Docker与VM的差异与最佳场景

Docker是容器的代名词,由于目前已经有很多类似Docker的产品了,因此为保持严谨,描述时会尽量使用容器这样的专业名词。

容器与虚拟机都是在一台机器上运行多个业务进程,以最大限度的提升物理资源利用率。但由于底层技术上差异,他们是两个独立发展的方向。

容器和虚拟机的核心差异有两点。第一点是操作系统内核管理方式不同, 容器是共享宿主机操作系统内核,而各个虚拟机是完全独立的。第二点是物理资源(如CPU/内存/磁盘等)的分配方式不同,容器通过隔离控制分配,虚拟机通过虚拟化技术模拟独立的虚拟硬件资源。

这些差异是容器和虚拟机的底层实现的基础,也是各自的演进的主要战略方向,基本不会有大的本质改变。

差异的存在使容器和虚拟机有着各自的最合适的应用场景,在企业实践中是互补关系,而不是替代关系。

差异

在实际使用中,需要了解他们的优劣势,以便更好选择合适的应用场景,主要差异如下:

维度 容器(Docker) 虚拟机(VM)
系统内核 共享宿主机操作系统内核 每个VM拥有独立操作系统
硬件分配 通过隔离控制分配 每个VM拥有独立虚拟硬件资源
资源占用 轻量级,仅包含应用和依赖库 重量级,需分配完整系统资源
隔离性 进程级隔离(命名空间、cgroups),安全性较弱 硬件级隔离(Hypervisor),安全性强
性能 接近原生硬件性能,无虚拟化开销 存在虚拟化层(CPU/内存/磁盘)的性能损耗
镜像大小 镜像通常为 MB 级别 镜像通常为 GB 级别(含操作系统)
部署速度 秒级启动,适合快速扩缩容 分钟级启动,部署较慢
资源利用率

场景

安全要求高的环境

在安全要求极高的场景(如多租户隔离、合规严格的环境),虚拟机的硬件级隔离仍具备优势。容器虽可通过安全模块强化,但其共享内核的本质仍会带来潜在的攻击面扩大风险。

容器共享内核的特性在资源利用率方面是其优势,但是在"安全"方面确实存在一些问题。很多人会觉得如果一台机器上一个容器被攻击,由于共享内核其他容器甚至宿主机也会很容易被攻击,这种观点其实是错误的,容器很早就可以通过 SELinux、AppArmor、Seccomp、Grsecurity、Capability等技术来加固和限制权限,只是由于技术难度高,很多人不会用。共享内核的实际安全不是在容器间的安全问题,而是在内核自身的安全问题上,如果宿主机内核出现Bug,确实是会影响所有运行的容器;但是,对于虚拟化场景,宿主机内核有Bug对虚拟机就真的没有影响吗?

企业应依据实际安全需求、团队技术能力与合规要求综合选择。

异构CPU架构需求的场景

一些应用只能在 X86_64 架构下运行,物理服务器硬件确是 ARM 架构。

虚拟机(VM)是一种软件模拟硬件,可以模拟不同的CPU指令集和CPU架构,因此这种场景下最适合使用虚拟机。

容器使用资源的方式是隔离与限制,无法支持这种场景。

异构操作系统的需求场景

对于依赖 Windows 特有环境(如传统的 .NET Framework、COM+ 组件、Windows 注册表)的应用,必须使用 Windows 平台(对于跨平台的 .NET Core/.NET 5+ 应用,支持打包为 Linux 容器并在 Linux 宿主机上运行)

虚拟机(VM)是一种软件模拟硬件,是个独立机器环境,可以自行安装独立的操作系统,因此这种场景下最适合使用虚拟机。

容器是共享宿Linux主机内核,无法在Linux主机上运行 Windows 的操作系统容器和应用容器。

微服务架构

微服务架构通过将应用程序拆分为多个独立的服务来提高系统的灵活性和可维护性。

Docker容器为每个微服务提供了独立的运行环境,确保服务之间的隔离性,同时简化了部署和扩展流程。

虚拟机也可用于微服务部署,但通常需要更复杂的编排工具(如OpenStack Heat)与运维投入,容器在轻量性与启动速度上更具优势。

持续集成与持续部署(CI/CD)

持续集成与持续部署(CI/CD)核心理念是持续,需要频繁的构建发布,甚至每个代码的 MR/PR 提交都需要通过 CI/CD 测试,通过后才能合并到主分支。

由于虚拟机镜像比较大,启动速度慢,且需要占用大量磁盘空间,频繁的CI/CD会消耗大量资源,且在需求输出的时间上也会有较大延迟,并不适合这种场景。

容器非常适合这种场景,它启动速度更快,且占用的空间更小,能够高效低成本的进行CI/CD。并通过将应用程序及其依赖打包成容器镜像,开发者可以在不同的环境中进行一致的构建和测试。Docker 的镜像管理能力使得镜像的版本控制和回滚变得更加容易,从而提高了 CI/CD 流程的可靠性和效率。

快速环境搭建

在实际企业开发时,研发需要构建开发环境,需要安装各种依赖,比如数据库、消息队列、缓存等等,难度大效率低;测试环境种类多还需要保持测试环境一致,如功能测试、安全测试、性能测试、特殊场景需求测试等,人力维护投入极大且容易出现错误。

这种场景下,使用容器比较合适。Docker 容器化开发环境,可以轻松解决上述问题。新成员无需在本地安装复杂的数据库、消息队列等中间件,一条 docker-compose up 命令就能拉起一个包含所有依赖的完整开发环境。对于不同的测试环境搭建,可以通过 docker-compose.yml 或者 HelmChart 的方式快速构建一致的测试环境。

toB私有化场景

目前很多SaaS都支持大客户的私有化交付,如何快速在客户的私有化环境甚至网络离线的环境,将产品软件快速交付成为很多SaaS的痛点。

私有化场景有一些特点,比如网络离线、机器规格差异大、CPU架构差异大、操作系统差异大、跨部门协作难等等,传统的脚本或虚拟机交付周期和交付成本往往很高。

使用容器技术非常适合这种场景。容器将软件的运行依赖、环境、配置等封装在一起,可以减少异构环境带来的适配工作,实现高效产品交付。

总结

Docker与容器技术差异导致其有各自最合适的应用场景,企业应该根据自己实际的场景需求来选择技术方案。

当然,在企业IT历史包袱下,很多时候并非二选一,而是混合使用。

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