容器与虚拟机：解释区别 [2023]

你刚开始使用可视化工具了吗？或者你是在研究容器和虚拟机的技术对话。

虚拟化是一种将RAM、CPU、网络和磁盘等单一资源“虚拟化”，视为多个资源的过程。关键的区别在于，容器只能虚拟化在操作系统级别之上构建的软件层。相比之下，虚拟机可以将整个机器虚拟化到硬件层。

虽然存在明显的区别，但容器和虚拟机之间有一系列相似之处，包括它们如何提高IT效率、为应用程序提供便携性、增强链路和软件开发生命周期（SDLC）。稍后会更详细地讨论这些内容。

本文将介绍容器和虚拟机，探讨它们各自的优点，并根据您的需求选择合适的工具。同时，本文假设您具备容器和虚拟机的先决知识。即使您没有，这仍然是一个很好的起点。

虚拟化的历史

在容器大量普及之前，虚拟机是将环境隔离在物理基础设施中的唯一解决方案。但直到2013年，Docker才发布了他们的第一个容器化软件。

自那时起，您可能已经注意到容器的广泛兴趣以及它们如何塑造cloud computing领域。

许多开发人员对容器提供的敏捷开发优势更感兴趣。但是请注意，容器和虚拟机都是基于优化现有物理基础设施资源而构建的。

虚拟化的工作原理

虚拟化涉及使用软件在计算机硬件上创建一个抽象层，允许将硬件元素，比如来自一台计算机的元素，分割成多个计算机。这种软件称为hypervisor。

hypervisor允许多个操作系统同时运行，共享通用的物理计算资源。当在数据中心的物理计算机或服务器上使用时，它将使物理计算机能够将计算机操作系统（OS）和应用程序与硬件分离。随后，它可以将自己分成多个“虚拟机”。

什么是容器？

Containers是一种轻量、敏捷的处理虚拟化的方法。由于它们不需要hypervisor，因此能够更快地提供资源和快速提供新应用程序。

您还可以将容器视为包含执行托管应用程序软件所需的依赖项的软件包。

这些依赖项包括系统库、外部（第三方）代码包以及所有其他操作系统级别应用程序的包含。容器中包含的所有依赖项都存在于操作系统之上的堆栈层级中。

优点 👍

1. 迭代速度 – 容器是轻量级的，并且只包含高级软件；它们易于调整，您可以快速迭代。由于采用了测试驱动的开发和可部署性，容器还能够提供快速的软件交付。
2. 强大的生态系统 – 在大多数情况下，容器运行时系统提供了一个已托管的公共存储库，其中包含各种热门软件应用程序，如数据库和消息系统，可以下载和部署，缩短了开发团队的时间。
3. 扩展 – 容器由于其处理大量工作负载和流量的能力而备受青睐。 IT专家可以使用容器来管理和提供资源高效的云基础设施，以促进灵活的使用。
4. 微服务 – 如果您想部署多个微服务，容器是理想的选择。微服务包括作为主要应用程序或软件的一部分的较小组件。当您将每个微服务打包为容器时，您可以实现无缝部署、扩展和管理。

缺点 👎

1. 共享主机漏洞 – 由于容器共享了在操作系统层之下构建的通用硬件系统，因此有可能一个容器中的漏洞会破坏并传播出去，影响底层硬件。此外，大多数容器都有预构建容器的公共存储库，这引入了安全风险。当受损或被攻击的公共镜像充当漏洞时，这种风险会实现并引发攻击。
2. 只能运行一个操作系统 – 如果您只使用一个操作系统，容器允许您运行较早版本的操作系统，这是一件好事。然而，如果您的目标是不同的操作系统，容器并不是最佳选择。

热门容器供应商

以下是一些著名的容器提供商：

1. Docker – Docker是最广泛使用的容器解决方案。Docker Hub是一个大型的存储库，存放了最受欢迎的容器化应用程序。您可以从Docker Hub下载容器并部署到本地的Docker运行时。
2. Linux容器（LXC） – Linux容器项目是Linux开源容器运行时的后台。 LXC将操作系统进程相互隔离。如果您深入研究Docker，您会发现Docker在其底层架构中使用了LXC。

什么是虚拟机？

另一方面，虚拟机（VM）是大型（重量级）的软件包，提供对低级硬件设备（如中央处理器（CPU）、磁盘和网络设备）的完全仿真。

虚拟机允许您在不同的操作系统上运行多个机器，但仍在一台计算机上。如前所述，虚拟机是通过虚拟化软件与物理计算机进行交互的。虚拟化软件将虚拟机相互隔离，并在它们之间分配内存和处理器等资源。

优点 👍

1. 完全隔离的安全性 – 虚拟机在操作上是完全独立的系统，对来自其他虚拟机的攻击和中断具有免疫力。如果对单个虚拟机发动攻击，它会被隔离起来，因此无法对相邻的虚拟机造成污染。
2. 互动式开发 – 通常，容器是对预期的依赖和配置的静态定义，用于运行容器。虚拟机是动态的，允许进行互动式开发。一旦您指定了硬件需求，可以将虚拟机视为一个基本的计算机。您可以手动安装软件，并使用虚拟机来捕获当前状态的配置。虚拟机快照可以用作版本控制，并且如果需要，可以将虚拟机恢复到特定的软件时间点，或者使用所需的配置启动其他虚拟机。

缺点 👎

1. 迭代速度 – 虚拟机是完整的软件堆栈，因此需要时间来构建。在虚拟机快照中进行的修改可能需要时间来迭代和验证最近的更新是否按预期工作。
2. 存储空间成本 – 虚拟机再次占用大量存储空间。它们占用大量存储空间并迅速增长到几个GB。这会导致托管虚拟机的机器上的空间不足。

热门虚拟机供应商

以下是几个热门虚拟机供应商：

1. Virtualbox – Virtualbox是最成熟的虚拟机平台之一。Virtualbox生态系统提供了用于开发和分发虚拟机镜像的其他工具。这是一个由Oracle拥有的免费开源架构仿真系统。
2. VMware – VMware是建立在x86架构硬件上的，是一家上市公司。这个解决方案配备了一个虚拟机管理程序来部署和管理虚拟机。它以其强大的用户界面（UI）来管理虚拟机以及高效的企业工具和支持功能而受到青睐。

容器与虚拟机

虽然虚拟机已经存在很长时间，但它们正在被容器替代，用于类似的目的。您已经了解了两种技术堆栈的优缺点。以下是主要区别。

特点	容器	虚拟机
大且不可移植，每个虚拟机都有自己的操作系统。虚拟机占用大量空间，以千兆字节为单位。 虚拟机不可移植。	不具备自己的操作系统。	具备自己的操作系统，因此执行额外任务，包括运行与主机操作系统不兼容的程序、在不同操作系统上运行多个程序，以及执行无法共享操作系统资源和功能的应用程序。
大小和可移植性	由于共享操作系统，容器大小小且可移植。容器占用以兆字节为单位的空间。 容器可以在不同计算机间移动。	由于已经运行的操作系统，容器比虚拟机执行速度更快。运行只需几秒钟。
启动时间	虚拟机启动较慢，因为它们必须首先启动自己的操作系统。启动需要几分钟。	虚拟机的价格相对较高-资源需求和复杂性层次高，成本也较高。
资源访问	容器可以访问主机机器上的所有资源。	虚拟机使用由虚拟机监视器分配给它们的特定资源。
安全性	安全性较低。在共享主机操作软件上运行的容器在主机操作系统受损时易受攻击。	部署复杂；虚拟机的复杂程度表明它们需要更多时间进行开发。部署没有区别。
部署	部署简单；这是因为它的性质是“自包含的”，并且在部署、移动或升级方面具有一定的便利性。	虚拟机的价格相对较高。资源需求和复杂性层次高，并且成本也较高。
成本	容器的价格相对较低，因为其要求较少，相比虚拟机而言。	虚拟机的价格相对较高-资源需求和复杂性层次高，并且成本也较高。

如何同时使用容器和虚拟机

如果你一直在想是否可以同时使用容器和虚拟机，答案是肯定的。虽然实际应用有限。你可以创建一个虚拟机来模拟特定的硬件配置并安装一个操作系统。

一旦你的虚拟机启动操作系统并完全功能正常，你现在拥有一个具有特定硬件的模拟计算系统，你可以在其中安装容器。

一个很好的例子可以说明这种配置是用于芯片部署系统的实验。像BeagleBone开发板和Raspberry Pi之类的芯片计算设备的一些流行方法可以被模拟成虚拟机，以便在实际硬件上进行测试之前先运行容器。

同时使用容器和虚拟机的另一个优点是增加安全性。例如，你可以在虚拟机中部署容器。考虑一个例子，其中十个容器部署在一台计算机上，以演示这种方式的有用性。

如果计算机被入侵，你可能会影响到这十个容器。解决方案是将十个容器分布在十个虚拟机上。如果一个虚拟机被入侵，系统应用的其他部分通常仍然可以正常运行。

最后的话

如果您对项目有精确的硬件规格要求，或者正在开发一个硬件并且仍然针对另一个硬件，比如Windows vs. MacOS，最好使用虚拟机。在其他情况下，如果需求仅限于“仅软件”，那么使用容器是最佳选择。

在大多数情况下，您的选择之一都可以满足您的需求。要选择最佳选择，了解您的资源需求和相关的权衡是最重要的。因此，正确的工具取决于您的项目。

如果您需要快速高效的部署，容器是您的最佳选择。如果您的组织需要在硬件上虚拟化完整的操作系统，虚拟机是最好的选择。如果您希望最大化安全性，则最好使用两者的组合；然而，这是有一定成本的。

最后，容器和虚拟机都是有效的解决方案。然而，您的规格应该是决定性的指导因素。如果您仍然需要更多指导和深入理解，我建议前往Docker vs. virtual machine。