Сравнение контейнеров и виртуальных машин
Узнайте о различиях между контейнерами и виртуальными машинами (ВМ), их популярных поставщиках и способах их совместного применения.
Контейнеры и виртуальные машины — очень похожие между собой технологии виртуализации ресурсов. Виртуализация — это процесс, при котором единичный системный ресурс, такой как оперативная память, ЦП, диск или сеть, может быть «виртуализирован» и представлен в виде множества ресурсов. Основное отличие контейнеров и виртуальных машин заключается в том, что виртуальные машины виртуализируют весь компьютер вплоть до аппаратных уровней, а контейнеры — только программные уровни выше уровня операционной системы.
Что такое контейнер?
Контейнеры — это легкие программные пакеты, содержащие все зависимости, необходимые для запуска автономного программного приложения. К этим зависимостям относятся системные библиотеки, сторонние пакеты кода и другие приложения уровня операционной системы. Зависимости, входящие в контейнер, находятся на уровнях стека выше уровня операционной системы.
Плюсы
Минусы
Популярные поставщики контейнеров
Что такое виртуальная машина?
ВМ — это тяжелые программные пакеты, которые обеспечивают полную эмуляцию низкоуровневых аппаратных устройств, таких как ЦП, дисковые и сетевые устройства. ВМ также могут включать дополнительный программный стек для запуска на эмулируемых аппаратных средствах. Эти аппаратные и программные пакеты позволяют получить полнофункциональный снимок вычислительной системы.
Плюсы
Минусы
Популярные поставщики виртуальных машин
Какой вариант подходит для вас?
Если вы выставляете определенные требования к оборудованию для вашего проекта или ведете разработку на одной аппаратной платформе, но целевой является другая платформа, например Windows или macOS, используйте виртуальную машину. Большинство других требований, предъявляемых только к программному обеспечению, можно удовлетворить с помощью контейнеров.
Как использовать контейнеры в связке с виртуальными машинами?
Ничто не мешает использовать контейнеры и виртуальные машины вместе, хотя практические примеры такого использования могут быть ограничены. Можно создать виртуальную машину, которая эмулировала бы уникальную аппаратную конфигурацию. Затем на оборудовании этой виртуальной машины можно установить операционную систему. После того как виртуальная машина будет готова и способна загружать операционную систему, поверх нее можно установить контейнерную среду выполнения. В результате получится функциональная вычислительная система с эмулированным оборудованием, на котором можно устанавливать контейнеры.
Одним из практических примеров использования такой конфигурации являются эксперименты с развертыванием в системах на микросхеме. Популярные вычислительные устройства с системой на микросхеме, такие как Raspberry Pi или макетные платы BeagleBone, можно эмулировать как виртуальные машины, чтобы экспериментировать с запуском на них контейнеров до тестирования на реальном аппаратном обеспечении.
Но в большинстве случаев для конкретной виртуализации достаточно использовать что-то одно: ВМ или контейнеры. Чтобы сделать правильный выбор, важно понимать потребности в ресурсах и то, на какие компромиссы вы готовы пойти.
Что такое контейнер и контейнерная виртуализация
В свое время контейнерная перевозка грузов стала настоящим прорывом в логистике товаров, что в дальнейшем повлияло на экономику всего мира. Такой способ позволил удобно и без потерь перевозить товар. В IT похожий способ комплектации переняли для работы с программами и приложениями в виртуальной среде. Теперь большое количество комплектующих приложения можно поместить в виртуальный контейнер.
В этой статье мы разберём, что такое контейнеризация и для чего её используют.
Прародителем контейнеризации была технология виртуализации. Это возможность запуска нескольких операционных систем на одном физическом устройстве. Виртуализация использует ресурсы устройства (память, процессор, устройство ввода и вывода), но при этом работает как отдельный компьютер со своей операционной системой. Чтобы создать на компьютере или сервере виртуальную среду, нужно установить программу — виртуальную машину. Примерами таких программ являются VirtualBox, Parallels Desktop, Microsoft Hyper-V.
Созданием виртуальной машины и её управлением занимается гипервизор. Он обеспечивает изоляцию операционных систем друг от друга и разделение ресурсов между ОС. Виртуализация может пригодиться, например, при тестировании новой программы. При создании новых продуктов сложно сразу продумать все возможные конфликты с архитектурой ОС компьютера. Для выявления всех проблем программы проводят множество тестов и доработок. Чтобы не повредить основную операционную систему, в виртуальной среде можно создать новую (дополнительную) и протестировать программу на ней. Так как обе системы изолированы друг от друга, в случае ошибки основная ОС не пострадает.
Подобную функцию выполняет контейнеризация. Это виртуализация, которая работает на уровне операционной системы, в ядре. Ядро — центральная часть ОС, которая координирует ресурсы компьютера (процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации) для приложений. Также ядро предоставляет файловую систему и сетевые протоколы. При контейнеризации ядро операционной системы поддерживает несколько изолированных экземпляров пространства вместо одного. Эти экземпляры пространств называют контейнерами.
Контейнер ― это помещенный на виртуальный диск файл, в который упаковывается приложение со всеми необходимыми для его работы зависимостями: кодом приложения, средой запуска, системными инструментами, библиотеками и настройками. Он запускается при помощи контейнерного движка (Docker, CRI-O, Railcar, RKT, LXC).
Контейнерный движок ― это программное обеспечение, которое принимает запросы пользователя, скачивает контейнеры и запускает их. Запуск контейнера происходит при помощи API-обращений.
Отличие виртуальной машины от контейнера
Главное отличие ― способ работы. При виртуализации создается полностью отдельная операционная система. При контейнеризации используется ядро операционной системы той машины, на которой открывается контейнер.
Ещё одно значимое отличие ― размер и скорость работы. Размер виртуальной машины может составлять несколько гигабайт. Также для загрузки операционной системы и запуска приложений, которые в них размещены, требуется много времени. Контейнеры более лёгкие — их размер измеряется в мегабайтах. По сравнению с виртуальными машинами, контейнеры могут запускаться намного быстрее.
Для чего используют контейнерные системы
Удобная работа с кодом при создании нового продукта. Некоторые разработчики работают удалённо на локальных компьютерах. Нередко им приходится пересылать код программы. Чтобы упростить процесс, весь код можно собрать в один контейнер. Далее из этого контейнера будет не только легко получить программу, но и протестировать её на компьютере без ущерба для основной ОС.
Быстрая передача продукта пользователям. Часто при работе со сложными программами приходится устанавливать дополнительные настройки, скачивать библиотеки и другие вспомогательные элементы. При использовании контейнера можно сэкономить время — всё, что нужно для установки, уже содержится в нём. Пользователю достаточно ввести только одну команду для запуска. Это удобно и для разработчиков, так как пользователи меньше обращаются в техническую поддержку.
Преимущества контейнерной виртуализации
Скорость работы. Как говорилось раньше, контейнеры «весят» меньше, чем виртуальные машины, что позволяет устанавливать и запускать их быстрее, чем машины.
Защита от ошибок. Так как контейнеры изолированы один от другого, ошибки, обновления и изменения в одном контейнере не влияют на другой.
Стандартность. Большинство контейнеров основаны на стандартах, что позволяет им работать в Linux, Microsoft и других системах.
Возможности транспортировки среды. Контейнер упаковывает абсолютно все необходимые данные (сведения о приложениях, операционной системе), которые нужны для запуска. Благодаря этому контейнеры можно легко переносить из одних рабочих сред в другие.
Недостатки контейнерной виртуализации
Ограниченность архитектуры. Можно использовать только те контейнеры, которые созданы для конкретной архитектуры. Например, если контейнер создан для Linux, то его нельзя будет использовать для Windows. Также стоит отметить, что контейнеризация Linux более распространена среди разработчиков, поэтому найти контейнеры программ для других операционных систем сложнее.
Низкая безопасность. Контейнерная виртуализация распространяется в основном при помощи публичных репозиториев. Злоумышленники могут вставить свои библиотеки, которые позволят им заразить сервер пользователя. На уязвимость также влияет более низкая изоляция в отличие от виртуальных машин. Из-за этого зараженный контейнер может атаковать основную операционную систему компьютера и повредить её.
Новизна технологии. Этот вид виртуализации только начал свой путь, поэтому при работе с контейнерами могут возникать трудности. Для решения проблем можно задавать вопросы на форумах или обращаться к технической поддержке сервиса, который предоставляет услугу контейнеризации.
Мы рассмотрели, что такое технологии контейнеризации и виртуализации, для чего используются контейнеры и какие у них преимущества и недостатки. Надеемся, что статья помогла определиться, подойдет ли контейнеризация для ваших целей.
VM или Docker?
Как понять, что вам нужен Docker, а не VM? Давайте попытаемся разобраться в основных отличиях изоляции виртуальных машин (VM) и Docker-контейнеров, могут ли они быть взаимозаменяемы и как мы можем их использовать.
Так в чём же отличие Docker-контейнеров от VM?
Виртуальная машина (VM) — это виртуальный компьютер со всеми виртуальными устройствами и виртуальным жёстким диском, на который и устанавливается новая независимая ОС (гостевая ОС) вместе с виртуальными драйверами устройств, управлением памятью и другими компонентами. Т. е. мы получаем абстракцию физического оборудования, позволяющую запускать на одном компьютере множество виртуальных компьютеров. Виртуальное оборудование отображается в свойствах системы, а установленные приложения взаимодействуют с ним как с настоящим. При этом сама виртуальная машина полностью изолирована от реального компьютера, хотя и может иметь доступ к его диску и периферийным устройствам.
Установленная VM может по-разному занимать место на диске компьютера:
При использовании VM появляются дополнительные расходы на эмуляцию виртуального оборудования и запуск гостевой ОС, поддержка и администрирование необходимого окружения для работы вашего приложения. Также при разворачивании большого количества виртуальных машин на сервере объем занимаемого ими места на жёстком диске будет только расти, т.к. для каждой VM требуется место, как минимум, для гостевой ОС и драйверов для виртуальных устройств.
Docker — это ПО для создания приложений на основе контейнеров. Контейнеры и виртуальные машины решают одну задачу, но делают это по-разному. Контейнеры занимают меньше места, т.к. переиспользуют большее количество общих ресурсов хост-системы чем VM, т.к. в отличие от VM, обеспечивает виртуализацию на уровне ОС, а не аппаратного обеспечение. Такой подход обеспечивает меньший объем занимаемого места на жёстком диске, быстрое развертывание и более простое масштабирование.
Docker-контейнер даёт более эффективный механизм инкапсуляции приложений, обеспечивая необходимые интерфейсы хост-системы. Данная возможность позволяет контейнерам разделить ядро системы, где каждый из контейнеров работает как отдельный процесс основной ОС, у которого есть своё собственное виртуальное адресное пространство, таким образом данные, принадлежащие разным областям памяти, не могут быть изменены.
Docker наиболее распространенная технология использования контейнеров в работе приложения. Он стал стандартом в этой области, строясь на основе cgroups и пространстве имён, которые обеспечивает ядро Linux. Нативной ОС для Docker является Linux, поэтому запуск Docker-контейнеров на Windows будет происходить внутри виртуальной машины с ОС Linux.
Из чего создаётся контейнер?
Образ — основной элемент, из которого создаются контейнеры. Образ создаётся из Dockerfile, добавленного в проект и представляет собой набор файловых систем (слоёв) наслоённых друг на друга и сгруппированных вместе, доступных только для чтения; максимальное число слоёв равно 127.
В основе каждого образа находится базовый образ, который указывается командой FROM — входная точка при формировании образа Dockerfile. Каждый слой является readonly-слоем и представлен одной командой, модифицирующей файловую систему, записанной в Dockerfile. Данный подход позволяют разным файлам и директориям из разных файловых слоёв прозрачно накладываться, создавая каскадно-объединённую файловую систему. Слои содержат метаданные, позволяющие сохранять сопутствующую информацию о каждом слое во время выполнения и сборки. Каждый слой содержит ссылку на следующий слой, если слой не имеет ссылки, значит это самый верхний слой в образе.
Начиная с версии Docker EE 17.06.02-ee5 и в Docker Engine — Community используется Overlay2 или Overlay, в более ранних версиях используется AuFS (Advanced multi layered Union file system).
Контейнер — как это работает?
Контейнер — это абстракция на уровне приложения, объединяющая код и зависимости. Контейнеры всегда создаются из образов, добавляя доступный для записи верхний слой и инициализирует различные параметры. Т. к. контейнер имеет свой собственный слой для записи и все изменения сохраняются в этом слое, несколько контейнеров могут совместно использовать доступ к одному и тому же образу. Каждый контейнер можно настроить через файл в проекте docker-compose.yml, задавая различные параметры, такие как имя контейнера, порты, идентификаторы, зависимости между другими контейнерами. Если в настройках не задавать имя контейнера, то Docker каждый раз будет создавать новый контейнер, присваивая ему имя случайным образом.
Когда контейнер запускается из образа, Docker монтирует файловую систему для чтения и записи поверх любых слоев ниже. Именно здесь будут выполняться все процессы. При первом запуске контейнера начальный слой чтения-записи пуст. Когда происходят изменения, они применяются к этому слою; например, если вы хотите изменить файл, этот файл будет скопирован из нижнего слоя только для чтения в слой для чтения и записи. Версия файла, доступная только для чтения, все еще будет существовать, но теперь она скрыта под копией.
Как работает каскадно-объединённая файловая система?
Каскадно-объединённая файловая система (ФС) реализует механизм копирования при записи (Copy-On-Write, COW). Рабочей единицей является слой, каждый слой следует рассматривать как отдельную полноценную файловую систему с иерархией директорий от самого корня. Данный подход использует объединенное монтирование файловых систем, позволяя, прозрачно для пользователя, объединять файлы и каталоги различных файловых систем (называемых ветвями) в единую связанную файловую систему. Содержимое каталогов с одинаковыми путями будет отображаться вместе в одном объединенном каталоге (в едином пространстве имён) полученной файловой системы.
Объединение слоёв происходит по следующим принципам:
Вывод
При необходимости виртуализации системы с гарантированно выделенными ресурсами и виртуальным аппаратным обеспечение, стоит выбрать VM. Что даёт использование VM:
Если вы хотите изолировать работающие приложения как отдельные процессы, вам подойдёт Docker. Что даёт использование Docker:
Контейнеры и виртуальные машины: В чем ключевые различия?
Виртуализация изменила облик современных вычислений благодаря повышению эффективности использования ресурсов, отделению приложений от базового оборудования и повышению мобильности и защиты рабочих нагрузок. Но гипервизоры и виртуальные машины — это лишь один из подходов к развертыванию виртуальных рабочих нагрузок. Виртуализация контейнеров стала эффективной и надежной альтернативой традиционной виртуализации, предоставляя новые возможности и новые проблемы для специалистов центров обработки данных.
Разница между контейнерами и виртуальными машинами заключается в основном в расположении слоя виртуализации и способе использования ресурсов ОС. Контейнеры и виртуальные машины — это просто разные способы предоставления и использования вычислительных ресурсов — процессоров, памяти и ввода-вывода — которые уже присутствуют в физическом компьютере. Хотя цель виртуализации, по сути, та же, что и у контейнеров, подход существенно отличается, и каждый подход предлагает уникальные характеристики и компромиссы для корпоративных рабочих нагрузок.
Что такое виртуальные машины?
Виртуальные машины полагаются на гипервизор, который представляет собой программный слой, установленный поверх аппаратного обеспечения системы. Такие гипервизоры называются гипервизорами типа 1. Гипервизоры первого типа, такие как VMware vSphere ESXi и Microsoft Hyper-V, воспринимаются как самостоятельные ОС. После установки уровня гипервизора администраторы могут создавать экземпляры виртуальных машин из доступных вычислительных ресурсов системы. Затем каждая ВМ может получить свою уникальную ОС и рабочую нагрузку. Таким образом, ВМ полностью изолированы друг от друга — ни одна ВМ не знает о присутствии другой ВМ в той же системе и не полагается на нее, а вредоносное ПО, сбои приложений и другие проблемы влияют только на эту ВМ. Администраторы могут переносить виртуальные машины из одной виртуализированной системы в другую, не обращая внимания на аппаратное обеспечение или ОС системы.
В системе может быть создано множество виртуальных машин. Часто первой ВМ является хост-ВМ, используемая для рабочих нагрузок управления системой, таких как Microsoft System Center. Последующие ВМ содержат другие рабочие нагрузки предприятия, такие как база данных, ERP, CRM, сервер электронной почты, медиа-сервер, веб-сервер или другие бизнес-приложения. ВМ отличаются несколькими общими чертами или характеристиками:
Преимущества виртуальных машин
За последние 20 лет виртуальные машины стали стандартом де-факто для корпоративной виртуализации, и они дают бизнесу множество преимуществ, включая:
Недостатки виртуальных машин
Несмотря на значительные преимущества, виртуальные машины также имеют ряд недостатков:
Что такое контейнеры?
Виртуализированная контейнерная среда устроена по-другому. При использовании контейнеров сначала на систему устанавливается ОС хоста, например Linux, а затем поверх нее устанавливается слой контейнеров — как правило, менеджер контейнеров, например Docker. Менеджер контейнеров, по сути, обеспечивает функцию гипервизора для контейнеров. Этот подход практически идентичен гипервизорам типа 2.
После установки слоя для контейнеров администраторы могут создавать экземпляры контейнеров из доступных вычислительных ресурсов системы и развертывать компоненты корпоративных приложений в контейнерах. Однако каждое контейнерное приложение использует одну и ту же базовую ОС: единую ОС хоста. Хотя слой контейнеров обеспечивает уровень логической изоляции между контейнерами, общая ОС может представлять собой единую точку отказа для всех контейнеров в системе. Как и в случае с ВМ, контейнеры также легко переносятся между физическими системами при наличии подходящей ОС и среды контейнерного уровня.
Преимущества контейнеров
Контейнеры обладают своими уникальными свойствами и характеристиками:
Недостатки контейнеров
Контейнеры обеспечили огромную масштабируемость и гибкость для корпоративных организаций, но есть и несколько недостатков:
Сравнение контейнеров и виртуальных машин
Контейнеры и виртуальные машины обладают уникальными характеристиками, но при выборе технологии виртуализации необходимо учитывать множество аспектов. В следующем списке приведены некоторые из наиболее распространенных сравнений:
Контейнеры в сравнении с виртуальными машинами: Вопросы безопасности
Не секрет, что безопасность рабочих нагрузок и данных является критически важным вопросом практически для каждого предприятия. Простое поддержание работоспособности рабочей нагрузки часто является вопросом непрерывности бизнеса и соблюдения корпоративных норм. А постоянно присутствующая угроза хакеров, вредоносных программ, вторжений и других злонамеренных действий делает жизненно важным выбор защищенных сред для корпоративных приложений, как для предотвращения, так и для локализации любых недостатков безопасности или проблем, которые могут возникнуть.
ВМ обычно считаются наиболее безопасной и устойчивой платформой для рабочих нагрузок. Технологии гипервизоров хорошо отработаны, а логическая изоляция, которую гипервизоры обеспечивают между ВМ, гарантирует, что каждая ВМ существует как отдельный логический сервер со своей ОС и драйверами. Однако все элементы, работающие в ВМ и вокруг нее — ОС, приложения, драйверы, авторизация и аутентификация, а также сетевой трафик — подвержены недостаткам безопасности, которые необходимо постоянно устранять, как и в любом традиционном физическом развертывании. Когда для обеспечения безопасности требуется наивысший уровень изоляции, виртуальные машины, как правило, имеют преимущество.
Контейнеры являются гибкими и быстрыми, но все контейнеры работают на базе общей ОС. Технически это нормально, но любые ошибки или недостатки в системе безопасности ОС могут потенциально подвергнуть опасности все контейнеры, работающие на общем ядре ОС. Базовое ядро ОС представляет собой единую точку уязвимости. Как минимум, системы, используемые для контейнеров, обычно используют надежную и проверенную ОС. Администраторы применяют обновления и исправления безопасности ОС только после тщательного тестирования и проверки. Для защиты сервера обычно применяются такие тактики безопасности, как обнаружение и предотвращение вторжений. Безопасность может быть усилена путем запуска групп контейнеров в виртуальных машинах, сочетая преимущества контейнеров с повышенной изоляцией виртуальных машин.
Разница между виртуализацией на уровне ОС (контейнерами) и аппаратной виртуализацией (виртуальными машинами) в InfoboxCloud
При создании виртуального сервера в InfoboxCloud пользователь может установить флаг «Я буду управлять ядром ОС». Если флаг не установлен — используется виртуализация на уровне ОС (по-умолчанию). Если флаг установлен — используется аппаратная виртуализация.
В этой статье мы ответим на часто задаваемый вопрос: в чем разница в типах виртуализации InfoboxCloud и какую виртуализацию выбрать.
Виртуализация на уровне ОС
Виртуализация на уровне ОС позволяет виртуализовывать физические серверы на уровне ядра операционной системы.
Слой виртуализации ОС обеспечивает изоляцию и безопасность ресурсов между различными контейнерами. Слой виртуализации делает каждый контейнер похожим на физический сервер. Каждый контейнер обслуживает приложения в нем и рабочую нагрузку.
Основные преимущества контейнерной виртуализации
Особенности контейнеров в InfoboxCloud
С точки зрения приложения каждый контейнер — независимая система. Независимость предоставляется уровнем виртуализации операционной системы Parallels Cloud Server. На виртуализацию тратится минимальное количество ресурсов CPU: 1–2%.
После создания контейнера шаблон операционной системы, из которого происходило создание, больше не нужен. Это значит, что даже если мы обьявим какую-то ОС устаревшей и удалим ее из облака — ваши созданные серверы продолжат работать.
Контейнеры используют нативные журналируемые квоты диска и в случае краха физического сервера не требуется пересчет квот.
Аппаратная виртуализация
В аппаратной виртуализации базовый слой — гипервизор. Этот слой загружается на сервере и обеспечивает взаимодействие между аппаратным обеспечением сервера и виртуальными машинами. Чтобы предоставить ресурсы виртуальным машинам, обеспечивается их виртуализация на сервере. Виртуальные машины запускают свою собственную копию операционной системы и приложений на виртуализированном оборудовании.
Основные преимущества аппаратной виртуализации
Созданный виртуальный сервер, как и в случае с виртуализацией на уровне ОС, не зависит от наличия шаблона ОС в облаке. В случае обновления или удаления шаблона изменений на виртуальном сервере не произойдет.
Какую виртуализацию выбрать?
Если вы никогда не думали над этим — используйте контейнерную виртуализацию. Она отлично подходит для большинства задач на виртуальном Linux–сервере. Вы получите максимально быстрое время создания сервера и перезагрузки (что очень важно при миграции сервера). Также при использовании виртуализации на уровне ОС доступно автомасштабирование оперативной памяти.
Если вам необходима Windows, установка расширений ядра ОС (например для VPN), полный контроль над ядром ОС, возможность использования Docker, ручной апгрейд самой ОС — используйте аппаратную виртуализацию.
