Container vs macchine virtuali: un confronto dettagliato per sviluppatori

Cosa sono le macchine virtuali?

Una macchina virtuale (VM) è una tecnologia che abilita la virtualizzazione a livello hardware, consentendo a più sistemi operativi di girare sulla stessa macchina. Ogni VM si comporta come un sistema isolato con il proprio sistema operativo, applicazioni e dipendenze. Ciò è reso possibile dal software “hypervisor”, responsabile di allocare a ciascuna VM risorse hardware come core CPU e storage. 

L’architettura di una macchina virtuale in genere comprende i seguenti componenti:

1. Hardware: la macchina fisica.
2. Sistema operativo: il sistema operativo installato sulla macchina fisica.
3. Hypervisor: il software che alloca risorse alle VM.
4. Guest OS: il sistema operativo installato su ciascuna VM.
5. Applicazione: il software che viene eseguito nella VM. 
6. Dipendenze: le librerie/binari necessari per eseguire l’applicazione.

Diagramma dell’architettura di un server con tre macchine virtuali. Immagine dell’autore.

Puoi configurare le macchine virtuali in base al numero di core, alla quantità di memoria e ad altri fattori. Questa flessibilità consente di creare più ambienti con specifiche configurazioni di sistema operativo su misura per le tue applicazioni.

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Cosa sono i container?

Un container è una forma di virtualizzazione che opera a livello di sistema operativo, consentendo a più applicazioni di girare sullo stesso kernel dell’OS. A differenza delle VM, i container non includono un proprio OS; condividono invece l’OS host, risultando molto più leggeri ed efficienti.

I container includono un’applicazione insieme alle sue dipendenze. Sono progettati per funzionare allo stesso modo, indipendentemente da dove vengono distribuiti.

Un’architettura tipica dei container comprende i seguenti componenti: 

1. Hardware: la macchina fisica.
2. OS host: il sistema operativo sulla macchina fisica (o VM).
3. Motore dei container: software che gestisce creazione e manutenzione dei container.
4. Applicazione: il software che gira nel container.
5. Dipendenze: le librerie/binari necessari per eseguire l’applicazione.

Diagramma dell’architettura di un server con tre container. Immagine dell’autore.

Poiché i container includono solo l’applicazione e le sue dipendenze, sono molto più piccoli e portabili rispetto alle VM. Questo rende semplice spostarli tra diversi ambienti (ad esempio, dallo sviluppo alla produzione) senza compromettere la compatibilità.

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Differenze tra container e macchine virtuali

Sebbene la differenza possa sembrare chiara dalle definizioni precedenti, c’è più di quanto sembri. In questa sezione esploriamo a fondo i fattori che distinguono VM e container, tra cui architettura, utilizzo delle risorse, tempi di avvio, isolamento e sicurezza, e portabilità.

Architettura

VM e container differiscono nell’architettura in base a dove avviene la virtualizzazione. Come visto, le VM girano sopra gli hypervisor e includono il proprio sistema operativo, applicazioni e dipendenze. I container, invece, condividono il kernel del sistema operativo host e impacchettano solo l’applicazione e le sue dipendenze.

Utilizzo delle risorse

Poiché le VM hanno un proprio OS, consumano più risorse, inclusi CPU e RAM. Il livello dell’OS aumenta l’uso complessivo delle risorse. Al contrario, i container non richiedono un OS separato per ogni istanza, con un’impronta di memoria molto più piccola e un consumo CPU inferiore.

Tempo di avvio

Le VM hanno tempi di avvio più lunghi perché devono configurare il proprio OS, con un overhead più significativo. Poiché i container non devono emulare un proprio OS, l’overhead è molto minore e possono avviarsi in pochi secondi. Questa rapidità li rende popolari nelle pipeline di Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD), dove servono velocità ed efficienza. 

Isolamento e sicurezza

In generale, le VM offrono maggiore sicurezza rispetto ai container grazie al livello di isolamento. Le VM garantiscono isolamento completo poiché ciascuna contiene il proprio sistema operativo. Di conseguenza, una minaccia in una VM non influisce sulle altre, rendendole più sicure. I container offrono solo un isolamento parziale poiché condividono il kernel dell’OS. Un kernel condiviso introduce un potenziale rischio: se il kernel viene compromesso, tutti i container sono vulnerabili.

Portabilità

Le VM sono ingombranti e possono essere difficili da spostare tra diversi ambienti. Inoltre, possono sorgere problemi di compatibilità se eseguite in un ambiente che non supporta l’OS usato nella VM. I container, grazie alla loro leggerezza, sono altamente portabili e possono essere spostati tra ambienti con minimo sforzo. Inoltre, essendo progettati per funzionare in modo coerente in ambienti differenti, eliminano i problemi di compatibilità.

Ecco una tabella che riassume le principali differenze tra container e macchine virtuali:

Casi d’uso per le macchine virtuali

Potrebbe sembrare che, in generale, le VM abbiano più svantaggi dei container. Quindi, quali sono i loro casi d’uso? In questa sezione esploriamo alcuni dei più significativi, tra cui l’esecuzione di applicazioni legacy, il supporto di ambienti multi-OS e la gestione di carichi critici per la sicurezza.

Esecuzione di applicazioni legacy

Le VM sono ideali per eseguire applicazioni legacy che richiedono sistemi operativi più vecchi o non aggiornati. Poiché le VM possono avere propri ambienti OS, i team possono continuare a usare applicazioni datate che potrebbero non essere compatibili con i sistemi operativi moderni.

Ambienti multi-OS

Le VM sono molto efficaci quando le applicazioni devono essere eseguite su più sistemi operativi. Per esempio, puoi configurare VM per eseguire Linux, Windows e altri sistemi operativi sulla stessa macchina fisica. I container, invece, non possono eseguire sistemi operativi differenti sullo stesso host poiché condividono il kernel dell’OS. 

Carichi critici per la sicurezza

Come puoi immaginare, le VM eccellono nella gestione di carichi di lavoro critici per la sicurezza grazie all’isolamento completo. Ogni VM agisce in modo indipendente, quindi se una VM viene compromessa, le altre non ne sono influenzate. I container non offrono lo stesso livello di sicurezza delle VM poiché condividono l’OS host, risultando complessivamente più vulnerabili. 

Casi d’uso per i container

La natura leggera dei container li rende strumenti potenti nello sviluppo software moderno. In questa sezione esploriamo i casi d’uso in cui i container eccellono, tra cui architettura a microservizi, pipeline CI/CD e DevOps, e portabilità tra diversi ambienti.

Architettura a microservizi

I container sono ideali per applicazioni che usano un’architettura a microservizi, in cui ogni microservizio svolge una funzione specifica (ad esempio, archiviazione dati, autenticazione utente). 

Poiché i container sono indipendenti dall’applicazione, consentono ai microservizi di convivere assicurando che i problemi in un servizio non impattino sugli altri. Con la crescente diffusione dell’architettura a microservizi, i team di engineering si affidano sempre più ai container per distribuire le proprie applicazioni. 

Pipeline CI/CD e DevOps

Le moderne pipeline CI/CD coinvolgono più sviluppatori su parti diverse della stessa applicazione, con test, integrazione e distribuzione continui.

I container sono ideali per queste pipeline perché il basso overhead di risorse si traduce in tempi di avvio rapidi, rendendo facile creare ambienti al volo, eseguire test e distribuire aggiornamenti del codice. Questa efficienza ha reso i container un caposaldo del DevOps, che privilegia una consegna software rapida e continua.

Portabilità tra ambienti

I container semplificano lo spostamento del codice dallo sviluppo al testing fino alla produzione. Sono progettati per impacchettare applicazioni che girano correttamente su sistemi diversi, riducendo i problemi di compatibilità. Inoltre, poiché sono agnostici rispetto alla piattaforma, possono essere distribuiti in ambienti differenti, come server on-premises e piattaforme cloud, risultando adatti alle applicazioni cloud-native.

In sintesi, ecco le tecnologie consigliate per ciascuna situazione:

Scegliere tra container e macchine virtuali

La scelta tra container e macchine virtuali dipende dalle tue esigenze specifiche e dall’applicazione. In questa sezione vediamo quando optare per VM o container. 

Quando usare le macchine virtuali

Le macchine virtuali sono la tecnologia ideale per applicazioni che richiedono ambienti multi-OS. Più ambienti con OS diversi (come Windows e Linux) possono essere eseguiti sullo stesso hardware fisico. 

Sono anche particolarmente adatte ad applicazioni legacy che girano su sistemi operativi vecchi o non aggiornati. Infine, poiché le VM offrono isolamento completo, sono l’opzione migliore per applicazioni con elevate esigenze di sicurezza. 

Quando usare i container

I container sono più adatti ad applicazioni progettate con architettura a microservizi, in cui i componenti lavorano in modo indipendente. Inoltre, i tempi di avvio rapidi e il consumo minimo di risorse li rendono indicati per pipeline CI/CD, che richiedono test e distribuzioni frequenti. 

Grazie alla portabilità, i container sono anche un’ottima scelta per gli sviluppatori che devono spostare le applicazioni tra ambienti diversi. 

Infine, la loro natura agnostica rispetto alla piattaforma li rende facili da distribuire in ambienti cloud, particolarmente utile mentre le aziende adottano soluzioni cloud e ibride.

Combinare container e VM

Sebbene container e macchine virtuali siano tecnologie di virtualizzazione fondamentalmente diverse, possono essere usate insieme in modo efficace!

Le VM forniscono un isolamento robusto che aggiunge un livello di sicurezza, riducendo il rischio di minacce all’applicazione. Inserendo i container nelle VM, hai maggiore controllo sull’allocazione delle risorse, semplificando la garanzia che ciascun gruppo di container possa accedere a risorse sufficienti per la propria applicazione. 

Inoltre, questa combinazione semplifica il ridimensionamento e la gestione delle distribuzioni in ambienti differenti.

Architettura con container e VM insieme. Fonte immagine: Docker.

Conclusioni

La virtualizzazione è essenziale per massimizzare l’efficienza delle risorse e migliorare i flussi di lavoro di sviluppo software. Macchine virtuali e container sono due delle implementazioni più diffuse della virtualizzazione, ampiamente utilizzate dai team per sviluppare e distribuire applicazioni. Una solida comprensione di entrambe ti sarà utile per creare soluzioni sicure, efficienti e scalabili.

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