虚拟机与容器：全面比较

虚拟机和容器化是在单个平台上部署多个执行环境的两种方法。

这两种技术可以轻松创建以物理基础设施为模型的虚拟环境，从而进一步使用户能够优化资源。

本文探讨了它们的相似点和不同点。 它还研究了它们在不同用例中的优点和缺点，让您更好地了解如何以及何时最好地利用它们。

虚拟机管理程序和容器引擎

许多网站和互联网应用程序都是在共享托管环境中开始的，其中两个或多个应用程序共享物理服务器的所有资源。 这带来了问题，因为一个受损的应用程序可能会影响其他应用程序，无论是安全性还是性能。 当时最简单的解决方案是运行专用服务器，遗憾的是这会增加成本。

虚拟化就是为了解决这些问题而出现的。 首先，虚拟机管理程序使物理服务器能够托管多个虚拟服务器——具体取决于它拥有的 CPU 和 RAM 数量。 这允许不同的应用程序、网站或客户端以较低的成本在其隔离的环境中运行，而无需专用的物理服务器。

容器的出现同样是为了进一步降低成本并解决开发人员在使用虚拟机时面临的许多问题。 如今，这两种技术并存，各有其优点和缺点。

什么是虚拟机？

虚拟机或 VM 是模仿物理系统的虚拟化计算机执行环境的一种形式。 虚拟机使用称为 管理程序 访问物理基础设施上的特定资源，使其能够作为独立的操作系统运行。

虚拟机的操作系统称为客户操作系统，而物理服务器上的操作系统称为主机操作系统。 主机操作系统可以托管多个来宾操作系统实例，具体取决于其拥有的内存、CPU 核心和存储量。

虚拟机的优点和缺点

优点

• 隔离： 虚拟机是一个高度隔离的环境，您可以将其用于多种用途。 它内部发生的任何事情都不会影响其他虚拟机，反之亦然。 原因是每个虚拟机都运行在一个或多个专用 CPU 线程上。
• 硬件优化：虚拟机允许用户在单个硬件服务器上运行多个操作系统。 这种能力可以节省成本。
• 快照和回滚：您可以随时捕获虚拟机的执行状态。 此过程称为快照，回滚只是将虚拟机恢复到确切执行状态的功能。
• 高度灵活：您可以轻松扩展或缩小虚拟机并迁移它们，使其成为开发和测试应用程序的理想平台。

缺点

• 有限的可扩展性： 尽管您可以扩展虚拟机，但它们并不像容器那样容易扩展。
• 复杂：虚拟机需要更多开销来管理，例如更新和监控，这可能会导致大规模部署中出现问题。
• 授权计划：运行多个虚拟机可能会产生许可费用。

什么是容器？

容器也是一种虚拟化技术，允许用户在物理系统上创建和维护隔离的执行环境，而无需依赖系统的虚拟机管理程序或直接访问CPU和其他资源。

当执行数据文件的内容时创建容器。 该文件称为容器映像，包含需要安装在主机操作系统上以创建所需容器的所有库。

容器是轻量级的，提供一致且可移植的环境，这对于现代软件开发非常有用。 只要硬件规格可以支持，它们也可以在同一物理主机上并行执行。

容器的优点和缺点

优点

• 一致的环境： 容器中的内容物是固定且准确的。 这意味着无论何时运行它都会产生相同的执行环境。
• 资源效率： 容器只使用它们需要的资源。 您无需预先设置 CPU 或分配内存。 这也允许更多的容器包装在一起。
• 快速部署： 容器重量轻且部署速度快，通常只需要几秒钟即可开始工作。
• 隔离： 容器是一个隔离的执行环境。 虽然它不像虚拟机那样隔离，但它仍然是运行专注于只做一项工作并做好它的微服务的最佳解决方案。

缺点

• 有限的旧应用程序支持： 如果您正在处理需要操作系统或硬件设备的特定功能的应用程序，那么容器可能不是您的最佳解决方案。
• 临时数据： 当容器被销毁时，有关容器的所有内容都会被销毁，其中包括数据。 不过，有一些方法可以通过容器来保存持久数据。
• 内核依赖： 容器引擎在主机操作系统上运行，这限制了您在环境中可以执行的操作。

虚拟机和容器的差异

• 建筑：虚拟机旨在并行运行多个操作系统。 每个操作系统都是完全隔离的，并分配固定数量的资源。 另一方面，容器运行在相同的操作系统上，但在不同的虚拟环境中。 每个容器仅包含它需要的库，并与其他容器共享可用的硬件资源。
• 图像大小：最小的容器映像是 4.8MB 的 Docker 文件，压缩后可降至 2MB。 大多数容器文件平均为数百兆字节，最大的约为 700MB。 另一方面，虚拟机的大小从 10 GB 左右开始，最大可达 150 GB。
• 隔离与安全：虚拟机在其独占的 CPU 线程上运行并访问物理 RAM 的受限区域。 这使得他们更不容易受到来自内部和外部的攻击。 另一方面，容器共享一个操作系统，这使得它们更容易受到攻击，无论其安全实现如何。
• 部署和启动时间：由于要加载和安装的数据大多为兆字节，并且无需从光盘启动系统，容器在速度方面轻而易举地击败了虚拟机。 典型的容器只需要几秒钟即可部署，而虚拟机则需要几分钟。
• 资源利用和成本：每台物理服务器虚拟机的密度较低，因为每个虚拟机都需要特定的 CPU、RAM 和存储资源。 系统上容器的密度取决于它们的累积资源利用率。
• 编曲配置：两个系统都可以使用正确的应用程序进行编排。 Docker Swarm 和 Kubernetes 在容器领域很受欢迎，而虚拟机也可以使用 Kubernetes 解决方案进行编排。

哪种解决方案适合您？

了解了容器和虚拟机之间的差异后，您同样应该认识到每个系统都有其最佳运行的场景。 因此，以下列出了何时使用容器和何时使用虚拟机。

何时使用容器

• 微服务：如果您使用分布式应用程序架构，其中不同部分被设计为作为微服务独立运行，那么容器可能是最好的选择。
• 环境控制： 容器也非常适合需要对环境进行绝对控制的情况，因为每个容器映像都拥有精确且 100% 可复制的执行环境。
• 快速部署：容器的加载速度只需几秒钟，这使其成为按需快速部署应用程序的理想技术。 其中包括软件测试、编排和生产系统的扩展。
• 资源效率：由于其设计，容器可以更好地最大化机器的硬件资源，因为每个容器的 CPU 和内存使用都很灵活。
• 水平和垂直缩放：容器适用于水平和垂直缩放情况。 水平扩展是简单地启动更多容器来处理更高的工作流程，而垂直扩展是增加特定容器或容器组的 CPU 和内存分配。

何时使用虚拟机

• 强应用隔离：当您需要在与其他进程完全隔离的环境中执行代码时，虚拟机是一个很好的解决方案。 一个例子是运行可能感染恶意软件的软件。
• GUI：当您需要运行通过图形用户界面交互的应用程序时，虚拟机可能是正确的解决方案。
• 垂直缩放：您可以通过虚拟化软件增加 CPU 和内存分配来轻松垂直扩展 VM 应用程序。
• 硬件级访问：虚拟机也非常适合资源密集型或需要直接访问 CPU 或特定硬件配置的应用程序。
• 遗留应用程序：某些应用程序依赖于特定的库或操作系统资源。 因此，最好在他们需要的环境中执行它们。

虚拟机和容器化工具列表

有很多工具和解决方案可用于创建和管理虚拟机和容器。 因此，这里是最受欢迎的快速列表。

• Oracle VirtualBox：免费开源虚拟机管理器
• 码头工人：开源容器创建和管理
• Kubernetes：开源容器编排系统
• 容器化：高级用户的容器运行时
• VMware工作站：在Linux和Windows上运行虚拟机
• Microsoft Hyper-V：在Windows上运行虚拟机
• 红帽 Openshift：企业级虚拟化和云管理平台
• 游牧：用于编排管理
• 阿帕奇·梅索斯（Apache Mesos）：开源集群管理器
• 农场工人：用于多个Kubernetes集群的管理
• 谷歌云：谷歌的 Kubernetes 引擎
• AWS：亚马逊网络服务，包括无服务器 法尔盖特 容器管理器

常见问题

以下是有关云虚拟机和容器化应用程序的一些常见问题。

结论

我们的云虚拟机和容器比较已经结束。 正如您所看到的，这两种技术对于在云中部署和管理应用程序都很有价值。

不过，您在两者之间的选择始终取决于您的需求。 在任何时候，您都可以使用虚拟机、容器化方法或两者来做得更好。