Чи ви лише починаєте знайомитися зі світом інструментів візуалізації? Або, можливо, намагаєтеся розібратися в нюансах контейнерів та віртуальних машин у контексті технологічних дискусій?
Віртуалізація – це процес, де окремі обчислювальні ресурси, такі як оперативна пам’ять, процесор, мережа та дисковий простір, перетворюються на віртуальні еквіваленти, створюючи враження, ніби їх існує декілька. Ключова різниця полягає у тому, що контейнери віртуалізують лише рівні програмного забезпечення, які знаходяться вище рівня операційної системи, тоді як віртуальні машини здатні віртуалізувати цілі апаратні рівні.
Незважаючи на цю принципову відмінність, контейнери та віртуальні машини мають ряд спільних рис. Обидва підходи підвищують ефективність ІТ-інфраструктури, забезпечують переносимість застосунків, покращують процеси DevOps та сприяють оптимізації життєвого циклу розробки програмного забезпечення (SDLC). Ми докладніше розглянемо ці аспекти далі.
У цій статті ми детально розглянемо контейнери та віртуальні машини, вивчимо їхні переваги та підкреслимо важливість вибору відповідного інструменту для конкретних потреб. Передбачається, що ви вже маєте базове розуміння обох технологій. Але якщо ви тільки починаєте свій шлях, ця стаття все одно буде чудовою точкою відліку.
Історичний контекст віртуалізації
До появи контейнерів, віртуальні машини були єдиним доступним рішенням для ізоляції обчислювальних середовищ в межах фізичної інфраструктури. Лише у 2013 році компанія Docker представила своє перше програмне забезпечення для контейнеризації.
З того часу ми спостерігаємо значне зростання інтересу до контейнерів та їхньої ролі у формуванні сучасних хмарних обчислень.
Багато розробників особливо зацікавилися можливостями гнучкої розробки, які надають контейнери. Важливо відзначити, що як контейнери, так і віртуальні машини націлені на оптимізацію використання ресурсів існуючої фізичної інфраструктури.
Принципи роботи віртуалізації
Віртуалізація використовує спеціальне програмне забезпечення для створення абстракційного шару над апаратним забезпеченням комп’ютера. Це дозволяє розділити апаратні ресурси, скажімо, одного фізичного комп’ютера, на декілька віртуальних машин. Таке програмне забезпечення називається гіпервізором.
Гіпервізор дозволяє різним операційним системам працювати одночасно, використовуючи спільні фізичні обчислювальні ресурси. При використанні на фізичних комп’ютерах або серверах у центрах обробки даних, гіпервізор відокремлює комп’ютерні операційні системи (ОС) та програми від апаратного забезпечення, дозволяючи поділити фізичний комп’ютер на декілька “віртуальних машин”.
Що таке контейнер?
Джерело: docker.com
Контейнери є легким та гнучким методом віртуалізації. Вони не потребують гіпервізорів, що забезпечує швидшу підготовку ресурсів та оперативний запуск нових застосунків.
Контейнери можна розглядати як пакети програмного забезпечення, що містять усі необхідні залежності для функціонування певного застосунку.
Ці залежності включають системні бібліотеки, зовнішні пакети коду та інші програмні компоненти на рівні операційної системи. Усі залежності, що входять до контейнера, розташовані на рівнях стека, вищих за рівень операційної системи.
Переваги 👍
- Швидкість ітерації: Контейнери є легкими та містять лише необхідне програмне забезпечення високого рівня, що дозволяє легко їх змінювати та швидко ітерувати. Вони також забезпечують швидку доставку програмного забезпечення завдяки можливостям тестової розробки та оперативного розгортання.
- Надійна екосистема: Системи виконання контейнерів зазвичай надають загальнодоступні репозиторії з готовими контейнерами. Ці репозиторії містять різні популярні програмні застосунки, такі як бази даних та системи обміну повідомленнями, які можна швидко завантажити та розгорнути, заощаджуючи час командам розробників.
- Масштабування: Контейнери є оптимальним вибором для обробки великих обсягів робочого навантаження та трафіку. Фахівці з інформаційних технологій (ІТ) можуть використовувати контейнери для ефективного керування та надання хмарної інфраструктури, заощаджуючи ресурси та забезпечуючи гнучкість використання.
- Мікросервіси: Контейнери ідеально підходять для розгортання мікросервісів, які представляють собою невеликі компоненти більшої програми. Упаковуючи кожен мікросервіс в окремий контейнер, ви отримуєте можливість легко розгортати, масштабувати та керувати ними.
Недоліки 👎
- Вразливості спільного хосту: Оскільки контейнери використовують спільну апаратну систему, що знаходиться нижче рівня операційної системи, існує ризик, що експлойт в одному контейнері може поширитися та вплинути на базове обладнання. Також, використання загальнодоступних репозиторіїв попередньо зібраних контейнерів створює додаткові ризики безпеці, оскільки скомпрометований образ може стати точкою проникнення для кібератак.
- Обмеження однією операційною системою: Якщо ви використовуєте лише одну операційну систему, контейнери є зручним рішенням для запуску попередніх версій. Однак, контейнери не є оптимальним вибором, якщо ви плануєте використовувати різні операційні системи.
Популярні постачальники контейнерів
- Docker: Docker є найпоширенішим контейнерним рішенням у світі. Docker Hub є великим репозиторієм популярних контейнерних застосунків. Ви можете завантажувати контейнери з Docker Hub та розгортати їх у локальному середовищі Docker.
- Linux Containers (LXC): Проєкт Linux Containers є основою середовища виконання контейнерів Linux з відкритим вихідним кодом. LXC ізолює процеси операційної системи один від одного. Docker використовує LXC у своїй базовій архітектурі.
Що таке віртуальна машина?
Джерело: docker.com
Віртуальні машини (ВМ) – це програмні пакети, що забезпечують повну емуляцію апаратного забезпечення низького рівня, наприклад центрального процесора (ЦП), дискових пристроїв та мережевих інтерфейсів.
Віртуальні машини дозволяють запускати декілька операційних систем на одному фізичному комп’ютері. Гіпервізори є ключовим елементом взаємодії між віртуальними машинами та фізичним обладнанням. Вони розділяють віртуальні машини та розподіляють між ними ресурси, такі як пам’ять та процесори.
Переваги 👍
- Повна ізоляція: Віртуальні машини працюють ізольовано, як повністю автономні системи, захищені від експлойтів та переривань з боку інших ВМ. Якщо атака відбувається на окрему віртуальну машину, вона залишається ізольованою, що запобігає зараженню інших ВМ.
- Інтерактивна розробка: Контейнери зазвичай є статичними визначеннями очікуваних залежностей та конфігурацій. Віртуальні машини є динамічними, що дозволяє проводити інтерактивну розробку. Після визначення потреб в апаратному забезпеченні, віртуальну машину можна розглядати як комп’ютер всередині комп’ютера. Ви можете вручну встановлювати програмне забезпечення та використовувати віртуальну машину для запису конфігурації поточного стану. Знімки ВМ можна використовувати як контроль версій, а також для відновлення до попереднього стану або створення додаткових машин з потрібною конфігурацією.
Недоліки 👎
- Швидкість ітерації: Віртуальні машини є повноцінним програмним забезпеченням, тому їх створення займає більше часу. Зміни у знімку ВМ також потребують часу для ітерації та перевірки правильності роботи оновлень.
- Вартість зберігання: Віртуальні машини, як повноцінне програмне забезпечення, є досить великими за розміром. Вони швидко займають багато місця, вимірюваного гігабайтами. Це може призвести до нестачі місця на машині, де їх розміщено.
Популярні постачальники віртуальних машин
- Virtualbox: Virtualbox є однією з найвідоміших платформ віртуальних машин. Екосистема Virtualbox має додаткові інструменти для розробки та поширення образів ВМ. Це безкоштовна система емуляції архітектури з відкритим кодом, що належить Oracle.
- VMware: VMware використовує архітектуру x86 і є публічною компанією. Це рішення постачається з гіпервізором для розгортання та керування ВМ. Воно є популярним завдяки надійному інтерфейсу користувача для керування ВМ та ефективному набору корпоративних інструментів.
Контейнери проти віртуальних машин
Хоча віртуальні машини існують вже тривалий час, контейнери все частіше використовуються для подібних завдань. Ви вже ознайомилися з плюсами та мінусами обох технологій. Ось їхні ключові відмінності:
| Характеристика | Контейнери | Віртуальні машини |
| Розмір та портативність | Невеликі та портативні завдяки спільному використанню операційної системи. Займають простір у мегабайтах. Легко переміщуються між різними комп’ютерами. | Великі та менш портативні, оскільки кожна ВМ має свою операційну систему. Займають великий простір, вимірюваний гігабайтами. Не є портативними. |
| Операційна система | Не мають власної операційної системи, використовують спільну з хост-системою. | Мають власні операційні системи, що дозволяє запускати програми, несумісні з головною ОС, кілька програм у різних операційних системах, або програми, які не можуть спільно використовувати ресурси ОС. |
| Швидкість | Працюють швидше, ніж віртуальні машини, завдяки вже запущеній операційній системі. Запуск займає кілька секунд. | Працюють повільно під час завантаження, оскільки спочатку мають завантажувати власні операційні системи. Завантаження займає кілька хвилин. |
| Доступ до ресурсів | Мають доступ до всіх ресурсів на хост-машині. | Використовують спеціальні ресурси, виділені їм за допомогою гіпервізора. |
| Безпека | Менш безпечні. Контейнери, що працюють на програмному забезпеченні спільного хосту, є вразливими у випадку компрометації ОС хоста. | Більш безпечні. Кожна ВМ ізольована від інших, що знижує ризик поширення загроз. |
| Розгортання | Просте розгортання, легкі у переміщенні, оновленні. | Складне розгортання. Потрібно більше часу для розробки та розгортання. |
| Вартість | Відносно нижча, оскільки мають менше вимог, ніж віртуальні машини. | Відносно вища через високу потребу в ресурсах, складність та вартість обслуговування. |
Як використовувати контейнери та віртуальні машини одночасно
Якщо ви цікавилися, чи можна використовувати контейнери та віртуальні машини разом, то відповідь – так, хоча практичні випадки такого використання обмежені. Можна створити віртуальну машину для емуляції певної конфігурації апаратного забезпечення та встановити в ній операційну систему.
Після завантаження операційної системи та повного функціонування ВМ ви отримаєте емульовану обчислювальну систему зі спеціальним апаратним забезпеченням, на яку можна встановлювати контейнери.
Прикладом є експерименти з системами розгортання на чіпах. Популярні методи для обчислювальних пристроїв, таких як BeagleBone та Raspberry Pi, можуть бути емульовані у вигляді віртуальних машин для тестування робочих контейнерів перед їхнім розгортанням на реальному обладнанні.
Іншою перевагою поєднання контейнерів і ВМ є підвищення безпеки. Наприклад, можна розгортати контейнери всередині віртуальних машин. Розглянемо приклад, де на одному комп’ютері розгорнуто 10 контейнерів. У випадку злому комп’ютера, ви ризикуєте вплинути на всі 10 контейнерів. Для вирішення цієї проблеми, можна розмістити 10 контейнерів на 10 різних віртуальних машинах. Якщо одна ВМ буде скомпрометована, то інші частини системи залишаться у безпеці.
Заключні слова
Якщо ваш проєкт має точні специфікації апаратного забезпечення або ви розробляєте на одному апаратному забезпеченні, але плануєте використовувати іншу ОС, наприклад Windows vs MacOS, то найкращим вибором буде використання віртуальних машин. В інших випадках, коли вимоги стосуються лише програмного забезпечення, контейнери стануть оптимальним рішенням.
У більшості ситуацій, ваші потреби можуть бути задоволені будь-яким із цих підходів. Для вибору найкращого варіанту, важливо усвідомити свої потреби в ресурсах та компроміси. Таким чином, правильний інструмент залежатиме від вашого конкретного проєкту.
Якщо вам потрібне швидке та ефективне розгортання, контейнери будуть найкращим вибором. Якщо вашій організації необхідно віртуалізувати повну операційну систему на апаратному забезпеченні, то віртуальні машини будуть оптимальним варіантом. А якщо ви націлені на максимальну безпеку, поєднання обох підходів буде найкращим рішенням, хоча це пов’язано з додатковими витратами.
І контейнери, і віртуальні машини є ефективними рішеннями. Ваші конкретні вимоги мають бути вирішальним фактором при виборі. Якщо вам потрібні додаткові вказівки та глибше розуміння, ви можете звернутися до статті “Docker проти віртуальної машини”.