Виртуализация и контейнеризация — это технологии абстракции физического оборудования. Мы разобрались, чем они отличаются друг от друга и что у них общего. Помимо этого, в статье представлен разбор каждой технологии по отдельности.
📜 Читайте также: Терминальный сервер: что такое и как использовать
Виртуализация: обзор
В основе технологии виртуализации — виртуальная машина (далее ВМ), которая представлена в виде изолированной программной среды и является имитацией аппаратного обеспечения конкретной платформы.
Зачем нужна ВМ
Если вам необходимо управлять всеми настройками ядра операционной системы и при этом избегать конфликтов между ядром и аппаратным обеспечением, то стоит рассмотреть создание виртуальной машины. Также к преимуществам ВМ можно отнести поддержку большого числа функций в отличие от конкретной сборки, возможность установки/оптимизации систем с модифицированным ядром и легкий перенос ВМ с одного сервера на другой. Далее рассмотрим контейнеры.
Контейнеризация: обзор
Контейнеры содержат настроенную среду для развертывания приложений. Чтобы установить и запустить платформу контейнеризации, необходимо наличие установленного ядра с достаточным количеством системных ресурсов, которые нужны для работоспособности контейнеров.
Если изоляция обеспечена, контейнеры можно переносить с одного сервера на другой. Для развертывания контейнера версия операционной системы не имеет значения, однако требуется совпадение базы ядра.
Различия и сходства двух технологий
Чтобы увидеть разницу, не будем устраивать батл между виртуализацией и контейнеризацией, а сравним их по критериям.
Безопасность и изоляция
Виртуализация. Преимущество виртуализации заключается в том, что виртуальную машину можно изолировать от других виртуальных машин, а также от остальной части сервера. По этой причине развертывание ВМ будет выгодно, если перед вами стоит задача отделить собственные приложения от других приложений, которые расположены на том же сервере или в пределах кластера. По критерию безопасности виртуальные машины являются более надежными, поскольку уровень сетевой безопасности выше.
Контейнеризация. В отличие от виртуальных машин, контейнеры менее надежны в обеспечении пограничной безопасности, хоть и способны обеспечить уровень изоляции. В связи с этим были разработаны несколько решений, например, Hyper-V. Они позволяют изолировать отдельные контейнеры в виртуальную машину. Это тот случай, когда контейнеризация и виртуализация пересекаются, дополняя друг друга.
Ресурсы операционной системы
Виртуализация. В случае с виртуальной машиной у вас есть полноценная операционная система с ядром. При этом есть требования к таким выделяемым аппаратным ресурсам, как объем оперативной памяти, объем хранилища, а также процессорная мощность.
Контейнеризация. При использовании технологии контейнеризации задействуется минимум аппаратных ресурсов. Для того чтобы запустить контейнеры под операционную систему с определенным ядром, формируется образ (Image) в гипервизоре (Docker) и создается необходимая программная среда.
Обновление операционной системы
Виртуализация. Перед выбором технологии виртуализации необходимо учесть, что все обновления операционной системы загружаются и инсталлируются на каждую виртуальную машину отдельно. Таким образом, чтобы очередной раз установить операционную систему, первоначально необходимо обновить ВМ или создать новую. Недостаток — большие временные затраты.
Контейнеризация. Рассмотрим, как это происходит в случае с контейнерами. Первоначально придется изменить файл, который содержит данные об образе. Для этого необходимо внести изменения в строчки, в которых указана используемая версия операционной системы. Затем Image пересобирается и переходит в реестр. После чего образ необходимо развернуть повторно, используя оркестратор. Это также требует немало времени, и для автоматизации этих действию можно установить такие популярные программы, как Kubernetes и Docker Swarm.
Механизмы развертывания
Виртуализация. В зависимости от количества виртуальных машин используются разные механизмы развертывания. Для развертывания одной ВМ используйте инструменты Windows (или Linux), а также гипервизор Hyper-V, о котором мы говорили выше. При использовании двух и более ВМ рекомендуем обратить внимания на решения вроде PowerShell.
Контейнеризация. Тот же принцип с технологией контейнеризации. Если вам требуется провести развертывание одиночных контейнеров из образов, то это делается через гипервизор. Например, Docker. При массовом развертывании возникает потребность в использовании платформы оркестрации.
Хранение информации
Виртуализация. В случае с хранением данных также все зависит от количества виртуальных машин. Если ВМ одна, то для организации локального хранилища применяется VHD. При большем количестве ВМ и серверов используется протокол SMB.
Контейнеризация. С контейнерами ситуация отличается, поскольку у гипервизоров есть собственные инструменты, которые предназначены для хранения данных. В качестве примера будем рассматривать Docker. Он содержит локальный репозиторий Registry, который позволяет создавать приватные хранилища, а также отслеживать версии образов. Помимо Registry, у него есть публичный репозиторий Docker Hub. Он используется для взаимодействия с GitHub. Подобные инструменты можно найти в платформах оркестрации. К примеру, Kubernetes использует мощности Azure для организации файловых хранилищ.
Балансировка нагрузки
Виртуализация. Чтобы распределить нагрузку, виртуальные машины требуется перемещать с сервера на сервер. Или если вы перемещаете между кластерами, то выбирайте кластер с лучшей отказоустойчивостью.
Контейнеризация. Чтобы сбалансировать нагрузку, оркестраторы могут производить автоматический запуск и автоматическую приостановку работы как отдельного контейнера, так и целых групп. Это позволяет добиться гибкого распределения нагрузки между узлами.
Отказоустойчивость
Виртуализация. При отказе одной из ВМ, она переносится на другой сервер с перезагрузкой операционной системы.
Контейнеризация. Если произошел сбой на сервере, то с помощью оркестратора можно создать эти же контейнеры на другом сервере.
Преимущества и недостатки технологии виртуализации
На основании вышесказанного выделим положительные стороны виртуализации:
- Надежное обеспечение изоляции. Поскольку все ВМ изолированы друг от друга, отказ одной из них не способен вывести из строя другие, даже если они развернуты на одном сервере. Это свойство также вносит вклад в обеспечение сетевой безопасности, поскольку заражение одной ВМ не затрагивает другие машины.
- Высокая производительность благодаря распределению нагрузки. Это преимущество обязано легкому и быстрому переносу ВМ с одного сервера или кластера на другой.
- Экономия ресурсов, поскольку вы можете развернуть больше одной ВМ, используя один сервер. Это убирает потребность в приобретении нескольких серверов, а также упрощает процесс формирования кластеров в ЦОД.
Недостатки
- Высокая нагрузка на процессорные мощности, поскольку нередко объемы виртуальных машин исчисляются в гигабайтах. Но это неудивительно, поскольку ВМ содержит целую операционную систему.
- Ограниченная масштабируемость. Для задач, которые требуют мгновенного масштабирования, ВМ будет не лучшим вариантом. В зависимости от «тяжести» ВМ может потребоваться много времени на развертывание, что невыгодно для выполнения краткосрочных вычислительных задач.
- Стоимость использования виртуализации. Вопросы с лицензированием отчасти закрываются, но перед развертыванием ВМ стоит учитывать цены и на операционную систему, и на приложения, с помощью которых производится развертывание. Также стоит отметить, что цены на разветвленную инфраструктуру еще выше.
Преимущества и недостатки контейнеризации
Начнем с преимуществ:
- Задействовано меньше серверных мощностей, так как для работы с контейнерами требуется ядро одной и той же операционной системы.
- Масштабирование. Небольшие размеры образов ускоряют процесс разворачивания и уничтожения контейнеров. На это уходит в разы меньше времени, чем при работе с ВМ. Это выгодное решение, если есть потребность в динамическом масштабировании или решении краткосрочных задач, что никак невозможно с ВМ.
- Запуск однотипных контейнеров. По сравнению с ВМ, контейнерные образы остаются неизменными. То есть для проведения тестирования можно создавать и запускать n-ое количество однотипных контейнеров. Также не возникает сложностей с обновлением контейнеров, поскольку каждый новый образ содержит обновленные данные.
Недостатки контейнеризации
- Проблема совместимости. Например, контейнеры, созданные в Docker или в другом гипервизоре не каждый раз могут взаимодействовать друг с другом. Также отмечают проблемы с оркестраторами, поскольку они не всегда поддерживают определенные инструменты. В качестве примера: Docker Swarm не будет работать корректно с OpenShift. Перед работой с контейнерами необходимо заранее продумать инструментарий, который будет задействован в работе.
- Ограничения жизненного цикла. Для постоянного хранения контейнеров необходимо воспользоваться специальными инструментами вроде Data Volumes, который от Docker. Если контейнер удаляется, то соответственно уничтожается вся информация связанная с ним. В этом случае необходимо подумать про создание резервных копий и хранилища.
- Ограничения по размеру приложений. Этот недостаток выявился при развертывании контейнеров, которые содержат корпоративные продукты. Как правило они много весят, а контейнеры лучше подходят для работы отдельных частей приложения.
Итог
В итоге мы пришли к тому, что нельзя сказать, какая из технологии лучше. Выбрать виртуализацию и контейнеризацию зависит от целей и конкретных задач. Основная разница между ними заключается в способе использования ресурсов операционной системы.
Если требуется высокая скорость, производительность с минимальным количеством аппаратных ресурсов, то определенно выигрывают контейнеры, поскольку они легковесны и целиком зависимы от «материнской» ОС. Если требуется полноценная и изолированная операционная система, то рекомендуем еще раз ознакомиться с функционированием виртуальных машин.
Кстати, в официальном канале Timeweb Cloud мы собрали комьюнити из специалистов, которые говорят про IT-тренды, делятся полезными инструкциями и даже приглашают к себе работать.