Контейнери проти віртуальних машин: пояснення відмінностей [2023]

Ви тільки починаєте користуватися інструментами візуалізації? Або зламати свій шлях у розмові про технології на контейнерах і віртуальних машинах.

Віртуалізація передбачає процес, у якому окремі ресурси, такі як оперативна пам’ять, процесор, мережа та диски, можуть бути «віртуалізовані» та розглядатися як кілька ресурсів. Ключова відмінність полягає в тому, що контейнери можуть віртуалізувати лише рівні програмного забезпечення, створені вище рівня операційної системи. Навпаки, віртуальні машини можуть віртуалізувати цілі машини на апаратних рівнях.

Хоча між контейнерами та віртуальними машинами існує чітка відмінність, існує список подібностей між контейнерами та віртуальними машинами, включаючи те, як вони підвищують ефективність ІТ, забезпечують переносимість до програм, покращують DevOps і життєвий цикл розробки програмного забезпечення (SDLC). Про це пізніше.

Ця публікація розбирає контейнери та віртуальні машини, занурюється в переваги обох і завершує приміткою про вибір правильного інструменту на основі ваших потреб. Також передбачається, що ви маєте необхідні знання про контейнери та віртуальні машини. Якщо ви цього не зробили, це все одно чудове місце для початку.

Історія віртуалізації

До поширення контейнерів віртуальні машини були єдиним рішенням для ізоляції середовищ у фізичній інфраструктурі. Але тільки в 2013 році компанія Docker випустила своє перше програмне забезпечення для контейнеризації.

І з тих пір ви, можливо, помітили величезний інтерес до контейнерів і того, як вони формують ландшафт хмарних обчислень.

Багато розробників зацікавились, зокрема, перевагами гнучкої розробки, яку пропонують контейнери. Однак слід зауважити, що контейнери та віртуальні машини побудовані на оптимізації ресурсів у існуючій фізичній інфраструктурі.

Як працює віртуалізація

Віртуалізація передбачає використання програмного забезпечення для створення рівня абстракції над апаратним забезпеченням комп’ютера, що дозволяє розділити апаратні елементи, скажімо, зокрема з одного комп’ютера, на кілька комп’ютерів. Таке програмне забезпечення називається гіпервізором.

Гіпервізор дозволяє різним операційним системам працювати одночасно, спільними фізичними обчислювальними ресурсами. При використанні на фізичних комп’ютерах або серверах у центрах обробки даних він дозволить фізичним комп’ютерам відокремити комп’ютерні операційні системи (ОС) і програми від апаратного забезпечення. Після цього він може розділити себе на кілька «віртуальних машин».

Що таке контейнер?

Джерело: docker.com

Контейнери — це легкий, гнучкий метод обробки віртуалізації. І оскільки їм не потрібні гіпервізори, вони дають вам право на швидше надання ресурсів і швидку доступність для нових програм.

Ви також можете переглядати контейнери як пакети програмного забезпечення, що містять залежності, необхідні для виконання програмного забезпечення керованого додатка.

Залежності включають системні бібліотеки, зовнішні (сторонні) пакети коду та включення всіх інших програм на рівні операційної системи. Усі залежності, включені в контейнер, існують на рівнях стеку, вищих за рівні операційних систем.

Плюси 👍

Швидкість ітерації – Контейнери легкі та містять лише програмне забезпечення високого рівня; їх легко регулювати, і ви можете швидко повторювати їх. Контейнери також пропонують швидку доставку програмного забезпечення завдяки тестовій розробці та доступності розгортання.

Надійна екосистема – у більшості випадків системи виконання контейнерів надають уже розміщене загальнодоступне сховище готових контейнерів. Репозиторій містить різні популярні програмні додатки, такі як бази даних і системи обміну повідомленнями, які можна завантажити та розгорнути, скорочуючи час для команд розробників.

Масштабування – перевага віддається контейнерам через їх здатність обробляти великі обсяги робочого навантаження та трафіку. Фахівці з інформаційних технологій (ІТ) можуть використовувати контейнери для керування та надання хмарної інфраструктури в ресурсозберігаючий спосіб, що сприяє гнучкому використанню.

Мікросервіси – Контейнери ідеально підходять, якщо ви хочете розгорнути кілька мікросервісів. Мікросервіси включають менші компоненти, які є частиною вашої основної програми або програмного забезпечення. Упаковуючи кожен мікросервіс як контейнер, ви маєте право на безпроблемне розгортання, масштабування та керування.

Мінуси 👎

Експлойти спільного хосту – оскільки контейнери мають спільну базову апаратну систему, побудовану нижче рівня операційної системи, існує ймовірність того, що експлойт в одному контейнері може зламатись і поширитися, впливаючи на базове обладнання. Крім того, той факт, що більшість контейнерів мають загальнодоступні сховища попередньо зібраних контейнерів, створює ризик безпеки. Ризик реалізується у випадках, коли скомпрометований або використаний публічний образ діє як уразливе місце, що створює ризик атак на кібербезпеку.

Працює лише з однією операційною системою. Якщо ви використовуєте лише одну операційну систему, контейнери дозволяють запускати попередні версії, і це добре. Однак контейнери не є найкращим варіантом, якщо ви націлені на різні операційні системи.

Популярні продавці контейнерів

Ось кілька відомих постачальників контейнерів:

Docker – Docker є найпоширенішим контейнерним рішенням у світі. Docker Hub — це велике сховище найпопулярніших контейнерних програм. Ви можете завантажити контейнери з Docker Hub і розгорнути локальне середовище виконання Docker.

Linux Containers (LXC) – проект Linux Containers стоїть за середовищем виконання контейнерів Linux з відкритим кодом. LXC ізолює процеси операційної системи один від одного. Якщо ви заглибитесь у Docker, то виявите, що Docker використовує LXC у своїй базовій архітектурі.

Що таке віртуальна машина?

Джерело: docker.com

З іншого боку, віртуальні машини (ВМ) — це великі (важкі) програмні пакети, що забезпечують повну емуляцію апаратного обладнання низького рівня, наприклад центрального процесора (ЦП), диска та мережевих пристроїв.

Віртуальні машини дозволяють запускати кілька машин на різних операційних системах, але все ще на одному комп’ютері. Як згадувалося раніше, гіпервізори — це спосіб взаємодії віртуальних машин із фізичними комп’ютерами. Гіпервізори відокремлюють віртуальні машини одна від одної та розподіляють між ними такі ресурси, як пам’ять і процесори.

Плюси 👍

Повна безпека ізоляції – віртуальні машини працюють ізольовано як повністю автономні системи, захищені від експлойтів і перерв з боку інших віртуальних машин. Якщо атака запускається на окрему віртуальну машину, вона ізольована, що унеможливлює зараження сусідніх віртуальних машин.

Інтерактивна розробка – часто контейнери є статичними визначеннями очікуваних залежностей і конфігурацій, необхідних для запуску контейнера. Віртуальні машини динамічні, що дозволяє інтерактивну розробку. Після того, як ви визначите свої потреби в апаратному забезпеченні, вважайте віртуальну машину комп’ютером без комп’ютера. Ви можете вручну інсталювати програмне забезпечення та використовувати віртуальну машину для запису конфігурації поточного стану. Знімки віртуальної машини можна використовувати як контроль версій і, якщо необхідно, для відновлення віртуальної машини до програмного забезпечення певного часу або запуску додаткових машин із необхідною конфігурацією.

Мінуси 👎

Швидкість ітерації – Віртуальні машини є програмним забезпеченням із повним стеком, тому їх створення потребує часу. Зміни у знімку віртуальної машини можуть потребувати часу для повторення та перевірки того, що останні оновлення поводяться належним чином.

Вартість розміру сховища. Виходячи з того факту, що віртуальні машини знову є повноцінним програмним забезпеченням, ви, ймовірно, очікуєте, що вони будуть значними. Так, вони займають багато місця і швидко розростаються до гігабайт. Наслідком цього є брак місця на будь-якій машині, на якій розміщені віртуальні машини.

Популярні постачальники віртуальних машин

Ось кілька популярних постачальників віртуальних машин:

Virtualbox – Virtualbox є однією з найвідоміших платформ віртуальних машин. Екосистема Virtualbox має додаткові інструменти для розробки та розповсюдження образів віртуальних машин. Це безкоштовна система емуляції архітектури з відкритим кодом, яка належить Oracle.

VMware – VMware побудовано на апаратному забезпеченні архітектури x86 і є публічною компанією. Це рішення поставляється з гіпервізором для розгортання та керування віртуальними машинами. Його вважають за краще завдяки надійному інтерфейсу користувача (UI) для керування віртуальними машинами та ефективному корпоративному інструменту, що пропонує функції підтримки.

Контейнери проти віртуальних машин

Хоча віртуальні машини існують уже давно, їх замінюють контейнери для подібних цілей. Ви бачили плюси і мінуси обох технологічних пакетів. Ось основні відмінності.

FeatureContainers Віртуальні машиниВеликі та менш портативні, оскільки кожна віртуальна машина має свою операційну систему. Віртуальні машини займають великий простір, який вимірюється гігабайтами.
Віртуальні машини не є портативними. Не мають власної операційної системи. Мають власні операційні системи й, таким чином, виконують додаткові завдання, зокрема; запуск програм, несумісних із головною ОС, кількох програм у різних операційних системах і запуск програм, які не можуть спільно використовувати ресурси та функції операційної системи. Розмір і портативність. Невеликі та портативні завдяки спільному використанню операційної системи. Контейнери займають простір у мегабайтах.
Контейнери можна переміщувати між різними комп’ютерами. Контейнери працюють швидше, ніж віртуальні машини, завдяки вже запущеній операційній системі. Запуск займає кілька секунд. Швидкісні віртуальні машини під час завантаження працюють повільно, оскільки спочатку мають завантажувати власні операційні системи. Завантаження займає кілька хвилин. Ціна віртуальних машин відносно вища — висока потреба в ресурсах і рівнях складності, а також висока вартість. Доступ до ресурсів. Контейнери мають доступ до всіх ресурсів на хост-машині. Віртуальні машини використовують спеціальні ресурси, виділені їм за допомогою гіпервізора. Безпека Менш безпечний. Контейнери, що працюють на операційному програмному забезпеченні спільного хосту, є вразливими, коли ОС хоста скомпрометована. Складне розгортання; рівень складності ВМ вказує на те, що їм потрібно більше часу для розробки. Розгортання нічим не відрізняється. РозгортанняПросте розгортання; це пов’язано з його природою, «самодостатнім» і легким у розгортанні, переміщенні чи оновленні. Ціна віртуальних машин відносно вища. Висока потреба в ресурсах і рівнях складності разом з цим є високою ціною. Вартість Ціна контейнерів відносно нижча, оскільки вимог менше, ніж у віртуальних машин. Ціна віртуальних машин відносно вища — висока потреба в ресурсах і складність ярусів, разом з цим висока вартість.

Як використовувати контейнери та віртуальні машини одночасно

Якщо ви задавалися питанням, чи можна використовувати контейнери та віртуальні машини разом, відповідь – так. Хоча практичні випадки обмежені. Ви можете створити віртуальну машину для емуляції певних конфігурацій апаратного забезпечення та інсталювати операційну систему.

Після того, як ваша віртуальна машина завантажить операційну систему і стане повністю функціональною, ви отримаєте емульовану обчислювальну систему зі спеціальним апаратним забезпеченням, на яке можна встановлювати контейнери.

Гарним прикладом для ілюстрації цієї конфігурації є експеримент із системою для розгортання чіпів. Деякі популярні методи для обчислювальних пристроїв на чіпі, таких як плати розробки BeagleBone і Raspberry Pi, можна емулювати як віртуальні машини, щоб експериментувати з робочими (запущеними) контейнерами перед тестуванням на реальному обладнанні.

Ще однією перевагою використання об’єднання контейнерів і віртуальних машин є підвищення безпеки. Наприклад, ви можете розгортати контейнери у віртуальних машинах. Розглянемо приклад, коли на одному комп’ютері розгорнуто десять контейнерів, щоб продемонструвати, наскільки це корисно.

Якщо комп’ютер буде зламано, ви ризикуєте вплинути на десять контейнерів. Рішення досягається шляхом розподілу десяти контейнерів на десять віртуальних машин. Якщо одна віртуальна машина скомпрометована, інші частини системної програми зазвичай працюють.

Заключні слова

Якщо у вас є точні специфікації апаратного забезпечення для вашого проекту або ви розробляєте на одному апаратному забезпеченні, але все ще націлені на інше, як-от Windows проти MacOS, найкраще було б використовувати віртуальні машини. В інших випадках, коли вимоги стосуються лише програмного забезпечення, найкращим варіантом буде використання контейнерів.

У більшості випадків ваші потреби будуть задоволені будь-яким із ваших виборів. Щоб вибрати найкращий, усвідомте свої потреби в ресурсах і відповідні компроміси. Тому правильний інструмент залежатиме від вашого проекту.

Якщо вам потрібне швидке й ефективне розгортання, контейнери — найкращий вибір. Якщо вашій організації потрібно віртуалізувати повну операційну систему на апаратному забезпеченні, віртуальні машини підійдуть найкраще. І якщо ви прагнете максимізувати безпеку, поєднання обох буде найкращим; однак це пов’язано з витратами.

Нарешті, і контейнери, і віртуальні машини є дійсними рішеннями. Однак ваші специфікації мають бути вирішальним керівним фактором. Якщо вам все ще потрібні додаткові вказівки та глибоке розуміння, я б запропонував звернутись до Docker проти віртуальної машини.