Блог и Новости is*hosting - Хостинг-провайдер Нового Поколения

Контейнеризация и виртуализация: ключевые различия технологий

Written by Команда is*hosting | 16.04.2024 10:00:00

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.

VPS

Виртуальные приватные серверы - эффективная работа по приятной цене. Быстрые NVMe диски, более 30 стран, масштабирование в любой момент.

Тарифы VPS

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.

Плюсы

Минусы

  • Экономия средств. Виртуализация снижает потребность в физическом оборудовании, что приводит к значительной экономии затрат на оборудование, электроэнергию и обслуживание.
  • Эффективность. Виртуализация помогает эффективно организовать работу виртуальной среды и управлять сразу несколькими серверами одновременно.
  • Масштабируемость и гибкость. Технология виртуализации позволяет быстро масштабировать ресурсы и легко развертывать новые приложения или услуги.
  • Изоляция. Каждая виртуальная машина изолирована от других, что повышает безопасность и снижает риск сбоев системы, влияющих на другие виртуальные машины.
  • Непрерывность бизнеса. Виртуализация облегчает аварийное восстановление и планирование непрерывности бизнеса за счет упрощенного резервного копирования и миграции виртуальных машин.
  • Снижение производительности. Запуск нескольких виртуальных машин на одном физическом хосте может привести к снижению производительности, особенно если ресурсы не распределены должным образом.
  • Сложность. Управление виртуализированной средой может быть сложным и требует специальных навыков и инструментов.
  • Риски безопасности. Хотя изоляция может повысить безопасность, уязвимость гипервизора потенциально может подвергнуть риску все размещенные виртуальные машины.
  • Первоначальные накладные расходы. Затраты на первоначальную установку и лицензирование программного обеспечения для виртуализации могут быть высокими, хотя они часто компенсируются долгосрочной экономией.

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:

Плюсы

Минусы

  • Переносимость. Контейнеры могут стабильно работать на любой платформе или в облаке, что помогает не привязываться к одной физической «машине».
  • Эффективность. Контейнеры используют ядро ОС хоста, мгновенно запускаются, за счет этого они гораздо более эффективные с точки зрения системных ресурсов, чем виртуальные машины.
  • Масштабируемость и скорость. Инструменты оркестрации контейнеров обеспечивают быстрое и автоматизированное масштабирование приложений, что облегчает гибкое развертывание и эксплуатацию.
  • Изоляция. Контейнеры обеспечивают безопасную среду для приложений, т.к. они изолированы друг от друга и от хост-системы.
    • Проблемы безопасности. Т.к. контейнеры используют общую ОС хоста, это может привести к потенциальным нарушениям, если среда выполнения контейнера будет скомпрометирована.
    • Сложность управления. Инструменты оркестрации контейнеров – хорошие решения для управления контейнерами, но порой сложные для понимания и реализации, особенно в масштабе.
    • Постоянное хранилище данных. Контейнеры являются эфемерными, что может затруднить управление постоянными данными. Решения часто предполагают дополнительную сложность, например, настройку и управление томами данных или службами хранения.
  • Ограниченные возможности.

Контейнеры используются для запуска только одного приложения в каждом контейнере. Для запуска нескольких приложений необходимо создавать несколько контейнеров. Это увеличивает количество ресурсов для обслуживания и сложность управления большим количеством контейнеров.

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:

Факторы

Контейнеризация

Виртуализация

Архитектура

Контейнеризация часто подходит для архитектур микросервисов из-за ее масштабируемости и модульности.

Виртуализация может быть более подходящей для монолитных приложений, требующих полной изоляции.

Безопасность и изоляция

Контейнеры обеспечивают более легковесную изоляцию приложений, но могут быть менее безопасными, так как они используют общее ядро ОС.

Виртуальные машины предоставляют более полную изоляцию, поскольку каждая машина имеет свою собственную ОС, что повышает уровень безопасности.

Ресурсная эффективность

Контейнеры более ресурсоэффективны, так как они используют общие ресурсы хост-системы, что позволяет запускать больше контейнеров на том же оборудовании.

Виртуальные машины требуют больше ресурсов, так как каждая машина имеет собственную ОС и виртуальное аппаратное обеспечение.

Масштабируемость

Контейнеры обеспечивают высокую масштабируемость и портативность. Они легко масштабируются и могут быть запущены практически в любой среде, где есть поддержка контейнеров.

Виртуальные машины могут быть менее портативными и масштабируемыми из-за их более тяжеловесной природы и необходимости эмулировать аппаратное обеспечение.

Затраты на производительность

Контейнеры имеют меньшие накладные расходы на производительность по сравнению с виртуализацией, так как они используют общее ядро ОС хоста.

Виртуальные машины требуют дополнительных ресурсов для эмуляции аппаратного обеспечения, что может привести к более высоким накладным расходам на производительность.

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.