксований і точний. Це означає, що він завжди створюватиме те саме середовище виконання під час кожного запуску.
• Ефективність з ресурсами: Контейнери використовують стільки ресурсів, скільки їм потрібно. Вам не потрібно заздалегідь встановлювати ЦП або виділяти пам'ять. Це також дозволяє пакувати разом більше контейнерів.
• Швидке розгортання: Контейнери легкі та швидко розгортаються, часто потрібно лише кілька секунд, щоб почати працювати.
• Ізоляція: Контейнер — це ізольоване середовище виконання. Незважаючи на те, що він не такий ізольований, як віртуальні машини, він все одно є найкращим рішенням для запуску мікросервісів, які зосереджені на виконанні лише однієї роботи та її виконанні добре.

мінуси

• Обмежена підтримка застарілих програм: Якщо ви маєте справу з програмою, яка потребує певних функцій від операційної системи або апаратних пристроїв, то контейнер може бути не найкращим рішенням.
• Ефемерні дані: Усе про контейнери знищується, коли контейнер знищується, включаючи дані. Однак існують способи мати постійні дані за допомогою контейнерів.
• Залежність ядра: Механізми контейнерів працюють на операційній системі хоста, що обмежує ваші можливості в середовищі.

Віртуальні машини та відмінності контейнерів

	Віртуальні машини	Контейнери
архітектура	Включає операційну систему з бібліотеками	Включає лише необхідні бібліотеки
Розмір зображення	10 - 150 ГБ	5 - 600 МБ
Ізоляція та безпека	Відносно ізольований і безпечний	Дуже ізольований і безпечний
Час розгортання та запуску	В середньому 1-3 хвилин	В середньому 1-3 секунди
Використання ресурсів	середній	Високий
витрати	Вищий	низький
Оркестрація	добре	Висока ефективність
Використовуйте випадки	Ізоляція, застарілі системи, GUI	Мікросервіси, DevOps, масштабування

• архітектура: Віртуальні машини розроблені для запуску кількох операційних систем поруч. Кожна ОС є повністю ізольованою та виділяє фіксовану кількість ресурсів. З іншого боку, контейнери працюють в одній операційній системі, але в різних віртуальних середовищах. Кожен контейнер містить лише ті бібліотеки, які йому потрібні, і ділиться доступними апаратними ресурсами з іншими.
• Розмір зображення: Найменше зображення контейнера — це файл Docker розміром 4.8 МБ, який після стиснення зменшується до 2 МБ. Більшість файлів-контейнерів мають середній розмір кілька сотень мегабайт, а найбільший – близько 700 МБ. З іншого боку, розмір віртуальних машин починається приблизно з 10 ГБ і може досягати 150 ГБ.
• Ізоляція та безпека: Віртуальні машини працюють на своїх ексклюзивних потоках ЦП і мають доступ до обмеженої області фізичної оперативної пам’яті. Це робить їх менш сприйнятливими до атак як зсередини, так і ззовні. Контейнери, з іншого боку, мають спільну операційну систему, і це робить їх більш сприйнятливими до атак, незалежно від реалізації безпеки.
• Час розгортання та запуску: з переважно мегабайтами даних для завантаження та інсталяції та відсутністю необхідності завантажувати систему з дисків, контейнери перемагають віртуальні машини, коли йдеться про швидкість. Для розгортання типового контейнера потрібно лише кілька секунд, тоді як для віртуальної машини знадобляться хвилини.
• Використання ресурсів і витрати: Віртуальні машини мають нижчу щільність на фізичний сервер, оскільки кожна віртуальна машина потребує певних ресурсів ЦП, оперативної пам’яті та пам’яті. Щільність контейнерів у системі залежить від їх сукупного використання ресурсів.
• Оркестрація: обидві системи можуть бути організовані за допомогою відповідних програм. Docker Swarm і Kubernetes популярні для контейнерів, тоді як віртуальні машини також можна оркеструвати за допомогою рішень Kubernetes.

Яке рішення підходить саме вам?

Побачивши відмінності між контейнерами та віртуальними машинами, ви повинні також визнати, що кожна система має сценарії, коли вона працює найкраще. Отже, нижче наведено перелік того, коли використовувати контейнери, а коли – віртуальні машини.

Коли використовувати контейнери

• Мікросервіси: якщо ви використовуєте архітектуру розподіленої програми, де її різні частини розроблені для незалежної роботи як мікросервіси, то контейнер, мабуть, найкращий спосіб.
• Контроль середовища: Контейнери також ідеально підходять для ситуацій, коли вам потрібен абсолютний контроль над середовищем, оскільки кожен образ контейнера містить точне та 100% відтворюване середовище виконання.
• Швидке розгортання: Контейнери можуть завантажуватися всього за кілька секунд, що робить їх ідеальною технологією для швидкого розгортання додатків на вимогу. Це включає тестування програмного забезпечення, оркестровку та масштабування виробничих систем.
• Ефективність використання ресурсів: Контейнери можуть краще максимізувати апаратні ресурси машини завдяки своїй конструкції, оскільки кожен контейнер є гнучким щодо використання процесора та пам’яті.
• Горизонтальне та вертикальне масштабування: Контейнери добре працюють як для горизонтального, так і для вертикального масштабування. Горизонтальне масштабування — це простий запуск більшої кількості контейнерів для обробки вищих робочих процесів, тоді як вертикальне масштабування — це збільшення ЦП і виділення пам’яті для конкретного контейнера або групи контейнерів.

Коли використовувати віртуальні машини

• Сильна ізоляція програми: Віртуальна машина є гарним рішенням, коли вам потрібно виконати код у середовищі, яке повністю ізольовано від інших процесів. Прикладом може бути запущене програмне забезпечення, яке, ймовірно, заражене шкідливим програмним забезпеченням.
• графічний інтерфейс користувача: Віртуальна машина може бути правильним рішенням, коли вам потрібно запустити програму, яка взаємодіє через графічний інтерфейс користувача.
• Вертикальне масштабування: Ви можете легко вертикально масштабувати додатки віртуальних машин, збільшуючи їх ЦП і розподіл пам’яті за допомогою програмного забезпечення віртуалізації.
• Доступ на апаратному рівні: Віртуальні машини також чудово підходять для додатків, які вимагають ресурсів або потребують прямого доступу до центрального процесора чи певних конфігурацій обладнання.
• Застарілі програми: деякі програми залежать від певних бібліотек або ресурсів операційної системи. Отже, їх найкраще виконувати в тому середовищі, яке їм потрібно.

Список інструментів віртуальної машини та контейнеризації

Існує багато інструментів і рішень для створення віртуальних машин і контейнерів і керування ними. Отже, ось короткий список найпопулярніших.

• Oracle VirtualBox: безкоштовний менеджер віртуальних машин із відкритим кодом
• Docker: створення та керування контейнерами з відкритим кодом
• Кубернетес: система оркестровки контейнерів з відкритим кодом
• Контейнер: середовище виконання контейнера для досвідчених користувачів
• VMware Workstation: Запуск віртуальних машин у Linux і Windows
• Microsoft Hyper-V: Запуск віртуальних машин у Windows
• RedHat Openshift: платформа віртуалізації та хмарного керування корпоративного рівня
• Кочівник: Для управління оркестровкою
• Apache Mesos: Диспетчер кластерів з відкритим кодом
• фермер: для керування кількома кластерами Kubernetes
• Google Cloud: двигун Google Kubernetes
• AWS: веб-сервіси Amazon, включаючи безсерверні Фаргейт менеджер контейнера

Поширені запитання

Ось кілька поширених запитань щодо хмарних віртуальних машин і контейнерних програм.

Висновок

Ми дійшли до кінця цього порівняння хмарних віртуальних машин і контейнерів. І, як ви бачили, обидві технології є цінними для розгортання програм у хмарі та керування ними.

Ваш вибір між ними завжди залежатиме від ваших потреб. У будь-який час ви можете зробити краще за допомогою віртуальної машини, підходу контейнеризації або обох.