مقایسه مجازی سازی و کانتینرسازی

در طول سال‌ها، کسب‌وکارها زیرساخت‌ها را از سرورهای فیزیکی به فناوری‌های کارآمدتر مانند مجازی‌سازی و کانتینری‌سازی برای استقرار سریع‌تر برنامه‌ها و چرخه عمر توسعه نرم‌افزار ساده‌تر تغییر داده‌اند. این فناوری‌ها با ایجاد مقیاس‌پذیری، استقرار سریع و بهینه‌سازی هزینه، مدیریت برنامه‌ها را متحول کرده‌اند.در این مطلب، ما فناوری‌های مجازی‌سازی و کانتینری‌سازی را با هم مقایسه می‌کنیم، تفاوت‌های کلیدی بین این دو را بررسی نموده و مزایا و معایب هر کدام را برجسته خواهیم کرد.

مقایسه مجازی سازی  و کانتینرسازی  - تفاوت‌های کلیدی

مجازی‌سازی به شما امکان می‌دهد ماشین‌های مجازی (VM) را از منابع سخت‌افزاری زیرساخت با استفاده از یک لایه انتزاعی به نام Hypervisor ایجاد کنید. شما می‌توانید چندین ماشین مجازی را از یک ماشین فیزیکی ایجاد و راه اندازی کنید که هر کدام از یک سیستم عامل متفاوت استفاده می‌کنند. ماشین‌های مجازی منابع یکسانی مانند حافظه، ذخیره‌سازی و پردازنده‌ها را با سیستم میزبانی که روی آن اجرا می‌کنند به اشتراک می‌گذارند.

کانتینرسازی شکلی از مجازی سازی است که در آن یک برنامه همراه با کد، کتابخانه‌ها، وابستگی‌ها و هر چیز دیگری که برای اجرای آن در داخل یک مولفه به نام کانتینر لازم است، همراه می‌شود. کانتینر یک واحد سبک وزن و قابل حمل است که به طور مداوم در هر پلتفرم محاسباتی اجرا می‌شود. کانتینرها نسبت به ماشین‌های مجازی از نظر منابع، کارآمدتر و مقیاس پذیرتر هستند. برخلاف VM‌ها، آنها کرنل سیستم عامل یکسانی را با میزبان به اشتراک می‌گذارند و هیچ انتزاعی از منابع سخت افزاری وجود ندارد. کانتینرها اجزای کلیدی معماری میکروسرویس‌ها هستند و بخشی جدایی ناپذیر از یکپارچه سازی مداوم و تحویل مداوم (CI/CD) را تشکیل می‌دهند.

مجازی سازی چیست؟

مجازی‌سازی فناوری است که به شما امکان می‌دهد یک نمونه مجازی از یک سیستم کامپیوتری یا زیرساخت فیزیکی را با استفاده از یک لایه انتزاعی به نام Hypervisor ایجاد کنید. هایپروایزر بین سیستم عامل و ماشین مجازی قرار گرفته و منابع سخت افزاری فیزیکی پایه از جمله CPU، RAM، رابط شبکه ذخیره سازی و سایر منابع سخت افزاری را انتزاعی می‌کند.

ماشین مجازی که معمولا به عنوان VM، سیستم مهمان یا سرور مجازی شناخته می‌شود، یک منبع کامپیوتری است که سخت‌افزار کامپیوتر زیرین را شبیه‌سازی می‌کند. یک محیط مجازی است که در بالای یک هایپروایزر اجرا می‌شود، با حافظه، CPU، ذخیره سازی، USB، رابط های شبکه و سایر منابع انتزاعی از سخت افزار فیزیکی خود. یک ماشین مجازی سیستم عامل خاص خود را دارد، سیستم عامل مهمان، و به طور مستقل از میزبان اجرا می‌شود.

انواع هایپروایزر

هایپروایزرها به دو دسته تقسیم می‌شوند: هایپروایزورهای نوع 1 یا bare-metal و هایپروایزرهای نوع 2 یا hosted. بیایید تفاوت های اصلی هر یک را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.

هایپروایزورهای نوع 1 یا bare-metal مستقیم روی سخت افزار سیستم نصب شده و مانند یک سیستم عامل عمل می‌کنند. از آنجایی که آنها بدون به اشتراک گذاشتن منابع با هیچ سیستم عاملی به سخت افزار کامپیوتر زیرین دسترسی مستقیم دارند، هایپروایزرهای نوع یک، کارآمدترین و بهترین برای محیط‌های سازمانی در نظر گرفته می‌شوند. نمونه‌هایی از هایپروایزرهای نوع یک عبارتند از VMware ESXi، KVM، Citrix XenServer و Microsoft HyperV.

هایپروایزرهای نوع 2 یا hosted که در بالای یک سیستم عامل اجرا شده و نمی‌توانند مستقیم روی سخت افزار نصب شوند. از آنجایی که آنها به سیستم عامل میزبان متکی هستند، آنها را هایپروایزر میزبان نیز می‌نامند. هایپروایزورهای نوع دو در سمت کلاینت استفاده می‌شوند که برای اجرای سرورهای مجازی در مراکز داده و توسعه دهندگان و برنامه نویسان نرم افزار برای آزمایش برنامه‌ها و سیستم عامل‌ها محبوب هستند. نمونه‌هایی از هایپروایزرهای نوع دو عبارتند از Oracle VirtualBox و VMWare Workstation.

کانتینرسازی چیست؟

کانتینرسازی (Containerization) یک فناوری مجازی سازی است که از کانتینرها برای بسته بندی و ارسال برنامه‌ها استفاده می‌کند. کانتینرها واحدهای سبک وزن، قابل حمل و ایزوله هستند که شامل تمام اجزای لازم برای اجرای برنامه هستند: کتابخانه‌ها، باینری‌ها، وابستگی‌ها، فریمورک‌ها و غیره.

بسته بندی همه الزامات در یک واحد استاندارد به کانتینرها اجازه می‌دهد تا به طور قابل اعتماد در هر محیط محاسباتی اجرا شوند، چه در لینوکس، MacOS، ویندوز، یا معماری‌هایی مانند پلتفرم های ابری یا bare-metal.

برخلاف ماشین‌های مجازی، کانتینرها روی Hypervisor اجرا نمی‌شوند. در عوض، آنها بر روی یک موتور کانتینر (container engine) کار می‌کنند و کرنل و منابع سیستم عامل میزبان را به اشتراک می‌گذارند. علاوه بر این، کانتینرها حاوی ایمیج‌های سیستم عامل نیستند و این ویژگی، آنها را در مقایسه با ماشین‌های مجازی سبک‌تر و قابل حمل‌تر می‌کند.
ارائه دهندگان محبوب کانتینری شامل کانتینرهای Docker، AWS Fargate، LXC و جاوا هستند.

مزایا و معایب کانتینرسازی و مجازی سازی

با نگاهی به مجازی‌سازی و کانتینری‌سازی و تفاوت‌های قابل توجه بین آن‌ها، بیایید اکنون تمرکز را تغییر دهیم و مزایا و معایب هر کدام را بررسی کنیم.

مزایای مجازی سازی سرور

مجازی سازی مزایای متعددی را ارائه می‌دهد که منجر به افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های جاری می‌شود. بیایید به برخی از مزایای استفاده از مجازی سازی در زیرساخت نگاه کنیم.

• کاهش هزینه‌های عملیاتی

با مجازی سازی سرور، می‌توانید چندین ماشین مجازی ایجاد کنید که سیستم عامل‌ها و برنامه‌های مختلف را بر روی یک سیستم فیزیکی اجرا می‌کنند. به جای تهیه 5 سرور برای اجرای سیستم عامل‌های مختلف، می‌توانید به سادگی 5 ماشین مجازی را در همان هاست تهیه و سیستم عامل‌های دلخواه خود را روی هر کدام نصب کنید. به طور قابل توجهی هزینه‌های سربار را کاهش داده و به صرفه جویی در هزینه کمک می‌نماید.

• افزایش کارایی و بهره وری

با استفاده از سرورهای فیزیکی کمتر، زمان کمتری را صرف نگهداری و مدیریت زیرساخت‌های فیزیکی می‌کنید. در نتیجه، مقدار قابل توجهی از زمان شما صرف مدیریت و نظارت بر برنامه‌ها و خدمات می‌شود که منجر به افزایش کارایی و بهره وری می‌گردد.

• مقیاس پذیری

مجازی‌سازی به شما امکان می‌دهد به سرعت ماشین‌های مجازی جدید را بر اساس نیاز بچرخانید. شما می‌توانید در عرض چند ثانیه هر تعداد ماشین مجازی که سخت افزار شما می‌تواند پشتیبانی کند تهیه یا شبیه سازی نمائید.

• تست QA

ماشین‌های مجازی محیط‌های مناسبی برای آزمایش برنامه‌ها هستند. به این دلیل است که اکثر برنامه‌ها و سرویس‌ها بر روی ماشین‌های مجازی به همان روشی که در سرورهای فیزیکی اجرا می‌شوند، اجرا خواهند شد که به توسعه دهندگان و آزمایش کنندگان اجازه می‌دهد تا برنامه‌ها را در محیط‎‌های مختلف روی یک میزبان آزمایش کنند.

• کاهش ردپای کربن

ماشین‌های مجازی تعداد سرورهای فیزیکی را کاهش می‌دهند که منجر به کاهش مصرف برق و در نتیجه کاهش ردپای کربن در شرکت‌ها خواهد شد.

معایب مجازی سازی سرور

با وجود مزایایی که مجازی‌سازی ارائه می‌کند، معایب زیادی دارد. این شامل:

• ناسازگاری برنامه

برخی از برنامه‌ها ممکن است به طور قابل اعتماد یا پیوسته در یک محیط مجازی اجرا نشوند و ممکن است نتایج دلخواه را به همراه نداشته باشند. در برخی موارد، فروشنده برنامه ممکن است از مجازی سازی پشتیبانی نکند یا ممکن است پس از مدتی پشتیبانی را متوقف کند. این عوامل ممکن است در هنگام برخورد با برنامه‌های خاص مانع مجازی سازی شوند.

• تاخیر در عملکرد

تامین بیش از حد ماشین‌های مجازی روی سروری با منابع محدود می‌تواند منجر به افت عملکرد شود زیرا همه ماشین‌های مجازی از منابعی مشابه میزبان استفاده می‌کنند. بنابراین، انجام برنامه ریزی ظرفیت و ارزیابی دقیق نیازمندی‌های سخت افزار فیزیکی قبل از مجازی سازی محیط خود توصیه می‌شود.

• گسترش ماشین مجازی

گسترش مجازی سازی یا پراکندگی ماشین‌های مجازی، پدیده‌ای است که زمانی رخ می‌دهد که تعداد ماشین‌های مجازی به حدی برسد که تیم های فناوری اطلاعات دیگر نتوانند آنها را به طور موثر مدیریت کنند که به تدریج اتفاق افتاده و منجر به چندین VM استفاده نشده در شبکه  خواهد شد، که بسیاری از آنها فراموش شده یا به هدفی کم یا بدون هدف عمل می‌کنند، که منجر به هدر رفتن فضای دیسک و سایر منابع می‌شود.

• هزینه‌های بالای راه اندازی اولیه

مجازی سازی سازمانی با هزینه‌های بالای راه اندازی مرتبط با صدور مجوز همراه است. به عنوان مثال، مجوز VMware ESXi می‌تواند هزاران دلار هزینه داشته باشد که برای مشاغل کوچک کاملا گران است.

مزایای کانتینری سازی

با توجه به اینکه یک کانتینر برنامه کاربردی را همراه با آنچه که نیاز دارد در یک واحد مجزا بسته بندی می‌کند، واضح است که چقدر برای توسعه دهندگان نرم افزاری که برنامه‌های نرم افزاری را به کار می برند مفید است. بیایید به برخی از این مزایا نگاه کنیم.

• بهره وری

کانتینرها سبک وزن هستند، زیرا آنها فقط آنچه را که یک برنامه برای اجرا نیاز دارد، بسته بندی می‌کنند، برخلاف ماشین‌های مجازی که برای اجرای برنامه‌ها به سیستم عامل مهمان نیاز دارند. ماهیت سبک وزن آنها همچنین کارایی‌های دیگری مانند زمان راه اندازی سریع را ارائه می‌دهد زیرا هیچ سیستم عامل مهمان برای راه اندازی وجود ندارد.

• قابل حمل بودن

کانتینرها به دلیل ماهیت سبکی که دارند به راحتی قابل حمل هستند و به راحتی می‌توان آنها را در هر مکانی مستقر کرد. این ویژگی کمک قابل توجهی به توسعه نرم افزار چابک می‌کند.

• مقیاس پذیری

در مقایسه با ماشین‌های مجازی، کانتینرها به راحتی قابل مقیاس‌سازی هستند تا نیازهای حجم کاری را برآورده کنند. علاوه بر این، ابزارهای ارکستراسیون کانتینر مانند Kubernetes یا Docker Swarm مقیاس بندی هوشمند را انجام می‌دهند و اطمینان حاصل می‌کنند که تعداد کانتینرهای مورد نیاز در یک کلاستر در حال اجرا است.

• بهینه سازی منابع

از آنجایی که کانتینرها سبک هستند و فقط در بالای کرنل سیستم عامل کار می‌کنند، بر خلاف ماشین‌های مجازی که منابع سخت افزاری قابل توجهی را مصرف می‌کنند، مشمول سربار اضافی نیستند.

• ایزوله سازی اشتباه

کانتینرها به طور مستقل اجرا می‌شوند و خرابی در یکی روی سایر کانتینرها تاثیر نمی‌گذارد، که به این معنی است که اپلیکیشن‌ها در سایر کانتینرها به طور عادی به کار خود ادامه می‌دهند. بنابراین، توسعه دهندگان می‌توانند به سرعت مشکلات مربوط به کانتینر معیوب را شناسایی و برطرف کنند.

معایب کانتینری سازی

با وجود سازگاری در استقرار برنامه‌ها و سایر مزایایی که کانتینرها ارائه می‌دهند، محدودیت‌هایی نیز دارند. بیایید برخی از محدودیت های مرتبط با کانتینرها را بررسی کنیم.

• امنیت

کانتینرها نسبت به ماشین‌های مجازی سیستم عامل ضعیف تری را ایزوله می‌کنند زیرا کرنل و اجزای سیستم عامل یکسانی را با میزبان به اشتراک می‌گذارند. در نتیجه، اگر مهاجمی سیستم میزبان را نقض کند، مستعد خطرات امنیتی بالقوه هستند.
خوشبختانه، شما می‌توانید اقداماتی را برای محافظت از کانتینرهای خود انجام دهید، مانند اجرای سیاست‌های SELinux و سایر ابزارهای شخص ثالث برای تقویت امنیت کانتینر. علاوه بر این، پیروی ground-level practices می‌تواند امنیت کانتینر را تقویت کند، که از نظر استراتژیک معقول و ساده است.

• سازگاری

کانتینرها معمولا برای اجرا در زمان‌های اجرای کانتینر خاص طراحی می‌شوند. یک کانتینر بسته بندی شده در یک اکوسیستم کانتینری ممکن است هنگام استقرار در زمان اجرای کانتینر متفاوت با مشکلات سازگاری مواجه شود.

• پیچیدگی استقرار

یکی دیگر از محدودیت‌های کانتینرها، پیچیدگی است که هنگام استقرار و مدیریت آنها، به‌ویژه در زیرساخت‌های ناهمگن و سریع در حال تغییر است. توسعه‌دهندگان و مهندسان باید جنبه‌های پیچیده‌ای مانند امنیت، شبکه و ذخیره‌سازی مداوم را قبل از هر گونه استقرار برنامه‌ریزی کنند.

مقایسه مجازی سازی و کانتینری سازی

وقتی مجازی‌سازی را با کانتینری‌سازی مقایسه می‌کنیم، هر دو مقرون‌به‌صرفه هستند و به دستیابی به جداسازی منابع کمک می‌کنند، که برای اجرای برنامه‌ها و میکروسرویس‌ها ایده‌آل است. با این حال، این دو در چند جنبه متفاوت هستند.
ماشین‌های مجازی برای اجرا و میزبانی برنامه‌ها نیاز به نصب یک سیستم عامل دارند، که به فضای دیسک عظیمی که ماشین‌های مجازی اشغال می‌کنند، کمک می‌کند، که می‌تواند تا گیگابایت فضا اجرا شود. از طرف دیگر، کانتینرها دارای سیستم عامل مهمان نیستند. در عوض، آنها بر روی همان کرنل سیستم عامل میزبان اجرا می‌شوند. در نتیجه، کانتینرها ردپای کوچکی دارند و معمولا چند مگابایت فضا را اشغال می‌کنند، که باعث می‌شود قابل حمل‌تر و resource-friendly‌تر از ماشین‌های مجازی باشند.

ماشین‌های مجازی تمام لایه‌های سخت‌افزاری سخت‌افزار کامپیوتر را با استفاده از یک Hypervisor مجازی می‌کنند که انتزاع منابع زیربنایی را تسهیل می‌کن کرده و منجر به سربار منابع بالا می‌شود زیرا منابع با سیستم عامل میزبان نیز به اشتراک گذاشته می‌شود. با کانتینرها، حداقل سربار وجود دارد زیرا هیچ مجازی سازی منابع سخت افزاری وجود ندارد.
کانتینرها استانداردسازی را در نحوه اجرای برنامه ارائه می‌کنند. یک برنامه کانتینری، بر روی bare metal، ماشین مجازی یا محیط ابری، به طور مداوم اجرا می‌شود. در نتیجه، توسعه‌دهندگان نرم‌افزار برای بسته‌بندی میکروسرویس‌هایی که برنامه‌های کاربردی مدرن را تشکیل می‌دهند، به کانتینرها متکی هستند.

در ماشین‌های مجازی، یک برنامه ممکن است به دلیل تداخل در وابستگی‌ها و کتابخانه‌ها، هنگام انتقال از یک ماشین مجازی به دیگری با خطا یا ناسازگاری مواجه شود. این نتیجه معمولا به عنوان The Matrix from Hell شناخته می‌شود. به همین دلیل است که کانتینرها در استقرار میکروسرویس‌ها و برنامه‌ها در صدر قرار می‌گیرند.

جمع بندی

مقایسه مجازی‌سازی و کانتینری‌سازی، هر دو ممکن است برای کمک به شما در تحقق اهداف نهایی مفید باشند. مجازی‌سازی به شما امکان می‌دهد چندین سیستم عامل را روی یک سرور فیزیکی اجرا کنید، در حالی که کانتینری‌سازی به شما امکان می‌دهد چندین برنامه یا میکروسرویس را در یک سیستم عامل بدون هیچ گونه انتزاع سخت‌افزاری مستقر نمائید.