Container vs. Virtuelle Maschinen: Vertraue der Macht, Indy

Der Vergleich von Containern und VMs ist, als würde man Star Wars und Indiana Jones gegenüberstellen. Sie haben Gemeinsamkeiten, sind aber grundlegend verschieden.

Artikel von Markus Renezeder veröffentlicht am
Container und VMs sind Techniken, die wir uns nicht mehr wegdenken können.
Container und VMs sind Techniken, die wir uns nicht mehr wegdenken können. (Bild: Pixabay.com/Montage: Golem.de)

In vielen Unternehmen werden mehrere IT-Dienste betrieben. Um maximale Flexibilität zu gewährleisten, sollen diese unabhängig voneinander laufen. Werden die Dienste auf physikalischen Servern bereitgestellt, müssen sie so dimensioniert sein, dass auch bei erhöhter Auslastung der Applikationen - wie bei der Flucht aus einem peruanischen Tempel - ausreichend Leistung zur Verfügung steht. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass die Server zu Zeiten normaler oder geringer Nutzung überdimensioniert sind und im Outer Rim dahintreiben.

In den seltensten Fällen haben mehrere Server zur gleichen Zeit erhöhten Leistungsbedarf. Durch die Virtualisierung können auf einem physikalischen Gerät, dem Host, mehrere Dienste isoliert voneinander bereitgestellt werden, was die Nutzung der Hardware und somit die Effizienz erheblich steigert.

Die zwei Technologien, die hauptsächlich für die Virtualisierung eingesetzt werden, sind Virtuelle Maschinen (VMs) und Container.

Virtuelle Maschinen bilden einen physikalischen Computer nach. Sie stellen sämtliche Hardware wie CPU, RAM, Disk und mehr virtuell zur Verfügung.

  • CPU-Nutzung in Prozent, wenn jeder Dienst auf einem physikalischen Server betrieben wird (Screenshot: Markus Renezeder)
  • RAM-Nutzung in GByte, wenn jeder Dienst auf einem physikalischen Server betrieben wird (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Verteilte CPU-Nutzung in Prozent beim Betrieb mehrerer Dienste auf einer Hardware (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Gemeinsame RAM-Nutzung in GByte beim Betrieb mehrerer Dienste auf einer Hardware (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Host, Hypervisor, VM (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Container-Virtualisierung (Screenshot: Markus Renezeder)
CPU-Nutzung in Prozent, wenn jeder Dienst auf einem physikalischen Server betrieben wird (Screenshot: Markus Renezeder)

Erste VMs in den 60ern

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Bereits 1966 veröffentlichte IBM ein Betriebssystem, welches Virtualisierung unterstützte. Dadurch war es erstmals möglich, mehreren Benutzern ein eigenes, unabhängiges Betriebssystem auf einem physischen Rechner zur Verfügung zu stellen. Ab 1967 lieferte IBM Hardware aus, die eine komplette Virtualisierung implementiert hatte.

Durch günstigere und leistungsfähigere Hardware verlor die Virtualisierung ganzer Computersysteme an Bedeutung. Häufig war es sinnvoller, dedizierte Server zu verwenden, die aufgrund der Leistung mehrere Dienste zur Verfügung stellen konnten.

Die immer tiefere Integration der IT in betriebliche Abläufe stärkte schließlich den Wunsch, diese Dienste ausfallsicher zu betreiben. Dank Virtualisierung ist es möglich, schnell auf sich ändernde Anforderungen oder auftretende Probleme zu reagieren und Systeme bei Bedarf auf andere Hosts zu übertragen. Seit 2000 steigt der Einsatz Virtueller Maschinen. Die vermehrte Nutzung von Cloudservices hat der Verbreitung und Weiterentwicklung zusätzlichen Schub verliehen.

VMs basierend auf Hard- oder Software

Eine VM kann rein hardwarebasiert, rein softwarebasiert oder durch eine Kombination von Hard- und Software implementiert werden. Hardwarebasierte und kombinierte VMs werden in der Regel direkt auf dem Prozessor des Hostcomputers ausgeführt. Der Großteil der aktuellen CPUs unterstützt diese Funktion.

Hardwarebasierte Virtualisierungen sind beispielsweise ESX/ESXi von VMware oder Xen, welches von Citrix weiterentwickelt wird.

Als Beispiel für softwarebasierte Virtualisierung können Emulatoren gesehen werden. Softwarevirtualisierung kann auch eine andere Gerätearchitektur als die des Hostsystems zur Verfügung stellen (z. B. ein Android-Emulator auf einem Windows-Computer mit x86-Architektur).

Skalierbare Container-Infrastrukturen: Das Handbuch für Admins & DevOps-Teams, inkl. Docker und Container-Orchestrierung mit Kubernetes und OpenShift

Andere Technologien wie Virtualbox, Virtual PC oder VMware Workstation sind häufig eine Kombination aus hard- und softwareseitiger Virtualisierung. Diese laufen als Applikation und benötigen ein Basisbetriebssystem als Grundlage.

Die Virtualisierung der Computer erfolgt durch den Hypervisor. Dieser verwaltet den Zugriff auf die bereitgestellten Ressourcen und ist eine zusätzliche Schicht zwischen Gast und Host.

  • CPU-Nutzung in Prozent, wenn jeder Dienst auf einem physikalischen Server betrieben wird (Screenshot: Markus Renezeder)
  • RAM-Nutzung in GByte, wenn jeder Dienst auf einem physikalischen Server betrieben wird (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Verteilte CPU-Nutzung in Prozent beim Betrieb mehrerer Dienste auf einer Hardware (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Gemeinsame RAM-Nutzung in GByte beim Betrieb mehrerer Dienste auf einer Hardware (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Host, Hypervisor, VM (Screenshot: Markus Renezeder)
  • Container-Virtualisierung (Screenshot: Markus Renezeder)
Host, Hypervisor, VM (Screenshot: Markus Renezeder)

Auf einem Host können mehrere VMs ausgeführt werden. Diese teilen sich die verfügbare Hardware. Ressourcen wie RAM, CPU und Disk werden meist dediziert zugewiesen. Eine dynamische Zuweisung ist nur möglich, wenn dies auch vom zu installierenden Betriebssystem unterstützt wird.

Virtualisierte Computer laufen in einer Sandbox, also isoliert von den anderen VMs und Host. Aus Sicht des Gastbetriebssystems ist es nicht möglich, auf den Host oder die Hardware anderer VMs zuzugreifen.

Im Enterprise-Umfeld kann die Virtualisierung als Cluster aufgesetzt werden. VMs können die gesamte Hardware aller im Cluster befindlichen Hosts nutzen. Das Verschieben einer VM auf einen anderen Host kann ohne Unterbrechung des Betriebs erfolgen.

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Container bilden nur das Betriebssystem ab 
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Dark Harry 27. Jul 2022 / Themenstart

Der Vergleich im Artikel ist total daneben. Minions vs Mad Max kommt wohl eher hin.

win.ini 27. Jul 2022 / Themenstart

Vielen Dank für die Antwort! Also ist es prinzipiell alles möglich - manchmal muss jedoch...

qupfer 23. Jul 2022 / Themenstart

Das würde ich nicht so sagen. Das trifft auf die durch docker bekannt gewordenen...

LH 23. Jul 2022 / Themenstart

Was soll an der Überprüfung von Software in einer VM ein Problem sein? Und kleine VMs...

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