تفاوت بین Virtual Machine و Container یکی از موضوعات کلیدی در دنیای توسعه نرم‌افزار مدرن است. ماشین مجازی مانند یک خانه کامل با تمام امکانات است که روی سرور ساخته می‌شود، در حالی که کانتینر بیشتر شبیه اتاقی مجهز داخل همان خانه است که فقط نیازهای خاص یک اپلیکیشن را دارد. در این مقاله از بلاگ آبالون، قصد داریم این دو فناوری را به‌صورت کامل بررسی کنیم، مزایا و معایبشان را توضیح دهیم و مشخص کنیم هرکدام در چه شرایطی بهترین انتخاب هستند.
کاربرد کانتینرها و ماشین‌های مجازی در چرخه توسعه نرم‌افزار
«کانتینرها» و «ماشین‌های مجازی» هر دو از فناوری‌های مهم برای «استقرار نرم‌افزار» هستند. در چرخه عمر توسعه نرم‌افزار، استقرار (Deployment) مرحله‌ای است که در آن برنامه باید به‌طور دقیق و مؤثر روی یک سرور یا دستگاه اجرا شود. برای اجرای صحیح، برنامه نیازمند مجموعه‌ای از نرم‌افزارهای جانبی یا «وابستگی‌ها» است که به‌صورت مستقیم با سیستم‌عامل سرور در ارتباط هستند. این لایه‌های نرم‌افزاری، محیطی را شکل می‌دهند که به آن «محیط اجرای برنامه» گفته می‌شود.
چالش‌های استقرار نرم‌افزار در محیط‌های متنوع
در عمل، سازمان‌ها باید برنامه‌های خود را در چندین محیط مختلف توسعه، تست و اجرا کنند. برای مثال، ممکن است برنامه‌ای ابتدا روی «سیستم‌عامل لینوکس» توسعه یابد اما برای تست روی «ویندوز» اجرا شود. چنین جابه‌جایی‌هایی اغلب باعث ایجاد باگ و خطاهایی می‌شود که ناشی از «وابستگی‌های ناقص یا ناسازگار» هستند. در عین حال، اگر تنها در یک محیط توسعه و تست انجام شود، قابلیت اطمینان عملکرد برنامه در سایر محیط‌ها زیر سؤال می‌رود.
برخی چالش‌های رایج عبارتند از:
-
نیاز به ساخت «نسخه‌های متفاوت» از برنامه برای سیستم‌عامل‌های گوناگون
-
الزام به «نگهداری یکنواخت» تمامی محیط‌ها، که موجب افزایش هزینه و زمان می‌شود
-
«سختی مهاجرت» برنامه‌ها بین دیتاسنترهای داخلی و سرویس‌های ابری یا میان فضای ابری مختلف
هدف از استفاده از ماشین‌های مجازی
ماشین مجازی با هدف «بهینه‌سازی استفاده از منابع سخت‌افزاری» طراحی شد. در گذشته، اجرای یک برنامه روی یک سرور فیزیکی معمولاً به استفاده‌ی کامل از توان پردازشی و حافظه منجر نمی‌شد. ماشین‌های مجازی این امکان را فراهم کردند تا چندین «سیستم‌عامل مجزا» روی یک سخت‌افزار مشترک اجرا شده و در نتیجه بهره‌وری افزایش یابد.
هدف از استفاده از کانتینرها
«کانتینرها» با هدف ایجاد بستری برای «اجرای قابل پیش‌بینی، تکرارپذیر و مستقل از محیط» توسعه یافتند. به‌جای آنکه برای هر محیط اجرای خاصی، دوباره وابستگی‌ها را نصب و تنظیم کنیم، کانتینر تمام آنچه برنامه نیاز دارد (کد، کتابخانه‌ها و وابستگی‌ها) را در قالب یک واحد فشرده بسته‌بندی می‌کند. این رویکرد، امکان اجرای یکسان برنامه را در هر محیطی (چه فیزیکی، چه مجازی، چه ابری) فراهم می‌سازد.
برای درک بهتر، این فناوری را می‌توان به یک «فضانورد در لباس مخصوص» تشبیه کرد؛ به‌جای آنکه جو زمین را در سیاره‌ای دیگر بازسازی کنیم، با یک لباس ویژه او را برای بقا آماده می‌کنیم. کانتینر نیز دقیقاً همین نقش را برای برنامه‌ها ایفا می‌کند.
شباهت‌های کانتینر و ماشین مجازی در استقرار نرم‌افزار
کانتینرها و ماشین‌های مجازی هر دو به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند که برنامه‌های خود را در محیطی «ایزوله‌شده» و مستقل از زیرساخت اجرا کنند. این دو فناوری با «انتزاع یا مجازی‌سازی زیرساخت‌های فیزیکی»، شرایطی را فراهم می‌کنند که دیگر نیازی به درگیری با تنظیمات پیچیده سرورها و سیستم‌عامل‌ها نباشد.
هر دو روش اجازه می‌دهند تا «تمام زیرساخت نرم‌افزار، شامل کد برنامه، کتابخانه‌ها و وابستگی‌ها»، در قالب یک فایل واحد به نام «ایمیج (Image File)» بسته‌بندی شود. با استفاده از این فایل، می‌توان به‌سادگی و با سرعت، برنامه را روی هر محیط دلخواه اجرا کرد.
همچنین، ابزارهای پیشرفته‌ای وجود دارند که به کمک آن‌ها می‌توان تنظیمات سیستم را مدیریت کرده و یا اجرای هم‌زمان هزاران نسخه از برنامه را کنترل کرد. این ویژگی به‌ویژه در پروژه‌های مقیاس‌پذیر و سازمانی بسیار حیاتی است.
با وجود این شباهت‌ها، «نقش، کاربرد و میزان استفاده از کانتینرها و ماشین‌های مجازی» بر اساس محل استقرار برنامه‌ها (مثلاً دیتاسنتر محلی یا فضای ابری) متفاوت خواهد بود.
تفاوت‌های اصلی بین کانتینر و ماشین مجازی
درک تفاوت‌های فنی بین «کانتینر» و «ماشین مجازی (VM)» به انتخاب درست‌تر ابزار برای پروژه‌های نرم‌افزاری کمک می‌کند. در ادامه، به مقایسه‌ی دقیق این دو فناوری می‌پردازیم:
۱. نحوه عملکرد
در فناوری کانتینر، برنامه‌ها به‌صورت «بسته‌های مستقل و قابل اجرا» (Container Image) ساخته می‌شوند. این بسته‌ها حاوی کد برنامه، کتابخانه‌ها و وابستگی‌های مورد نیاز هستند و می‌توانند «بدون وابستگی به سیستم‌عامل میزبان»، در هر محیطی اجرا شوند. نکته مهم این است که کانتینرها فایل‌هایی «فقط‌خواندنی (Read-Only)» هستند و سیستم نمی‌تواند آن‌ها را تغییر دهد.
در مقابل، ماشین‌های مجازی با استفاده از «نرم‌افزار مجازی‌ساز» روی یک سرور فیزیکی یا کامپیوتر نصب می‌شوند. در اینجا، سیستم‌عامل میهمان (Guest OS) درون ماشین مجازی اجرا شده و کاملاً از سیستم‌عامل میزبان (Host OS) جداست. می‌توان این سیستم‌عامل را به‌دلخواه پیکربندی، به‌روزرسانی و مدیریت کرد.
۲. فناوری اصلی
ماشین مجازی از یک لایه نرم‌افزاری به نام «Hypervisor» استفاده می‌کند که بین سیستم‌عامل میزبان و میهمان قرار می‌گیرد. این Hypervisor وظیفه «مدیریت منابع سخت‌افزاری و تخصیص آن‌ها به هر VM» را دارد تا بتوان هم‌زمان چند ماشین مجازی را روی یک سخت‌افزار اجرا کرد.
در سوی دیگر، کانتینرها از «Container Engine» یا «Container Runtime» استفاده می‌کنند. این ابزار نقش واسط بین کانتینر و سیستم‌عامل را ایفا می‌کند و منابع مورد نیاز برنامه را در اختیارش قرار می‌دهد. «Docker» معروف‌ترین موتور کانتینر متن‌باز در جهان است.
۳. حجم فایل
«ماشین‌های مجازی» به‌دلیل داشتن سیستم‌عامل کامل، فایل‌های بزرگی (معمولاً چند گیگابایت) دارند. اما در عوض، قدرت شبیه‌سازی و مجازی‌سازی کل سیستم‌ها مانند سرور، دیتابیس یا شبکه را فراهم می‌کنند.
در مقابل، «کانتینرها» بسیار سبک‌تر هستند و معمولاً حجم آن‌ها تنها چند «مگابایت» است. زیرا تنها شامل فایل‌های ضروری برای اجرای یک برنامه مشخص هستند و نیازی به سیستم‌عامل کامل ندارند.
چه زمانی از کانتینر استفاده کنیم و چه زمانی از ماشین مجازی؟
کانتینرها و ماشین‌های مجازی هر دو از مهم‌ترین فناوری‌های استقرار اپلیکیشن در دنیای نرم‌افزار هستند. هر دو راهکار به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند که برنامه‌های خود را بدون وابستگی به سخت‌افزار، سیستم‌عامل یا محیط‌های زیرساختی خاص اجرا کنند. اما تفاوت در معماری و امکانات آن‌ها، باعث می‌شود در شرایط مختلف، یکی بر دیگری برتری داشته باشد. در ادامه، با بررسی دقیق و موردی، انتخاب بین این دو را ساده‌تر می‌کنیم:
۱. پیکربندی محیط
ماشین مجازی
یکی از ویژگی‌های کلیدی VMها، توانایی کنترل کامل روی سیستم‌عامل و محیط نرم‌افزاری است. شما می‌توانید هر سیستم‌عاملی را نصب کرده، تنظیمات دلخواه را اعمال کنید و با «گرفتن اسنپ‌شات» از وضعیت فعلی، در صورت نیاز آن را بازگردانید. این ویژگی، به‌ویژه در مواردی مثل آزمایش عملکرد در سیستم‌عامل‌های مختلف یا بازسازی محیط‌های خطایابی بسیار ارزشمند است.
کانتینر
در مقابل، کانتینرها «پیکربندی ثابتی» دارند که توسط توسعه‌دهنده از پیش تعریف می‌شود. این محیط، برخلاف VM، از سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کند و از نصب جداگانه سیستم‌عامل بی‌نیاز است. به همین دلیل، کانتینرها برای محیط‌هایی که یک پیکربندی استاندارد و تکرارشونده نیاز دارند (مثلاً تولید یا استیجینگ) انتخاب بهتری هستند.
۲. سرعت توسعه، تست و انتشار
ماشین مجازی
با اینکه ماشین‌های مجازی انعطاف بالایی دارند، اما فرآیند ساخت و راه‌اندازی آن‌ها معمولاً زمان‌بر است. هر تغییر کوچک نیازمند بوت مجدد و بازسازی کل محیط می‌باشد. همین ویژگی، سرعت توسعه و تست را کاهش می‌دهد، به‌ویژه در پروژه‌هایی با چرخه انتشار سریع.
کانتینر
در دنیای توسعه مدرن، به‌خصوص با ظهور رویکرد CI/CD (یکپارچگی و تحویل مداوم)، کانتینرها بسیار مناسب‌تر هستند. به دلیل سبک بودن، راه‌اندازی آن‌ها در چند ثانیه انجام می‌شود و کد جدید می‌تواند بدون نیاز به ساخت محیط از ابتدا، به‌سرعت تست و دیپلوی شود.
۳. مقیاس‌پذیری
ماشین مجازی
هر ماشین مجازی معمولاً شامل سیستم‌عامل کامل، درایورها، نرم‌افزارها و کتابخانه‌های مورد نیاز است. این حجم زیاد باعث مصرف منابع بالاتر (CPU، RAM، دیسک) می‌شود. اگر بخواهید برنامه‌ای را برای هزاران کاربر اجرا کنید، استفاده از VMها ممکن است به زیرساخت بزرگ‌تری نیاز داشته باشد و مدیریت آن دشوارتر شود.
کانتینر
در مقابل، کانتینرها بسیار سبک‌تر هستند و تنها شامل برنامه و وابستگی‌های لازم هستند. به‌همین دلیل، می‌توان آن‌ها را با «سرعت و منابع کمتر» به تعداد زیاد مستقر کرد. این مزیت، در معماری‌های مبتنی بر «مایکروسرویس» اهمیت زیادی دارد. در چنین معماری‌هایی، می‌توان هر سرویس را به‌طور جداگانه در قالب کانتینر اجرا و در صورت نیاز، به‌صورت مستقل مقیاس‌پذیر کرد.
۴. مهاجرت و استقرار در فضای ابری
ماشین مجازی
انتقال کامل یک ماشین مجازی به فضای ابری یا بین ارائه‌دهندگان مختلف، می‌تواند پیچیده باشد، به‌خصوص اگر وابستگی به سیستم‌عامل یا زیرساخت خاصی وجود داشته باشد.
کانتینر
در مقابل، کانتینرها برای محیط‌های ابری طراحی شده‌اند. به‌راحتی می‌توان آن‌ها را بین سرورها، دیتاسنترها یا پلتفرم‌های مختلف (مانند AWS ،Google Cloud ،Azure و…) جابجا کرد. این ویژگی، کانتینرها را به گزینه‌ای عالی برای توسعه اپلیکیشن‌های «Cloud-Native» تبدیل کرده است.
جمع‌بندی
تفاوت بین Virtual Machine و Container در میزان منابع، سرعت، انعطاف‌پذیری و نوع کاربرد آن‌هاست. در این مقاله، ابتدا تعریف هر فناوری را ارائه دادیم، سپس به مقایسه ویژگی‌ها، کاربردها و مزایا و معایب هر کدام پرداختیم. در نهایت، با ارائه سناریوهای مختلف، به شما کمک کردیم تا انتخاب مناسبی برای پروژه‌های خود داشته باشید.
