Conteneurs et machines virtuelles : Une comparaison détaillée pour les développeurs

Qu'est-ce qu'une machine virtuelle ?

Une machine virtuelle (VM) est une technologie qui permet la virtualisation au niveau du matériel, ce qui permet à plusieurs systèmes d'exploitation de fonctionner sur une seule machine. Chaque VM agit comme un système isolé avec son propre système d'exploitation, sa propre application et ses propres dépendances. Cela est possible grâce au logiciel "hyperviseur", qui est chargé d'allouer à chaque VM des ressources matérielles telles que des cœurs de processeur et des espaces de stockage. 

L'architecture d'une machine virtuelle se compose généralement des éléments suivants :

1. Matériel : La machine physique.
2. Système d'exploitation : Le système d'exploitation installé sur la machine physique.
3. Hyperviseur : Le logiciel qui alloue les ressources aux machines virtuelles.
4. Système d'exploitation invité : Le système d'exploitation installé sur chaque VM.
5. Application : Le logiciel qui s'exécute dans la VM. 
6. Dépendances : Les bibliothèques/binaires nécessaires à l'exécution de l'application.

Schéma d'architecture d'un serveur sur lequel tournent trois machines virtuelles. Image par l'auteur.

Vous pouvez configurer les machines virtuelles en fonction du nombre de cœurs, de la quantité de mémoire et d'autres facteurs. Cette flexibilité vous permet de créer plusieurs environnements avec des configurations de systèmes d'exploitation spécifiques adaptées à vos applications.

Si vous souhaitez en savoir plus sur l'essentiel des machines virtuelles, des conteneurs, de Docker et de Kubernetes, consultez notre cours Concepts de conteneurisation et de virtualisation!

Qu'est-ce qu'un conteneur ?

Un conteneur est une forme de virtualisation qui opère au niveau du système d'exploitation, permettant à plusieurs applications de fonctionner sur le même noyau de système d'exploitation. Contrairement aux VM, les conteneurs n'intègrent pas leur propre système d'exploitation ; ils partagent le système d'exploitation de l'hôte, ce qui les rend nettement plus légers et efficaces.

Les conteneurs comprennent une application et ses dépendances. Ils sont conçus pour fonctionner de la même manière, quel que soit l'endroit où ils sont déployés.

Une architecture de conteneur typique se compose des éléments suivants : 

1. Matériel : La machine physique.
2. Système d'exploitation hôte : Le système d'exploitation de la machine physique (ou VM).
3. Moteur de conteneur : Logiciel qui gère la création et la maintenance des conteneurs.
4. Application : Le logiciel qui fonctionne dans le conteneur.
5. Dépendances : Les bibliothèques/binaires nécessaires à l'exécution de l'application.

Schéma d'architecture d'un serveur utilisant trois conteneurs. Image par l'auteur.

Étant donné que les conteneurs n'empaquettent que l'application et ses dépendances, ils sont beaucoup plus petits et plus faciles à transporter que les machines virtuelles. Cela permet de déplacer facilement les conteneurs dans différents environnements (par exemple, du développement à la production) sans compromettre la compatibilité.

Docker est la principale plateforme utilisée par les développeurs pour créer et exécuter des applications en conteneur. Si vous souhaitez commencer à l'utiliser, consultez notre cours d'introduction à Docker.

Différences entre les conteneurs et les machines virtuelles

Si la différence peut sembler évidente au vu des définitions précédentes, il y a plus qu'un simple coup d'œil. Cette section examine en détail les facteurs qui distinguent les VM des conteneurs, notamment l'architecture, l'utilisation des ressources, le temps de démarrage, l'isolation et la sécurité, ainsi que la portabilité.

L'architecture

Les VM et les conteneurs diffèrent dans leur architecture en raison de l'endroit où ils effectuent la virtualisation. Comme nous l'avons vu précédemment, les machines virtuelles s'exécutent au-dessus d'hyperviseurs et comprennent leurs propres systèmes d'exploitation, applications et dépendances. Les conteneurs, quant à eux, partagent le noyau du système d'exploitation hôte et n'empaquettent que l'application et ses dépendances.

Utilisation des ressources

Comme les VM ont leur propre système d'exploitation, elles consomment plus de ressources, notamment le processeur et la mémoire vive. La couche du système d'exploitation ajoute à l'utilisation globale des ressources. En comparaison, les conteneurs ne nécessitent pas de système d'exploitation distinct pour chaque instance. Cela leur permet d'avoir une empreinte mémoire beaucoup plus petite et de consommer moins d'énergie au niveau de l'unité centrale.

Temps de démarrage

Les machines virtuelles ont un temps de démarrage plus long car elles doivent configurer leur propre système d'exploitation, ce qui entraîne des frais généraux plus importants. Comme les conteneurs n'ont pas besoin d'émuler leur propre système d'exploitation, ils ont beaucoup moins de frais généraux et peuvent démarrer en quelques secondes. Ce temps de démarrage rapide rend les conteneurs populaires dans les pipelines d'intégration continue/déploiement continu (CI/CD), où la vitesse et l'efficacité sont requises. 

Isolement et sécurité

Dans l'ensemble, les machines virtuelles offrent une plus grande sécurité que les conteneurs en raison de leur niveau d'isolation. Les VM offrent une isolation complète puisque chaque VM contient son propre système d'exploitation. Par conséquent, une menace de sécurité dans une VM n'affecte pas les autres VM, ce qui les rend plus sûres. Les conteneurs n'offrent qu'une isolation partielle puisqu'ils partagent le noyau du système d'exploitation. Un noyau partagé présente un risque potentiel pour la sécurité : si le noyau est compromis, tous les conteneurs sont vulnérables.

Portabilité

Les machines virtuelles sont encombrantes et peuvent être difficiles à déplacer entre différents environnements. Elles présentent également le risque de problèmes de compatibilité si elles sont exécutées dans un environnement qui ne prend pas en charge le système d'exploitation utilisé dans la VM. Grâce à leur légèreté, les conteneurs sont très faciles à transporter. Ils peuvent être déplacés d'un environnement à l'autre avec un minimum d'effort. En outre, comme ils sont conçus pour fonctionner de manière cohérente dans différents environnements, ils éliminent les problèmes de compatibilité.

Voici un tableau résumant les principales différences entre les conteneurs et les machines virtuelles :

Cas d'utilisation des machines virtuelles

Il peut sembler que les VM présentent, en général, plus d'inconvénients que les conteneurs. Quels sont donc les cas d'utilisation ? Cette section explore quelques-unes des plus remarquables, notamment l'exécution d'applications anciennes, la prise en charge d'environnements multi-OS et la gestion de charges de travail critiques en termes de sécurité.

Exécution d'applications patrimoniales

Les machines virtuelles sont idéales pour l'exécution d'applications patrimoniales qui nécessitent des systèmes d'exploitation anciens ou obsolètes. Comme les VM peuvent avoir leur propre environnement de système d'exploitation, les équipes peuvent continuer à utiliser leurs anciennes applications qui ne sont peut-être pas compatibles avec les systèmes d'exploitation modernes.

Environnements multi-OS

Les machines virtuelles sont très efficaces lorsque les applications doivent être exécutées sur plusieurs systèmes d'exploitation. Par exemple, vous pouvez configurer des VM pour exécuter Linux, Windows et d'autres systèmes d'exploitation sur la même machine physique. Les conteneurs ne peuvent toutefois pas faire fonctionner différents systèmes d'exploitation sur le même hôte puisqu'ils partagent le noyau du système d'exploitation. 

Charges de travail critiques pour la sécurité

Comme vous pouvez l'imaginer, les machines virtuelles excellent dans la gestion des charges de travail critiques pour la sécurité en raison de leur isolement complet. Chaque VM agit de manière indépendante, ce qui signifie que les autres ne sont pas affectées si l'une d'entre elles est compromise. Les conteneurs n'offrent pas le même niveau de sécurité que les machines virtuelles puisqu'ils partagent le système d'exploitation hôte, ce qui les rend plus vulnérables. 

Cas d'utilisation des conteneurs

La légèreté des conteneurs en fait de puissants atouts pour le développement de logiciels modernes. Cette section explore les cas d'utilisation où les conteneurs excellent, notamment l'architecture microservices, les pipelines CI/CD et DevOps, et la portabilité dans différents environnements.

Architecture microservices

Les conteneurs sont idéaux pour les applications utilisant une architecture de microservices, où chaque microservice remplit une fonction spécifique (par exemple, le stockage de données, l'authentification de l'utilisateur). 

Les conteneurs étant indépendants des applications, ils permettent aux microservices de coexister tout en garantissant que les problèmes d'un service n'ont pas d'incidence sur les autres. L'architecture microservices ayant gagné en popularité, les équipes d'ingénieurs s'appuient de plus en plus sur les conteneurs pour déployer leurs applications. 

Pipelines CI/CD et DevOps

Les pipelines CI/CD modernes impliquent plusieurs développeurs qui travaillent simultanément sur différentes parties d'une application, en effectuant constamment des tests, des intégrations et des déploiements.

Les conteneurs sont idéaux pour ces pipelines, car leur faible consommation de ressources se traduit par des temps de démarrage rapides, ce qui facilite le démarrage des environnements, l'exécution des tests et le déploiement des mises à jour du code. Cette efficacité a fait des conteneurs un élément essentiel du DevOps, qui donne la priorité à la livraison rapide et continue de logiciels.

Portabilité dans tous les environnements

Les conteneurs permettent aux développeurs de déplacer facilement le code du développement à la production en passant par les tests. Ils sont conçus pour regrouper des applications qui fonctionnent avec succès sur différents systèmes, ce qui réduit les problèmes de compatibilité. En outre, les conteneurs étant agnostiques en termes de plateforme, ils peuvent être déployés dans différents environnements, tels que des serveurs sur site et des plateformes cloud, ce qui les rend adaptés aux applications cloud-natives.

En résumé, voici les technologies recommandées pour chaque situation :

Choisir entre conteneurs et machines virtuelles

Le choix entre les conteneurs et les machines virtuelles dépend de vos besoins spécifiques et de votre application. Cette section examine quand il convient d'opter pour des machines virtuelles ou des conteneurs. 

Quand utiliser les machines virtuelles ?

Les machines virtuelles sont la technologie idéale pour les applications nécessitant des environnements multi-OS. Plusieurs environnements avec des systèmes d'exploitation différents (comme Windows et Linux) peuvent être exécutés sur le même matériel physique. 

Ils sont également particulièrement adaptés aux applications patrimoniales qui fonctionnent sur des systèmes d'exploitation anciens ou dépassés. Enfin, comme les VM offrent une isolation totale, elles constituent la meilleure option pour les applications exigeant une grande sécurité. 

Quand utiliser les conteneurs ?

Les conteneurs sont mieux adaptés aux applications conçues à l'aide d'une architecture microservices, où les composants fonctionnent de manière indépendante. En outre, leur temps de démarrage rapide et leur consommation minimale de ressources les rendent adaptés aux pipelines CI/CD, qui nécessitent des tests et des déploiements de code fréquents. 

En raison de leur portabilité, les conteneurs sont également un excellent choix pour les développeurs qui doivent déplacer leurs applications dans différents environnements. 

Enfin, leur nature agnostique à la plateforme signifie qu'ils sont faciles à déployer dans des environnements cloud, ce qui est particulièrement précieux à l'heure où les entreprises adoptent des solutions cloud et hybrides.

Combinaison de conteneurs et de machines virtuelles

Bien que les conteneurs et les machines virtuelles soient des technologies de virtualisation fondamentalement différentes, ils peuvent être utilisés ensemble de manière efficace !

Les VM fournissent une isolation solide qui ajoute une couche de sécurité, réduisant ainsi le risque de menaces pour l'application. En plaçant les conteneurs dans des machines virtuelles, vous pouvez mieux contrôler l'allocation des ressources et vous assurer que chaque groupe de conteneurs a accès à des ressources suffisantes pour son application. 

En outre, cette combinaison facilite la mise à l'échelle et la gestion des déploiements dans différents environnements.

Architecture commune aux conteneurs et aux machines virtuelles. Source de l'image : Docker.

Conclusion

La virtualisation est essentielle pour maximiser l'efficacité des ressources et améliorer les processus de développement de logiciels. Les machines virtuelles et les conteneurs sont deux des implémentations les plus populaires de la virtualisation, largement utilisées par les équipes pour développer et déployer des applications. Une bonne compréhension de ces deux aspects vous sera utile si vous souhaitez créer des solutions sûres, efficaces et évolutives.

Si vous êtes prêt à commencer votre parcours, consultez le cursus de compétences Conteneurisation et virtualisation avec Docker et Kubernetes. Il contient 4 cours essentiels qui vous permettront de passer à la vitesse supérieure !