Contenedores frente a máquinas virtuales: Una comparación detallada para desarrolladores

¿Qué son las máquinas virtuales?

Una máquina virtual (VM) es una tecnología que permite la virtualización a nivel de hardware, permitiendo que varios sistemas operativos se ejecuten en una sola máquina. Cada máquina virtual actúa como un sistema aislado con su propio sistema operativo, aplicación y dependencias. Esto es posible gracias al software "hipervisor", que se encarga de asignar recursos de hardware como núcleos de CPU y almacenamiento a cada máquina virtual. 

La arquitectura de una máquina virtual suele constar de los siguientes componentes:

1. Hardware: La máquina física.
2. Sistema operativo: El sistema operativo instalado en la máquina física.
3. Hipervisor: El software que asigna recursos a las máquinas virtuales.
4. SO huésped: El sistema operativo instalado en cada máquina virtual.
5. Aplicación: El software que se ejecuta en la máquina virtual. 
6. Dependencias: Las bibliotecas/binarios necesarios para ejecutar la aplicación.

Diagrama de arquitectura de un servidor que ejecuta tres máquinas virtuales. Imagen del autor.

Puedes configurar las máquinas virtuales en función del número de núcleos, la cantidad de memoria y otros factores. Esta flexibilidad te permite crear múltiples entornos con configuraciones específicas del sistema operativo adaptadas a tus aplicaciones.

Si quieres aprender más sobre los aspectos esenciales de las máquinas virtuales, los contenedores, Docker y Kubernetes, ¡consulta nuestro curso Conceptos de virtualización y contenedores!

¿Qué son los contenedores?

Un contenedor es una forma de virtualización que funciona a nivel del sistema operativo, permitiendo que varias aplicaciones se ejecuten en el mismo núcleo del sistema operativo. A diferencia de las máquinas virtuales, los contenedores no incluyen su propio sistema operativo, sino que comparten el sistema operativo anfitrión, lo que los hace mucho más ligeros y eficientes.

Los contenedores comprenden una aplicación junto con sus dependencias. Están diseñados para funcionar de la misma manera, independientemente de dónde se desplieguen.

Una arquitectura de contenedores típica consta de los siguientes componentes: 

1. Hardware: La máquina física.
2. Sistema operativo anfitrión: El sistema operativo de la máquina física (o VM).
3. Motor de contenedor: Software que gestiona la creación y el mantenimiento de contenedores.
4. Aplicación: El software que se ejecuta en el contenedor.
5. Dependencias: Las bibliotecas/binarios necesarios para ejecutar la aplicación.

Diagrama de arquitectura de un servidor que ejecuta tres contenedores. Imagen del autor.

Como los contenedores sólo empaquetan la aplicación y sus dependencias, son mucho más pequeños y portátiles que las máquinas virtuales. Esto facilita el traslado de contenedores entre distintos entornos (por ejemplo, de desarrollo a producción) sin comprometer la compatibilidad.

Docker es la principal plataforma que utilizan los desarrolladores para crear y ejecutar aplicaciones en contenedores. Si quieres empezar a utilizarlo, consulta nuestro curso Introducción a Docker.

Diferencias entre contenedores y máquinas virtuales

Aunque la diferencia pueda parecer clara basándose en las definiciones anteriores, hay más de lo que parece a simple vista. Esta sección explora a fondo los factores que distinguen a las máquinas virtuales de los contenedores, como la arquitectura, la utilización de recursos, el tiempo de arranque, el aislamiento y la seguridad, y la portabilidad.

Arquitectura

Las máquinas virtuales y los contenedores difieren en su arquitectura debido a dónde realizan la virtualización. Como hemos visto antes, las máquinas virtuales se ejecutan sobre hipervisores e incluyen sus propios sistemas operativos, aplicaciones y dependencias. Los contenedores, en cambio, comparten el núcleo del sistema operativo anfitrión y sólo empaquetan la aplicación y sus dependencias.

Utilización de los recursos

Como las máquinas virtuales tienen su propio sistema operativo, consumen más recursos, incluidos CPU y RAM. La capa del SO aumenta el uso total de recursos. En comparación, los contenedores no requieren un SO distinto para cada instancia. Esto hace que ocupen mucha menos memoria y consuman menos CPU.

Tiempo de arranque

Las máquinas virtuales tienen un tiempo de arranque más largo, ya que necesitan configurar su propio sistema operativo, lo que supone una sobrecarga más significativa. Como los contenedores no necesitan emular su propio SO, tienen mucha menos sobrecarga y pueden arrancar en segundos. Este rápido tiempo de arranque hace que los contenedores sean populares en las canalizaciones de Integración Continua/Despliegue Continuo (CI/CD), donde se requiere velocidad y eficacia. 

Aislamiento y seguridad

En general, las máquinas virtuales proporcionan mayor seguridad que los contenedores debido a su nivel de aislamiento. Las máquinas virtuales ofrecen un aislamiento completo, ya que cada máquina virtual contiene su propio sistema operativo. Como resultado, una amenaza a la seguridad en una máquina virtual no afecta a las demás, haciéndolas más seguras. Los contenedores sólo proporcionan un aislamiento parcial, ya que comparten el núcleo del SO. Un núcleo compartido introduce un riesgo potencial de seguridad: si el núcleo se ve comprometido, todos los contenedores son vulnerables.

Portabilidad

Las máquinas virtuales son voluminosas y puede resultar difícil moverlas entre distintos entornos. También plantean el riesgo de problemas de compatibilidad si se ejecutan en un entorno que no admite el SO utilizado en la máquina virtual. Los contenedores, por su ligereza, son muy portátiles. Se pueden trasladar de un entorno a otro con un esfuerzo mínimo. Además, como están diseñados para funcionar de forma coherente en distintos entornos, eliminan los problemas de compatibilidad.

Aquí tienes una tabla que resume las principales diferencias entre los contenedores y las máquinas virtuales:

Casos de uso de las máquinas virtuales

Puede parecer que las máquinas virtuales tienen, en general, más inconvenientes que los contenedores. Entonces, ¿cuáles son sus casos de uso? Esta sección explora algunas de las más destacables, como la ejecución de aplicaciones heredadas, la compatibilidad con entornos multi-OS y el manejo de cargas de trabajo críticas para la seguridad.

Ejecutar aplicaciones heredadas

Las máquinas virtuales son ideales para ejecutar aplicaciones heredadas que requieren sistemas operativos antiguos o anticuados. Como las máquinas virtuales pueden tener sus propios entornos de sistema operativo, los equipos pueden seguir utilizando sus aplicaciones más antiguas, que pueden no ser compatibles con los sistemas operativos modernos.

Entornos multi-OS

Las máquinas virtuales son muy eficaces cuando las aplicaciones deben ejecutarse en varios sistemas operativos. Por ejemplo, puedes configurar máquinas virtuales para ejecutar Linux, Windows y otros sistemas operativos en la misma máquina física. Sin embargo, los contenedores no pueden ejecutar sistemas operativos diferentes en el mismo host, ya que comparten el núcleo del sistema operativo. 

Cargas de trabajo críticas para la seguridad

Como puedes imaginar, las máquinas virtuales destacan en el manejo de cargas de trabajo críticas para la seguridad debido a su completo aislamiento. Cada máquina virtual actúa de forma independiente, lo que significa que las demás no se ven afectadas si una de ellas se ve comprometida. Los contenedores no ofrecen el mismo nivel de seguridad que las máquinas virtuales, ya que comparten el sistema operativo anfitrión, lo que los hace más vulnerables en conjunto. 

Casos de uso de los contenedores

La naturaleza ligera de los contenedores los convierte en potentes activos en el desarrollo de software moderno. Esta sección explora los casos de uso en los que destacan los contenedores, como la arquitectura de microservicios, las canalizaciones CI/CD y DevOps, y la portabilidad entre distintos entornos.

Arquitectura de microservicios

Los contenedores son ideales para las aplicaciones que utilizan una arquitectura de microservicios, en la que cada microservicio cumple una función específica (por ejemplo, almacenamiento de datos, autenticación de usuarios). 

Como los contenedores son independientes de la aplicación, permiten la coexistencia de microservicios y garantizan que los problemas de un servicio no afecten a los demás. A medida que la arquitectura de microservicios ha ido ganando popularidad, los equipos de ingeniería confían cada vez más en los contenedores para desplegar sus aplicaciones. 

Canalizaciones CI/CD y DevOps

Los conductos modernos de CI/CD implican a varios desarrolladores con diferentes partes de una aplicación simultáneamente, realizando pruebas, integración y despliegue constantes.

Los contenedores son ideales para estos procesos, ya que su baja sobrecarga de recursos se traduce en tiempos de arranque rápidos, lo que facilita la creación de entornos, la ejecución de pruebas y el despliegue de actualizaciones de código. Esta eficiencia ha convertido a los contenedores en un elemento básico de DevOps, que prioriza la entrega rápida y continua de software.

Portabilidad entre entornos

Los contenedores facilitan a los desarrolladores trasladar el código del desarrollo a las pruebas y a la producción. Están diseñados para empaquetar aplicaciones que funcionen correctamente en distintos sistemas, lo que reduce los problemas de compatibilidad. Además, como los contenedores son independientes de la plataforma, pueden desplegarse en distintos entornos, como servidores locales y plataformas en la nube, lo que los hace adecuados para aplicaciones nativas en la nube.

En resumen, éstas son las tecnologías recomendadas para cada situación:

Elegir entre contenedores y máquinas virtuales

Decidir entre contenedores y máquinas virtuales depende de tus necesidades específicas y de tu aplicación. Esta sección explora cuándo optar por máquinas virtuales o contenedores. 

Cuándo utilizar máquinas virtuales

Las máquinas virtuales son la tecnología ideal para las aplicaciones que requieren entornos multi-OS. Se pueden ejecutar varios entornos con distintos SO (como Windows y Linux) en el mismo hardware físico. 

También son especialmente adecuados para las aplicaciones heredadas que se ejecutan en sistemas operativos antiguos o anticuados. Por último, como las máquinas virtuales ofrecen un aislamiento completo, son la mejor opción para aplicaciones con elevadas exigencias de seguridad. 

Cuándo utilizar contenedores

Los contenedores son más adecuados para aplicaciones diseñadas con una arquitectura de microservicios, en la que los componentes funcionan de forma independiente. Además, sus rápidos tiempos de arranque y su mínimo consumo de recursos los hacen adecuados para las canalizaciones CI/CD, que requieren frecuentes pruebas y despliegues de código. 

Debido a su portabilidad, los contenedores también son una gran opción para los desarrolladores que necesitan trasladar sus aplicaciones a distintos entornos. 

Por último, su naturaleza agnóstica respecto a las plataformas significa que son fáciles de desplegar en entornos de nube, lo que resulta especialmente valioso a medida que las empresas adoptan soluciones en la nube e híbridas.

Combinar contenedores y máquinas virtuales

Aunque los contenedores y las máquinas virtuales son tecnologías de virtualización fundamentalmente diferentes, ¡pueden utilizarse juntos con eficacia!

Las máquinas virtuales proporcionan un aislamiento sólido que añade una capa de seguridad, reduciendo el riesgo de amenazas a la aplicación. Al colocar los contenedores en máquinas virtuales, puedes tener un mayor control sobre la asignación de recursos, lo que facilita que cada grupo de contenedores pueda acceder a recursos suficientes para su aplicación. 

Además, esta combinación facilita el escalado y la gestión de las implantaciones en distintos entornos.

Arquitectura conjunta de contenedores y máquinas virtuales. Fuente de la imagen: Docker.

Conclusión

La virtualización es esencial para maximizar la eficiencia de los recursos y mejorar los flujos de trabajo de desarrollo de software. Las máquinas virtuales y los contenedores son dos de las implementaciones más populares de la virtualización, ampliamente utilizadas por los equipos para desarrollar y desplegar aplicaciones. Un sólido conocimiento de ambos te beneficiará si quieres crear soluciones seguras, eficientes y escalables.

Si estás listo para iniciar tu viaje, consulta el itinerario de conocimientos sobre Contenedores y Virtualización con Docker y Kubernetes. ¡Contiene 4 cursos esenciales que sin duda te pondrán al día!