Контейнеризация и виртуализация: ключевые различия и варианты использования

В этой статье мы расскажем о двух наиболее широко используемых технологиях управления инфраструктурой IT: контейнеризации и виртуализации. Обе технологии освобождают приложения от IT-устройств, позволяя им работать независимо на разных устройствах с разными ОС. В то же самое время эти подходы к управлению приложениями значительно отличаются друг от друга, имеют свои преимущества и недостатки в различных средах использования. Как же работают эти технологии и каковы будущие тенденции в области контейнеризации и виртуализации в современном мире IT?

Изучение виртаулизации: ключевые понятия и использование

Виртуализация – это технология создания виртуальной среды (нескольких изолированных сред) для управления вычислительными ресурсами в рамках одного физического устройства. Эта технология позволяет создавать виртуальную версию ОС, серверов, устройств хранения и сетевых ресурсов, вместо физической версии. Сегодня виртуализация очень распространена среди пользователей ПК в ситуациях, когда необходимо эффективно использовать одновременно несколько ОС и установленные в них программы и приложения. Благодаря изолированной работе сред, создается более эффективная, гибкая и масштабируемая IT-инфраструктура, позволяющая лучше использовать ресурсы и снизить затраты.

Принцип работы виртуализации

Принцип работы виртуализации заключается в выполнении одним физическим компьютером работы нескольких виртуальных компьютеров. Виртуализация работает путем установки программного обеспечения на аппаратное обеспечение компьютера или в операционную систему хоста в рамках технологии виртуальных машин. Виртуальная машина называется гостем, а физический компьютер – хостом. При необходимости вы можете настраивать и обновлять ОС гостей, не затрагивая операционную систему хоста.

Таким образом виртуализация имеет три основных составляющих:

Типы виртуализации

Типы виртуализации различаются в зависимости от работы виртуальной системы, как она реализована и какую функцию выполняет гипервизор.

Ниже приведены типы виртуализации и их описание.

Аппаратная виртуализация

Аппаратная виртуализация – это виртуализация серверов на аппаратном уровне, создание виртуальной машины (ВМ) или среды на основе архитектуры процессора. Эта ВМ действует как настоящий компьютер с операционной системой. Гипервизор абстрагирует аппаратные ресурсы физического сервера, включая центральный процессор (ЦП), память и хранилище, для создания нескольких виртуальных машин, которые могут работать одновременно на одном и том же оборудовании. Данная технология делает возможным использование изолированных гостевых ОС, управляемых гипервизором напрямую.

Программная виртуализация

Программная виртуализация – виртуализация, которая происходит на уровне ядра ОС. В этой форме виртуализации гипервизор устанавливается на хост-систему, создавая виртуальную среду, в которой уже установлена гостевая ОС. По сути, он выполняет функцию посредника между основными и дополнительными операционными системами. То есть основная ОС сначала связывается с гипервизором, который затем передает команды гостевой системе. Только последняя использует необходимые вычислительные ресурсы.

Виртуализация сети

Виртуализация сети – технология создания виртуальных сетей, устройств и сетевых функций. Виртуализация сети объединяет аппаратные и программные сетевые ресурсы в единый программный административный объект – виртуальную сеть. Этот тип виртуализации позволяет создавать виртуальные межсетевые экраны и виртуальные маршрутизаторы, независимо от установленного базового сетевого оборудования.

Виртуализация хранилища

Виртуализация хранилища – это виртуализация и объединение систем хранения данных. Она представляет собой программное решение, которое объединяет различные аппаратные системы хранения данных для более гибкого управления ими центральной консолью. Такой подход повышает эффективность управления ресурсами хранения и обеспечивает резервное копирование, архивирование и восстановление.

Плюсы и минусы виртуализации

Использование виртуализации, как и любой другой технологии, имеет свои преимущества и недостатки.

Внедрение виртуализации для организации и обеспечения экономической эффективности, повышение гибкости и оптимизации использования оборудования имеет огромное преимущество. Тем не менее важно уметь создавать безопасную, хорошо управляемую виртуальную среду и знать, как справиться с возникшими препятствиями.

Варианты использования виртуализации

Использование виртуализации часто связано с выполнением параллельных и резервных задач в бизнесе и не только. Благодаря своим основным преимуществам: гибкости, эффективности и масштабируемости, технология виртуализации приобрела популярность и широкий спектр использования.

Ниже приведены некоторые возможности и варианты использования виртуализации.

Запуск нескольких операционных систем.

Виртуализация позволяет одновременно работать с нескольким ОС на одной физической машине.

• Эта возможность полезна для отдельных лиц или организаций, которым необходимо запускать приложения или службы, совместимые только с определенными средами ОС.
• Технология широко используется в VPS хостинге. Несколько изолированных виртуальных пространств на одной физической машине – это эффективный расход возможностей аппаратных платформ и уменьшение стоимости хостинговых услуг для владельцев сайтов.
• Также это особенно полезно для разработчиков ПО и тестировщиков, которым необходимо проектировать, запускать и тестировать приложения в различных средах ОС без необходимости использования нескольких физических устройств.

Консолидация серверов и оптимизация инфраструктуры.

Виртуализация позволяет организациям объединить несколько физических серверов в виртуальные машины (ВМ), работающие на одном физическом сервере, снижая требования к оборудованию. Такая консолидация помогает оптимизировать ресурсы, масштабировать и экономить средства.

• Так образовательные учреждения и учебные центры используют виртуализацию, чтобы предоставить студентам разнообразные вычислительные среды для работы без необходимости использования огромного количества оборудования.
• В индустрии игр виртуализация позволяет подключаться к быстрому интернету и играть в современные игры через мощные сервера на маломощном ПК.

Непрерывность бизнеса и аварийное восстановление.

Виртуализация играет решающую роль в обеспечении непрерывности бизнеса, сокращая время простоя, и стратегии упрощенного аварийного восстановления (BCDR, Business continuity disaster recovery). В случае сбоя виртуальные машины можно быстро восстановить или активировать на площадке аварийного восстановления, гарантируя продолжение бизнес-операций с минимальными перерывами. Виртуальные среды можно реплицировать и создавать резервные копии в удаленных хранилищах более эффективно, чем на физических серверах.

Наиболее известными способами виртуализации являются VirtualBox, Windows Virtual PC.

Изучение контейнеризации: ключевые понятия и использование

Контейнеризация – технология развертывания приложения со всеми его зависимостями (дополнительными программными компонентами) в изолированных средах (контейнерах). В контейнерах содержится все необходимое для работы приложения: от кода и системных служб, до библиотеки и настроек.

Как работает контейнеризация

Контейнер работает на ядре хостовой ОС и обеспечивают полную изоляцию приложений, для их запуска в различных средах.

Технология контейнеризации имеет 3 основных этапа:

Основные компоненты контейнеризации

Основными компонентами контейнеризации являются:

• Как мы писали ранее, контейнеры – это изолированные среды для ПО, их зависимостей и всего необходимого для развертывания приложения. Они легкие, т.к. используют ядро хостовой ОС, но изолированы от других контейнеров и хост-системы.

• Оркестрация контейнеров – это автоматизированное управление контейнерами. Он включает в себя управление подготовкой, развертыванием, масштабированием, работой в сети и доступностью контейнеров.

Инструменты: Kubernetes, Docker Swarm и Apache Mesos — популярные инструменты оркестрации, причем наиболее широко распространенным является Kubernetes.

• Реестр контейнеров – это репозиторий, который используется для хранения образов контейнеров (файлов). Эти образы можно перенести в локальную среду для запуска или использовать в качестве основы для дальнейшей разработки.

Плюсы и минусы контейнеризации

Механизм контейнеризации обладает определенными плюсами и минусами:

Любая технология имеет определенные преимущества, и недостатки. Согласно экспертному мнению нашего DevOps, Anton Murashko, Kubernetes помогает бороться с недостатками контейнеризации и решает следующие «хорошо известные» задачи, связанные с управлением ресурсов, доступностью и сетевыми ограничениями. С K8s у вас есть множество стратегий обновления, которые позволяют обновлять и тестировать новые версии приложений без простоев.

Контейнеризация сегодня является ключевой технологией в наборе инструментов DevOps. Она производится при помощи таких широко используемых механизмов, как Docker Hub, Google Container Registry и Amazon Elastic Container Registry (ECR). Несмотря на минусы и риски, эта технология предлагает эффективный и гибкий способ разработки и является бесценным ресурсом в развертывании и масштабировании приложений.

Варианты использования контейнеризации

Технология контейнеризации быстро завоевала популярность благодаря своим возможностям и преимуществам в использовании.

Вот некоторые ключевые варианты использования, когда контейнеризация играет решающую роль в современных IT-средах:

Микросервисы

• Масштабируемость и гибкость. В отличие от больших «монолитных» программ, микросервисы представляют собой определенную компоновку программных систем, формирующихся из небольших независимых компонентов, взаимодействующих друг с другом через сеть. Каждый микросервис можно упаковать в виде контейнера, что обеспечивает масштабируемость и гибкость при разработке и развертывании.
• Изоляция и модульность. Контейнеры обеспечивают изоляцию между микросервисами, позволяя командам разрабатывать, развертывать и масштабировать каждый сервис независимо, не влияя на другие. Такая модульность повышает гибкость и облегчает быстрое выполнение итераций и обновлений.

Конвейеры непрерывной интеграции/непрерывного развертывания (CI/CD)

• Стандартизированные среды. Контейнеры обеспечивают согласованность между средами разработки, тестирования и производства, что помогает разработчикам упаковывать свой код в контейнеры, которые затем можно легко запускать на разных этапах конвейера.
• Автоматическое развертывание. Инструменты оркестрации контейнеров, такие как Kubernetes, облегчают автоматическое развертывание и масштабирование контейнерных приложений, обеспечивая быструю доставку новых функций и обновлений в производственные среды.

Облачные приложения

• Портативность и совместимость. Контейнеризация хорошо согласуется с облачными принципами, и легко переносятся в различные ОС или облачные платформы.
• Динамическое масштабирование. Облачные приложения, созданные с использованием контейнеров, могут в полной мере использовать преимущества облачных функций, таких как автоматическое масштабирование и предоставление ресурсов по требованию, обеспечивая оптимальную производительность и экономическую эффективность.

DevOps и гибкая разработка

• Совместная работа и эффективность. Контейнеры способствуют сотрудничеству между командами разработки, эксплуатации и контроля качества, предоставляя стандартизированную среду для создания, тестирования и развертывания приложений.
• Быстрая итерация. Контейнеры обеспечивают быструю итерацию и развертывание приложений, содействуя принципам DevOps и гибкой разработки. Команды могут быстро реагировать на отзывы пользователей, вносить изменения и выпускать обновления с минимальным временем простоя.

Контейнеризация vs виртуализация: выбор и ключевые различия между ними

Контейнеризация и виртуализация – это две совершенно разные технологии с разными подходами к организации и управлению приложениями и инфраструктурой в IT-среде. Поэтому при выборе между этими технологиями для конкретного варианта использования необходимо учитывать такие факторы, как преимущества и недостатки каждой из них, а так же область применения.

Ниже рассмотрены ключевые различия между этими двумя методами:

Заключение

Резюмируя использование этих технологий, складывается следующая картина.

Виртуализация – универсальная и эффективная технология использования IT-ресурсов, обеспечивающая решения широкого спектра задач – от управления инфраструктурой до аварийного восстановления. Это бесценная технология, помогающая консолидировать серверы, оптимизировать инфраструктуру и предоставлять гибкие, масштабируемые среды для разработки и тестирования. Контейнеризация стала незаменимой технологией в наборе инструментов DevOps, которая изменила способы разработки, развертывания и управления приложениями, предлагая такие преимущества, как масштабируемость, гибкость и эффективность.

Виртуализация и контейнеризация имеют разные подходы к управлению приложениями и абстракции ресурсов в целом, и при выборе технологии важно учитывать конкретные факторы, цели и требования использования.

Очевидно, что эти современные технологии – шаг в будущее для пользователей и предприятий, стремящихся улучшить свои IT-операции и повысить устойчивость.