Виртуальные машины (ВМ) и Docker-контейнеры – популярные технологии виртуализации, но с разными подходами и областями применения. Выбор между ними зависит от конкретных требований проекта. Рассмотрим архитектуру каждой технологии и их преимущества и недостатки.
Архитектура Виртуальных Машин
Для создания виртуальной машины требуется физический или виртуальный сервер. Возможна вложенная виртуализация — виртуальные машины могут запускаться внутри других виртуальных машин. В основе лежит хост-операционная система (macOS, Windows, Linux), поверх которой устанавливается гипервизор. Примеры гипервизоров: VirtualBox (бесплатный и открытый), VMware Fusion (для macOS), VMware ESXi (устанавливается непосредственно на сервер, без хост-ОС).
Гипервизор позволяет создавать виртуальные машины, каждая из которых имеет свою гостевую операционную систему. Это обеспечивает полную изоляцию: на одном физическом компьютере могут работать несколько ВМ с различными ОС (например, Windows, Linux, macOS). Каждая ВМ обладает выделенными ресурсами: процессор, память, жесткий диск. Приложения внутри ВМ изолированы от приложений в других ВМ. Виртуальные машины обеспечивают полную изоляцию и идеально подходят для сценариев, где требуется максимальная безопасность и независимость.
Архитектура Docker-контейнеров
В отличие от ВМ, Docker-контейнеры не имеют собственной гостевой операционной системы. Они используют ядро хост-системы. Архитектура включает:
- Физический или виртуальный сервер.
- Хост-операционную систему (macOS, Windows, Linux).
- Docker Engine (движок Docker).
- Контейнеры (несколько контейнеров могут работать одновременно).
Контейнеры содержат только бинарные файлы, библиотеки и приложения. Docker Engine обеспечивает взаимодействие между контейнерами и хост-системой. Все контейнеры на одном хосте используют общие ресурсы, назначенные Docker Engine. Невозможно запустить внутри контейнера отдельную ОС (macOS, Windows).
Docker Desktop (для macOS и Windows) и Docker Engine (для Linux) предоставляют интерфейсы для управления контейнерами. В настройках Docker Desktop можно ограничить ресурсы (CPU, RAM, дисковое пространство), выделяемые всем контейнерам. Все контейнеры будут разделять эти общие ресурсы.
Docker-контейнеры и ресурсы
Мониторинг ресурсов (например, Activity Monitor) показывает, что процесс com.docker.hyperkit использует примерно столько же ресурсов RAM, сколько было выделено Docker в настройках. Дополнительные процессы Docker (vpn kit, backend supervisor, osxfs) обеспечивают взаимодействие с хост-системой macOS.
Работа Docker-контейнеров на различных ОС
Docker-контейнеры работают на Linux. В macOS и Windows Docker Desktop создает небольшую виртуальную машину Linux, внутри которой и запускаются контейнеры. На Linux Docker Engine устанавливается напрямую. В Linux возможно группировать ресурсы (CPU, RAM, диск, сеть) для процессов или групп процессов. Эта возможность отсутствует в macOS и Windows.
Взаимодействие Docker-контейнеров с ядром Linux
Каждый контейнер имеет свои процессы. Docker использует name spacing для изоляции ресурсов (пользователи, процессы, дисковое пространство) между контейнерами. В неограниченном режиме контейнеры могут использовать до 100% ресурсов, выделенных Docker Engine. Cgroups (control groups) позволяют ограничивать ресурсы для каждого контейнера (например, 512 МБ RAM или 50% CPU). Рекомендация: один процесс на один контейнер (принцип единой ответственности) для улучшения масштабируемости и управляемости.
Основные компоненты Docker
- Docker-клиент: используется для выполнения команд на Docker-сервере (команды в терминале).
- Docker-хост: платформа для запуска и хранения контейнеров (виртуальная машина Linux в Docker Desktop, или непосредственно сама Linux-система).
- Docker-сервер: набор процессов для создания, управления и запуска контейнеров (Docker daemon, containerd, runc).
- Docker-образ (image): набор неизменяемых файлов для создания контейнеров.
- Docker-контейнер: запущенный экземпляр Docker-образа.
- Docker-репозиторий: хранилище Docker-образов (Docker Hub — наиболее популярный registry).
ВМ и Docker-контейнеры предоставляют разные способы виртуализации. ВМ обеспечивают полную изоляцию ОС и выделенные ресурсы, идеально подходящие для задач, требующих высокой безопасности. Docker-контейнеры, наоборот, делят ресурсы, обеспечивая легковесность и гибкость. Выбор между ними зависит от ваших конкретных потребностей.