مجازی‌سازی یعنی ساخت یک نسخه مجازی از یک چیز واقعی تا استفاده از آن راحت‌تر و امن‌تر باشد. در دنیای مجازی‌سازی، دو چیز اصلی که باید درباره‌شان بدانید کانتینرها (Containers) و ماشین مجازی (Virtual Machine) هستند. این دو، روش‌های مختلفی برای جدا کردن و ارائه خدمات روی یک بستر هستند. به زبان ساده، کانتینرها و ماشین‌های مجازی دو نوع از فناوری مجازی‌سازی را به ما نشان می‌دهند، یکی در سطح نرم‌افزار و دیگری در سطح سخت‌افزار. هر کدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خودشان را دارند، ولی هنگامی که با کانتینرها کار می‌کنید، تشابهات فراوانی بین این فناوری و ماشین‌های مجازی را ملاحظه خواهید کرد. مهم است که به یاد داشته باشید برای استفاده از کانتینرها (Containers)، لازم است که سرور مجازی یا سرور اختصاصی تهیه کنید. اما مهم است که تفاوت‌هایی که بین آنها وجود دارد را هم بشناسیم که در این مقاله به آنها خواهیم پرداخت.
ماشین مجازی چیست؟
ماشین مجازی به عنوان یک پلتفرم نرم‌افزاری شناخته می‌شود که قادر است بدون نیاز به سخت‌افزار اختصاصی، سیستم‌عامل‌ها و برنامه‌های گوناگونی را اجرا کند. این فناوری امکان نصب بر روی یک دستگاه فیزیکی با سیستم‌عامل مشابه یا متفاوت را فراهم می‌کند، به طوری که کاربر می‌تواند یک محیط سیستم‌عامل جداگانه را در یک دستگاه فیزیکی مانند یک کامپیوتر شخصی ایجاد و از آن به صورت مجازی استفاده نماید. استفاده از ماشین‌های مجازی به کاربران این امکان را می‌دهد که تجربه‌ای نزدیک به استفاده از یک دستگاه فیزیکی با سیستم‌عامل دلخواه را داشته باشند؛ برای مثال، نصب و استفاده از سیستم‌عامل اندروید بر روی ویندوز از طریق یک ماشین مجازی، احساس کار با یک دستگاه اندرویدی واقعی را به کاربر القا می‌کند.
برترین ارائه‌دهندگان ماشین‌های مجازی
ماشین‌های مجازی شبیه‌سازی‌های کامپیوتری هستند که اجازه می‌دهند برنامه‌ها و سیستم‌های عامل در داخل یک کامپیوتر فیزیکی اجرا شوند. این کار با کمک یک برنامه خاص به نام هایپروایزر انجام می‌شود که وظیفه آن مدیریت منابع بین کامپیوتر واقعی و ماشین‌های مجازی است. هایپروایزر میزان حافظه، فضای ذخیره‌سازی و دیگر منابع را بین ماشین‌های مجازی تقسیم می‌کند و همچنین مطمئن می‌شود که این ماشین‌ها بدون مشکل و بدون تداخل با یکدیگر کار کنند.
ماشین‌های مجازی شامل نرم‌افزارهایی هستند که سخت‌افزار یک کامپیوتر مانند CPU را شبیه‌سازی می‌کنند و می‌توانند سیستم‌های عامل و برنامه‌های مختلفی را اجرا کنند. این امکانات به آنها اجازه می‌دهد که یک نمای کامل از یک سیستم عملیاتی واقعی را به کاربران ارائه دهند. علاوه بر این، قابلیت بازگرداندن به حالت‌های خاص، مدیریت و به‌روزرسانی‌ها را آسان‌تر می‌کند.
دو نوع اصلی ماشین مجازی وجود دارد: ماشین‌های مجازی فرآیند که برای اجرای فرآیندهای مستقل طراحی شده‌اند و ماشین‌های مجازی سیستم که می‌توانند سیستم‌های عامل کاملی را اجرا کنند و از هایپروایزرها برای دسترسی به منابع سخت‌افزاری استفاده می‌کنند. این هایپروایزرها همچنین اجازه می‌دهند ماشین‌های مجازی روی هر سیستم عاملی، چه ویندوز باشد چه لینوکس، اجرا شوند.
معروف‌ترین هایپروایزرها شامل Xen، VMware (ESX/ESXi)، مایکروسافت (Hyper-V)، و اوراکل هستند.
برخی از برترین ارائه‌دهندگان ماشین مجازی عبارتند از:
وی‌ام‌ویر
وی‌ام‌ویر (VMware) یک شرکت پیشرو در زمینه نرم‌افزار مجازی‌سازی است که راه‌حل‌های مختلفی برای مجازی‌سازی دسکتاپ‌ها، سرورها و کل زیرساخت‌های محاسباتی را ارائه می‌دهد. این شرکت امکان اجرای چندین سیستم‌عامل و برنامه کاربردی را روی یک سرور فیزیکی فراهم می‌کند، که به کاهش هزینه‌ها، بهبود کارایی و افزایش انعطاف‌پذیری کمک می‌کند.
محصولات وی‌ام‌ویر به کاربران اجازه می‌دهند محیط‌های مجازی پیچیده‌ای را ایجاد و مدیریت کنند، که شامل ماشین‌های مجازی، شبکه‌های مجازی و سیستم‌های ذخیره‌سازی مجازی است. این امکانات برای اجرای برنامه‌های کسب‌وکار حیاتی، تست نرم‌افزار و فراهم کردن محیط‌های مجازی برای آموزش بسیار مفید است.
وی‌ام‌ویر همچنین راه‌حل‌هایی برای مدیریت و اتوماسیون دیتاسنترها، امنیت شبکه، و مدیریت فضای کاری دیجیتال ارائه می‌دهد. این شرکت با فراهم کردن ابزارهایی برای مدیریت زیرساخت ابری، به سازمان‌ها کمک می‌کند تا به طور موثرتری از منابع خود استفاده کرده و به سرعت به نیازهای در حال تغییر کسب‌وکار خود پاسخ دهند.
ویرچوال‌باکس (VirtualBox)
این نرم افزار توسط شرکت اوراکل (Oracle) توسعه یافته و به صورت رایگان تحت مجوز گنو جنرال پابلیک لایسنس (GNU General Public License) منتشر شده است. به کاربران این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به خرید سخت‌افزار اضافی یا راه‌اندازی سیستم‌های عامل جداگانه، محیط‌های نرم‌افزاری مختلفی را برای تست، توسعه نرم‌افزار، و آموزش به کار ببرند.
ویژگی‌های کلیدی ویرچوال‌باکس عبارتند از:
- پشتیبانی از سیستم‌های عامل متنوع: ویرچوال‌باکس قابلیت اجرای چندین سیستم عامل مانند ویندوز، لینوکس، مک‌او‌اس و سایر توزیع‌های یونیکس را دارد.
- قابلیت انعطاف‌پذیری بالا: کاربران می‌توانند تنظیمات مختلفی مانند میزان حافظه RAM اختصاصی، فضای دیسک سخت، و تعداد هسته‌های پردازنده‌ای که به ماشین مجازی اختصاص داده می‌شود را تغییر دهند.
- شبکه‌سازی پیشرفته: ویرچوال‌باکس امکان تنظیم شبکه‌های مجازی پیچیده و پیکربندی‌های شبکه‌ای مختلف را فراهم می‌آورد تا ماشین‌های مجازی بتوانند به صورت محلی یا از طریق اینترنت با یکدیگر و با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند.
- قابلیت اشتراک‌گذاری فایل و پوشه: کاربران می‌توانند فایل‌ها و پوشه‌ها را بین ماشین میزبان و ماشین‌های مجازی به اشتراک بگذارند.
- اسنپ‌شات‌ها: این ویژگی به کاربران اجازه می‌دهد تا حالت فعلی ماشین مجازی را ذخیره کنند و در هر زمانی به آن حالت بازگردند، که برای بازیابی سریع تنظیمات و آزمایش‌های نرم‌افزاری بسیار مفید است.
کانتینر (Container) چیست؟
کانتینرها به ماشین‌های مجازی شبیه هستند اما آنها تنها می‌توانند سیستم عامل را مجازی سازی کنند و قادر به مجازی‌سازی منابع سخت‌افزاری نیستند. کانتینرهایی که دربردارنده کدها، ابزارهای سیستم و کتابخانه‌های سیستمی هستند، می‌توانند مانند ماشین مجازی چند اپلیکیشن را روی یک سیستم‌عامل اجرا کند. کانتینرها شامل کد برنامه، سیستم عامل، و هر چیز دیگری که لازم باشد می‌شوند و می‌توانند روی هر نوع نرم‌افزار یا سخت‌افزاری کار کنند.
داکر، که در سال ۲۰۱۳ شروع به کار کرد، یکی از نخستین پلتفرم‌هایی بود که این فناوری را معرفی کرد و امکان ساخت و مدیریت کانتینرها را فراهم کرد. علاوه بر این، امروزه بسیاری از پلتفرم‌ها کانتینرهای آماده با برنامه‌های رایج را ارائه می‌دهند که استفاده از آنها را آسان‌تر می‌کند.
اما، استفاده از یک سخت‌افزار مشترک برای اجرای چندین کانتینر می‌تواند مشکل‌ساز باشد، زیرا اگر یک کانتینر دچار مشکل شود، ممکن است به سایر کانتینرهایی که روی همان سخت‌افزار هستند، آسیب برساند. همچنین، استفاده از کانتینرهای آماده می‌تواند خطرات امنیتی خاصی را به همراه داشته باشد.
با وجود این مسائل، کانتینرها ابزار قدرتمندی برای جابجایی برنامه‌ها به محیط ابری، ساخت برنامه‌های مخصوص به خود کانتینر و کاربردهای دیگر هستند.
بهترین ارائه‌دهندگان خدمات Containers
در دنیای کانتینرها، چند شرکت برجسته وجود دارند که باید درباره‌شان بدانید.
داکر (docker)، یکی از مشهورترین‌ها
یک پلتفرم نرم‌افزاری است که فناوری کانتینریزاسیون را به کار می‌گیرد تا توسعه، اجرا، و اشتراک‌گذاری برنامه‌های نرم‌افزاری در محیط‌های مختلف آسان‌تر شود. داکر به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا برنامه‌ها و وابستگی‌های آنها را درون یک کانتینر بسته‌بندی کنند. این کانتینرها، که در هر جایی به یک شکل اجرا می‌شوند، باعث ساده‌سازی فرآیند توسعه نرم‌افزار می‌شوند.
اصلی‌ترین مزایای داکر عبارتند از:
- سهولت استفاده: داکر با ارائه کانتینرها، فرآیند توسعه، تست، و اجرای برنامه‌ها را ساده می‌کند.
- قابلیت حمل: برنامه‌های بسته‌بندی شده در کانتینرهای داکر می‌توانند بدون نیاز به تغییر، در هر محیطی اجرا شوند.
- سرعت: کانتینرها بسیار سریع‌تر از ماشین‌های مجازی راه‌اندازی می‌شوند، چرا که نیازی به بوت یک سیستم عامل کامل ندارند.
- اجرای ایزوله: هر کانتینر به صورت مجزا اجرا می‌شود، که امنیت و ایزولاسیون را بهبود می‌بخشد.
- به اشتراک‌گذاری و نگهداری: داکر هاب و سایر مخازن کانتینر امکان به اشتراک‌گذاری و نگهداری آسان برنامه‌ها را فراهم می‌کنند.
کانتینرهای لینوکس (LXC)
کانتینرهای لینوکس (LXC) اجازه می‌دهند برنامه‌ها و فرآیندهایشان در محیط‌های جداگانه‌ای کانتینرها اجرا شوند. این فناوری بر پایه فضاهای نام (namespaces) و گروه‌های کنترلی (cgroups) در هسته لینوکس استوار است که به طور مشترک ایزولاسیون منابع را فراهم می‌کنند.
LXC به کاربران و مدیران سیستم این امکان را می‌دهد که:
- ایزولاسیون: هر کانتینر به گونه‌ای عمل می‌کند که گویی یک سیستم مستقل است، با دسترسی خود به فایل‌سیستم، شبکه، و پردازنده‌ها.
- کارایی بالا و کم هزینه: در مقایسه با ماشین‌های مجازی که نیاز به اجرای چندین نسخه سیستم‌عامل دارند، LXC با استفاده از همان هسته سیستم‌عامل میزبان کار می‌کند، که منابع کمتری مصرف می‌کند و عملکرد نزدیک‌تری به سخت‌افزار واقعی دارد.
- سرعت بالا: کانتینرها بسیار سریع‌تر از ماشین‌های مجازی راه‌اندازی و متوقف می‌شوند، که این امر آنها را برای محیط‌های توسعه و تست بسیار مناسب می‌سازد.
- انعطاف‌پذیری: LXC امکان اجرای محیط‌های متفاوت لینوکس را روی یک سیستم لینوکس میزبان فراهم می‌کند، که برای برنامه‌های نیازمند به محیط‌های اجرایی خاص مفید است.
RKT
این پروژه توسط CoreOS راه‌اندازی شد و به عنوان یک جایگزین برای دیگر ابزارهای کانتینریزاسیون مانند Docker معرفی شد. از ویژگی‌های بارز RKT می‌توان به تمرکز آن بر اجرای امن کانتینرها، ایزولاسیون قوی بین کانتینرها، و پشتیبانی از استانداردهای اجرای کانتینر مانند App Container (appc) و بعداً Open Container Initiative) OCI) اشاره کرد.
ویژگی‌های اصلی RKT:
- امنیت بالا: از ویژگی‌های امنیتی مانند امضای دیجیتالی برای تایید کانتینرها و اجرای ایزوله‌شده به منظور جلوگیری از تاثیرات متقابل ناخواسته بین کانتینرها استفاده می‌کند.
- سازگاری با استانداردها: RKT در تلاش است تا با استانداردهای صنعت، از جمله OCI، سازگار باشد، که این امر انتقال کانتینرها بین سیستم‌های مختلف را آسان‌تر می‌کند.
- اجرای بدون نیاز به دیمون: برخلاف برخی از راه‌حل‌های دیگر که نیاز به یک فرآیند پس‌زمینه (دیمون) برای مدیریت کانتینرها دارند، RKT به گونه‌ای طراحی شده است که هر کانتینر به صورت مستقل اجرا شود، که این امر به سادگیِ مدیریت و کاهش اثرات ناخواسته بین کانتینرها کمک می‌کند.
CRI-O
CRI-O برای اجرای کانتینرها در محیط Kubernetes طراحی شده و به طور خاص برای این منظور ساخته شده است، با هدف فراهم کردن یک راه‌حل مینیمالیستی که دقیقاً آنچه را که Kubernetes برای اجرای کانتینرها نیاز دارد، ارائه دهد.
ویژگی‌های اصلی CRI-O:
- سبک‌وزن: CRI-O برای این طراحی شده است که حداقل منابع را مصرف کند، در حالی که همچنان امکان اجرای کانتینرها را به صورت ایمن و قابل اعتماد فراهم می‌آورد.
- سازگاری با استانداردها: این پلتفرم با استانداردهای Open Container Initiative) OCI) سازگار است، که اطمینان می‌دهد کانتینرها با استفاده از هر OCI runtime قابل اجرا هستند.
- امنیت بالا: CRI-O از ویژگی‌های امنیتی مختلفی برای محافظت از کانتینرها و محیط اجرایی استفاده می‌کند، از جمله تأیید امضای دیجیتالی برای تصاویر کانتینر و ایزولاسیون شبکه.
چگونه بهترین گزینه را براساس نیازهای خود انتخاب کنیم؟
کانتینرها و ماشین‌های مجازی دو راهکار فناوری هستند که به نوعی یک کار اصلی انجام می‌دهند: برنامه‌ها را از هم جدا می‌کنند تا در محیط‌های متفاوت بتوانند کار کنند. این کار به شما کمک می‌کند تا بدون درگیری، برنامه‌های مختلف را روی یک سیستم اجرا کنید. برای فهمیدن اینکه کدام یک برای نیازهای شما بهتر است، ما تفاوت‌های اصلی بین کانتینرها و ماشین‌های مجازی را بررسی کرده‌ایم. این مقایسه به شما کمک می‌کند تا برای استفاده از این تکنولوژی انتخاب روشن‌تری داشته باشید.
تفاوت ماشین مجازی با کانتینر (Container)
کانتینرها مانند بسته‌هایی از برنامه‌ها هستند که با سیستم عامل کامپیوتر کار می‌کنند و منابع آن را به اشتراک می‌گذارند. از طرف دیگر، ماشین‌های مجازی شبیه به کامپیوترهای مستقل در داخل یک کامپیوتر فیزیکی هستند و از یک نرم‌افزار ویژه به نام هایپروایزر برای اداره کردن سیستم عامل و برنامه‌هایشان استفاده می‌کنند.
کانتینرها سبک و انعطاف‌پذیر هستند و به راحتی می‌توانند داده‌ها را جابجا کنند، در حالی که ماشین‌های مجازی سنگین‌تر و کمی سخت‌تر در جابجایی داده‌ها هستند. این تفاوت‌ها باعث می‌شود کانتینرها و ماشین‌های مجازی در شرایط مختلفی مفید و کاربردی باشند.
کانتینرها خیلی راحت می‌توانند کوچک و بزرگ شوند و برای مدیریت برنامه‌های کوچکتر مناسب هستند، در حالی که ماشین‌های مجازی مثل یک کامپیوتر کامل عمل می‌کنند و می‌توانند برای کارهای بزرگتر مناسب باشند اما هزینه‌شان بیشتر است.
کانتینرها به شما اجازه می‌دهند که کنترل کمتری روی محیط داشته باشید اما با این وجود، راحت‌تر مدیریت می‌شوند و برای توسعه سریع نرم‌افزار عالی هستند. از طرف دیگر، ماشین‌های مجازی به شما کنترل بیشتری روی کامپیوتر مجازی می‌دهند، اما نیاز به منابع بیشتری دارند و مدیریت‌شان سخت‌تر است.
اگرچه ممکن است انتخاب بین کانتینرها و ماشین‌های مجازی دشوار باشد، استفاده از هر دوی آنها در کنار هم نیز امکان‌پذیر است. برای مثال، می‌توانید یک ماشین مجازی را با سیستم عامل و نرم‌افزارهای لازم راه‌اندازی کنید و سپس از کانتینرها برای اجرای برنامه‌های خاص درون آن استفاده کنید. این روش می‌تواند به خصوص در توسعه نرم‌افزار و ایجاد محیط‌های یکسان برای توسعه‌دهندگان مفید باشد، به طوری که همه از یک محیط نرم‌افزاری مشابه استفاده می‌کنند و از بروز مشکلات ناشی از تفاوت‌های محیطی جلوگیری می‌کند.
