Виртуализация и контейнеризация: особенности и отличия

Контейнеризация и виртуализация – технологии, позволяющие масштабировать, управлять и развертывать приложения в компьютерных системах. При этом инструменты не только задействуют возможности физического сервера, но и создают самостоятельные пространства и системы для работы.

Технологии являются двумя разными подходами к управлению и изоляции приложений и операционных систем, которые способны успешно дополнять друг друга.

IT-инженеры ittelo.ru постоянно работают с инструментами по виртуализации и контейнеризации систем, поэтому готовы предложить оптимальные решения, исключающие ненужные расходы.

Контейнеризация простыми словами

Контейнеризация – это разделение приложений и сервисов на изолированные и независимые контейнеры. Они содержат все необходимое для запуска – код, среду выполнения, настройки и конфигурации.

Контейнеры:

• работают в своих независимых пространствах;
• взаимодействуют через общие интерфейсы;
• переносят приложения между различными средами без изменения кода.

Контейнеризация является популярным подходом к развертыванию и управлению приложениями, особенно в сфере микросервисной архитектуры, упрощает процессы разработки, внедрение изменений, повышает эффективность использования ресурсов.

Разница между контейнеризацией и виртуализацией

Оба инструмента позволяют управлять ресурсами и развертывать приложения в ИТ-инфраструктуре.

Контейнеры:

• базируются на облачных технологиях;
• запускают приложения в изолированной среде;
• используют общее ядро операционной системы узла;
• имеют свою собственную копию ОС.

Виртуальные машины (ВМ):

• создают несколько экземпляров физической инфраструктуры в рамках одного сервера;
• имеют собственные копии ОС, пространства.

Контейнеризация более легковесная и гибкая технология, чтобы запускать и масштабировать приложения. Виртуализация требует больше времени и пространства.

Про оркестрацию

Платформа оркестрации – программное решение для автоматизации, управления и координации процессов и компонентов в компьютерных системах.

Она способна:

• автоматически управлять контейнерами;
• развертывать, масштабировать, контролировать приложения в кластерном окружении;
• реагировать на возникающие проблемы в системе;
• поддерживать аутентификацию, авторизацию и контроль доступа;
• предоставлять средства для копирования и восстановления данных;
• обеспечивать отказоустойчивость системы.

Оркестрация предоставляет средства для безопасности и надежности системы на разных уровнях.

Виртуализация и контейнеризация: обзор технологий и в чем разница

Между виртуализацией и контейнеризацией разница заключается в способе управления и изоляции приложений и операционных систем.

Виртуализация:

• запускает несколько ВМ на одном сервере;
• устанавливает на каждую виртуальную машину различные ОС и приложения, которые независимы друг от друга;
• использует гипервизор для управления и изоляции ВМ.

При контейнеризации используется общая ОС, что позволяет легко масштабировать и развертывать приложения. При этом каждый контейнер работает в собственной среде.

Виртуализация обеспечивает полную независимость между ВМ, контейнеризация запускает множество экземпляров на одном хосте.

Что такое виртуализация

Виртуализация – это процесс создания на физическом аппарате версии ресурсов – серверов, хранилищ данных, сетей или ОС.

Она обеспечивает возможность:

• делить физические ресурсы на несколько изолированных виртуальных экземпляров;
• эффективно использовать оборудование, экономить средства на его приобретение;
• повышать гибкость и масштабируемость системы, уровень ее отказоустойчивости.

Виртуализация позволяет легко создавать резервные копии и восстанавливать машины. Она широко используется в сфере IT и помогает организациям эффективно управлять своими ресурсами.

Что такое контейнеризация

Контейнеризация представляет собой инструмент увеличения ресурсных возможностей для работы с компьютерными системами.

Контейнеры:

• переносят приложения между различными средами без необходимости перекомпиляции или изменения кода;
• развертывают и масштабируют приложения на разных платформах;
• используют общее ядро ОС для эффективного применения ресурсов хост-системы.

Контейнерные экземпляры позволяют разработчикам и тестировщикам создавать приложения в пространствах, которые максимально приближены к реальной среде развертывания, что улучшает качество программного обеспечения.

Чем отличается контейнеризация от виртуализации

Отличия между технологиями сводятся к следующим аспектам:

1. Изоляция. При виртуализация она полная между ВМ, при контейнеризации – на уровне операционной системы.
2. Размер. ВМ требуют больше ресурсов (память, диск, процессор) из-за необходимости загрузки полного образа ОС.
3. Скорость запуска. Контейнеры начинают работать практически мгновенно, ВМ – нет.
4. Управление. Виртуализация использует гипервизоры для управления ВМ, контейнеризация – готовые платформы, такие как Docker.

Выбор между двумя технологиями зависит от требований и потребностей конкретной задачи или проекта.

Изоляция и обеспечение безопасности

Изолировать и обеспечить безопасность – важные аспекты виртуализации и контейнеризации.

Обе технологии:

• поддерживают физическую и логическую изоляцию между различными приложениями и ОС;
• позволяют управлять доступом к ресурсам, где приложения имеют отдельные виртуальные окружения;
• предоставляют механизмы для контроля работы с данными;
• повышают устойчивость системы и снижают вероятность возникновения сбоев, воздействия вредоносного ПО.

ВМ и контейнеры работают виртуальным образом, что обеспечивает независимость приложений. Это повышает безопасность при работе, улучшает общую защиту информации.

Работа с операционной системой

Работа с ОС предполагает выполнение следующих действий:

• установить и настроить операционную систему, поддерживающую контейнеризацию и виртуализацию, например, Linux с ядром, поддерживающим Docker или KVM;
• запустить управление ВМ, используя гипервизор;
• настроить параметры – выделение вычислительных и сетевых ресурсов, конфигурация сети и хранилища данных;
• развернуть и наладить управление контейнерами с помощью их менеджера, например, Docker, Kubernetes или LXC;
• создать экземпляры, настроить сети и хранение образов.

Важно также предусмотреть резервное копирование и восстановление виртуальных машин и контейнеров.

Обновления ОС

Ключевые аспекты обновления ОС:

• улучшается безопасность – исключается несанкционированный доступ, вредоносные действия;
• увеличиваются возможности масштабирования – расширяется пространство для ВМ, обновляются контейнеры;
• повышается стабильность виртуальных и контейнеризованных систем, устраняются ошибки, проблемы совместимости;
• оптимизируется управление ресурсами – памятью, сетями, дисковым пространством;
• поддерживаются функции, доступные в новых версиях системы.

Обновления ОС являются неотъемлемой частью эффективной эксплуатации ВМ и контейнеров.

Механизмы развертывания

Механизмы развертывания для ВМ:

• полная виртуализация – создаются целостные экземпляры ОС с собственными ядрами и управляющиеся гипервизором;
• виртуализация уровня ОС – продуцируется несколько изолированных операционных систем на возможностях ОС, не требуя гипервизора для своей работы.

Контейнеризация:

• Докер – платформа, которая позволяет упаковывать приложения и все их зависимости в контейнеры;
• Kubernetes – управление контейнерами, разработанное компанией Google, обеспечивающее отказоустойчивость и возможность горизонтального масштабирования.

Особенности хранения данных

Особенности хранения данных:

• изоляция – безопасное и независимое хранение;
• повышенная гибкость – масштабируются и перемещаются между различными хостами, добавляются новые экземпляры, изменяются их параметры;
• резервное копирование – создаются точки восстановления, копируются ВМ или контейнеры целиком;
• оптимизация ресурсов – создаются виртуальные единицы требуемого размера;
• управление с помощью шаблонов, которые включают в себя готовые настройки и конфигурации.

Это позволяет сократить нагрузку на физические ресурсы, упростить управление и обеспечить гибкость в работе с информацией.

Распределение нагрузки

Распределение нагрузки обеспечивает гибкость, масштабируемость, изоляцию, балансировку и легкость управления системой.

Для выполнения операций:

• контролируется нагрузка между несколькими виртуальными машинами или контейнерами;
• отслеживается исправность и работоспособность отдельных экземпляров;
• определяет очередность использования единиц под запросы.

Система автоматически переносит нагрузку на менее занятые виртуальные машины или контейнеры. Это позволяет оперативно оптимизировать использование ресурсов и предотвращать проблемы, связанные с перегрузкой серверов.

Отказоустойчивость

Отказоустойчивость обеспечивает непрерывность работы систем и приложений, минимизирует риски возможных сбоев и неполадок.

Ключевые позиции отказоустойчивости:

• экземпляры работают в изолированной среде, не влияют друг на друга;
• резервное копирование и восстановление;
• автоматизация – повышает эффективность и уменьшает риски ошибок;
• балансировка нагрузки – не допускает перегрузки одного ресурса;
• скорость восстановления – переключает с проблемных ВМ или контейнеров на рабочие.

Отказоустойчивость обеспечивает построение стабильных и надежных систем, непрерывность их работы для удовлетворения потребностей бизнеса.

Зачем нужна ВМ

Виртуальная машина – абстракция от реального оборудования. Она предусматривает виртуальные компоненты – процессор, память, диски и сетевые интерфейсы.

ВМ позволяет:

• изолировать приложения, ОС и данные друг от друга;
• тестировать и разрабатывать программное обеспечение;
• создавать различные конфигурации среды;
• перемещать приложения и компоненты с одной физической машины на другую;
• масштабировать систему под потребности пользователей и бизнес-процессов.

ВМ является мощным инструментом, который упрощает разработку и управление программным обеспечением, позволяет снизить затраты на оборудование и обслуживание.

Ресурсы операционной системы

При применении технологий ресурсы ОС используются оптимально и предлагают ряд преимуществ:

• облегчают задачи администрирования и позволяют эффективно использовать возможности ОС за счет централизованного управления;
• делят ресурсы между несколькими ВМ или контейнерами, что позволяет гарантировать выделенное количество процессорного времени, памяти и дискового пространства для каждого из них;
• новые виртуальные машины или контейнеры создаются в зависимости от требований приложений или сервисов.

Виртуализация и контейнеризация позволяют также создавать переносимые окружения, снимать нагрузку на систему.

Обновление операционной системы

Виртуализация предполагает загрузку и установку обновлений ОС для каждой ВМ в отдельности. С этой целью обновляются или даже создаются новые машины. Это означает, что для проведения работ требуется время.

Контейнеры также требуют внимания. Процедура обновления состоит из нескольких этапов:

• производится изменение файла, который содержит данные;
• образ преобразуется и направляется в реестр;
• осуществляется повторное развертывание.

Во время проведения задействуются оркестраторы, обеспечивающие управление контейнерами и масштабированием. Это позволяет автоматизировать процесс.

Механизмы развертывания

Механизмы развертывания при виртуализации:

• гипервизоры – специальные программы, которые позволяют создавать и управлять ВМ;
• ВМ – экземпляры ОС, существующие независимо друг от друга и хост-системы;
• образы ВМ – файлы, содержащие все необходимое для создания и развертывания машин.

Контейнеризация:

• контейнерные движки (Docker и другие) обеспечивают возможность создания новых экземпляров;
• контейнеры – изолированные единицы приложений, выполняются непосредственно на хост-системе;
• образы контейнеров – файлы, содержащие все необходимое для их запуска.

Оба подхода используются для эффективного развертывания приложений, позволяют управлять ими в IT-средах.

Хранение информации

При работе с виртуальными машинами используется Virtual Hard Drive. Это формат файла, сходный с жестким диском. Он обеспечивает работу одной ВМ. Для нескольких машин применяется протокол Server Message Block, который предоставляет общий удаленный доступ к информации.

Контейнеры наделены собственными инструментами по хранению данных. Для этого используются в Docker:

• инструмент Registry, позволяющий создавать обособленные хранилища, отслеживать версии образов;
• Docker Hub – для общих баз.

Подобные средства хранения предоставляют и другие платформы, что существенно упрощает задачу при использовании их возможностей.