Container vs Máy ảo: So sánh chi tiết dành cho nhà phát triển

Máy ảo là gì?

Máy ảo (VM) là công nghệ cho phép ảo hóa ở cấp phần cứng, cho phép nhiều hệ điều hành chạy trên một máy. Mỗi VM hoạt động như một hệ thống độc lập với hệ điều hành, ứng dụng và các phụ thuộc riêng. Điều này khả thi nhờ phần mềm “hypervisor”, chịu trách nhiệm phân bổ tài nguyên phần cứng như lõi CPU và lưu trữ cho từng VM. 

Kiến trúc máy ảo thường bao gồm các thành phần sau:

1. Phần cứng: Máy vật lý.
2. Hệ điều hành: Hệ điều hành cài trên máy vật lý.
3. Hypervisor: Phần mềm phân bổ tài nguyên cho các VM.
4. Guest OS: Hệ điều hành cài trong mỗi VM.
5. Ứng dụng: Phần mềm chạy trong VM. 
6. Phụ thuộc: Thư viện/tệp nhị phân cần thiết để chạy ứng dụng.

Sơ đồ kiến trúc của một máy chủ chạy ba máy ảo. Hình do Tác giả thực hiện.

Bạn có thể cấu hình máy ảo dựa trên số lõi, dung lượng bộ nhớ và các yếu tố khác. Tính linh hoạt này giúp bạn tạo nhiều môi trường với cấu hình hệ điều hành cụ thể, phù hợp cho ứng dụng của mình.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về những điều cốt lõi của máy ảo, container, Docker và Kubernetes, hãy xem khóa học Containerization and Virtualization Concepts của chúng tôi!

Container là gì?

Container là một dạng ảo hóa hoạt động ở cấp hệ điều hành, cho phép nhiều ứng dụng chạy trên cùng nhân (kernel) của hệ điều hành. Khác với VM, container không bao gồm hệ điều hành riêng; thay vào đó, chúng dùng chung hệ điều hành của máy chủ, giúp nhẹ và hiệu quả hơn đáng kể.

Container bao gồm ứng dụng cùng các phụ thuộc của nó. Chúng được thiết kế để chạy theo cùng một cách, bất kể được triển khai ở đâu.

Một kiến trúc container điển hình gồm các thành phần sau: 

1. Phần cứng: Máy vật lý.
2. Hệ điều hành máy chủ: Hệ điều hành trên máy vật lý (hoặc VM).
3. Công cụ container: Phần mềm quản lý việc tạo và duy trì container.
4. Ứng dụng: Phần mềm chạy trong container.
5. Phụ thuộc: Thư viện/tệp nhị phân cần thiết để chạy ứng dụng.

Sơ đồ kiến trúc của một máy chủ chạy ba container. Hình do Tác giả thực hiện.

Vì container chỉ đóng gói ứng dụng và các phụ thuộc, chúng nhỏ hơn và dễ di chuyển hơn nhiều so với VM. Điều này giúp chuyển container giữa các môi trường (ví dụ: từ phát triển sang sản xuất) dễ dàng mà không ảnh hưởng đến khả năng tương thích.

Docker là nền tảng hàng đầu mà các nhà phát triển dùng để xây dựng và chạy ứng dụng container. Nếu bạn muốn bắt đầu, hãy xem khóa học Introduction to Docker.

Sự khác biệt giữa Container và Máy ảo

Mặc dù sự khác biệt có vẻ rõ ràng qua các định nghĩa trước đó, vẫn còn nhiều điều đáng chú ý. Phần này phân tích kỹ các yếu tố phân biệt VM và container, gồm kiến trúc, sử dụng tài nguyên, thời gian khởi động, mức độ cô lập và bảo mật, cũng như tính di động.

Kiến trúc

VM và container khác nhau về kiến trúc do nơi thực hiện ảo hóa. Như đã thấy, VM chạy trên hypervisor và bao gồm hệ điều hành, ứng dụng và các phụ thuộc riêng. Trong khi đó, container dùng chung nhân hệ điều hành của máy chủ và chỉ đóng gói ứng dụng cùng các phụ thuộc.

Sử dụng tài nguyên

Vì VM có hệ điều hành riêng, chúng tiêu thụ nhiều tài nguyên hơn, bao gồm CPU và RAM. Lớp hệ điều hành làm tăng tổng mức sử dụng tài nguyên. Ngược lại, container không cần hệ điều hành riêng cho mỗi phiên bản. Kết quả là chúng có dấu chân bộ nhớ nhỏ hơn nhiều và tiêu thụ CPU thấp hơn.

Thời gian khởi động

VM có thời gian khởi động lâu hơn vì cần thiết lập hệ điều hành riêng, dẫn đến nhiều chi phí bổ sung. Do container không cần mô phỏng hệ điều hành riêng, chúng có chi phí thấp và có thể khởi động trong vài giây. Thời gian khởi động nhanh khiến container phổ biến trong các pipeline Tích hợp liên tục/Triển khai liên tục (CI/CD), nơi tốc độ và hiệu quả là yêu cầu. 

Cô lập và bảo mật

Nhìn chung, VM mang lại bảo mật cao hơn container nhờ mức độ cô lập. VM cung cấp cô lập hoàn toàn vì mỗi VM có hệ điều hành riêng. Do đó, một mối đe dọa bảo mật trong một VM sẽ không ảnh hưởng đến VM khác, khiến chúng an toàn hơn. Container chỉ cung cấp cô lập một phần vì dùng chung nhân hệ điều hành. Nhân dùng chung tạo ra rủi ro bảo mật tiềm ẩn: nếu nhân bị xâm phạm, tất cả container đều dễ bị tổn thương.

Tính di động

VM cồng kềnh và có thể khó di chuyển giữa các môi trường khác nhau. Chúng cũng có nguy cơ gặp vấn đề tương thích nếu chạy trong môi trường không hỗ trợ hệ điều hành dùng trong VM. Container, nhờ tính nhẹ, có khả năng di động rất cao. Chúng có thể được chuyển giữa các môi trường với nỗ lực tối thiểu. Hơn nữa, do được thiết kế để chạy nhất quán trên nhiều môi trường, chúng loại bỏ các vấn đề tương thích.

Dưới đây là bảng tóm tắt những khác biệt chính giữa container và máy ảo:

Trường hợp sử dụng của Máy ảo

Có thể thấy nhìn chung VM có nhiều điểm bất lợi hơn so với container. Vậy chúng phù hợp với những trường hợp nào? Phần này đề cập một số trường hợp tiêu biểu, bao gồm chạy ứng dụng kế thừa, hỗ trợ môi trường đa hệ điều hành và xử lý khối lượng công việc đòi hỏi bảo mật cao.

Chạy ứng dụng kế thừa

VM rất lý tưởng để chạy các ứng dụng kế thừa yêu cầu hệ điều hành cũ hoặc đã lỗi thời. Vì VM có thể có môi trường hệ điều hành riêng, các nhóm có thể tiếp tục dùng ứng dụng cũ có thể không tương thích với hệ điều hành hiện đại.

Môi trường đa hệ điều hành

VM rất hiệu quả khi ứng dụng cần chạy trên nhiều hệ điều hành. Ví dụ, bạn có thể thiết lập VM để chạy Linux, Windows và các hệ điều hành khác trên cùng một máy vật lý. Trong khi đó, container không thể chạy nhiều hệ điều hành khác nhau trên cùng một máy chủ vì chúng dùng chung nhân hệ điều hành. 

Khối lượng công việc đòi hỏi bảo mật cao

Như bạn có thể hình dung, VM vượt trội khi xử lý khối lượng công việc đòi hỏi bảo mật cao nhờ mức độ cô lập hoàn toàn. Mỗi VM hoạt động độc lập, nghĩa là nếu một VM bị xâm phạm thì VM khác không bị ảnh hưởng. Container không mang lại mức bảo mật tương đương VM vì dùng chung hệ điều hành của máy chủ, khiến chúng nhìn chung dễ bị tấn công hơn. 

Trường hợp sử dụng của Container

Tính nhẹ của container khiến chúng trở thành công cụ mạnh mẽ trong phát triển phần mềm hiện đại. Phần này đề cập các trường hợp container tỏa sáng, bao gồm kiến trúc microservices, CI/CD và pipeline DevOps, cũng như khả năng di động giữa các môi trường.

Kiến trúc microservices

Container lý tưởng cho các ứng dụng dùng kiến trúc microservices, nơi mỗi dịch vụ nhỏ đảm nhiệm một chức năng cụ thể (ví dụ: lưu trữ dữ liệu, xác thực người dùng). 

Vì container độc lập theo ứng dụng, chúng cho phép các microservice cùng tồn tại đồng thời đảm bảo sự cố ở một dịch vụ không ảnh hưởng đến dịch vụ khác. Khi kiến trúc microservices ngày càng phổ biến, các nhóm kỹ thuật ngày càng dựa vào container để triển khai ứng dụng. 

CI/CD và pipeline DevOps

Các pipeline CI/CD hiện đại liên quan đến nhiều nhà phát triển làm việc đồng thời trên các phần khác nhau của ứng dụng, liên tục kiểm thử, tích hợp và triển khai.

Container rất phù hợp cho các pipeline này vì chi phí tài nguyên thấp dẫn đến thời gian khởi động nhanh, giúp dễ dàng dựng môi trường, chạy kiểm thử và triển khai bản cập nhật mã. Hiệu quả này khiến container trở thành trụ cột trong DevOps, nơi ưu tiên tốc độ và tính liên tục trong cung cấp phần mềm.

Tính di động giữa các môi trường

Container giúp nhà phát triển dễ dàng chuyển mã từ phát triển sang kiểm thử rồi sang sản xuất. Chúng được thiết kế để đóng gói ứng dụng chạy ổn định trên nhiều hệ thống, giảm vấn đề tương thích. Hơn nữa, vì container độc lập với nền tảng, chúng có thể được triển khai trên nhiều môi trường như máy chủ on-premises và nền tảng đám mây, phù hợp với ứng dụng cloud-native.

Tóm lại, đây là công nghệ được khuyến nghị cho từng tình huống:

Lựa chọn giữa Container và Máy ảo

Quyết định giữa container và máy ảo phụ thuộc vào nhu cầu và ứng dụng cụ thể của bạn. Phần này nêu khi nào nên chọn VM hoặc container. 

Khi nào dùng máy ảo

Máy ảo là công nghệ lý tưởng cho các ứng dụng cần môi trường đa hệ điều hành. Nhiều môi trường với các hệ điều hành khác nhau (như Windows và Linux) có thể chạy trên cùng phần cứng vật lý. 

Chúng cũng đặc biệt phù hợp cho ứng dụng kế thừa chạy trên hệ điều hành cũ hoặc lỗi thời. Cuối cùng, vì VM cung cấp cô lập hoàn toàn, chúng là lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng có yêu cầu bảo mật cao. 

Khi nào dùng container

Container phù hợp hơn cho các ứng dụng được thiết kế theo kiến trúc microservices, nơi các thành phần hoạt động độc lập. Ngoài ra, thời gian khởi động nhanh và tiêu thụ tài nguyên tối thiểu khiến chúng phù hợp với pipeline CI/CD, vốn yêu cầu kiểm thử và triển khai mã thường xuyên. 

Nhờ tính di động, container cũng là lựa chọn tuyệt vời cho nhà phát triển cần di chuyển ứng dụng giữa các môi trường khác nhau. 

Cuối cùng, tính độc lập nền tảng của chúng giúp dễ triển khai trong môi trường đám mây, đặc biệt hữu ích khi doanh nghiệp áp dụng giải pháp đám mây và lai.

Kết hợp container và VM

Mặc dù container và máy ảo là hai công nghệ ảo hóa khác nhau về bản chất, chúng có thể được sử dụng cùng nhau một cách hiệu quả!

VM cung cấp khả năng cô lập vững chắc, bổ sung một lớp bảo mật, giảm rủi ro đe dọa tới ứng dụng. Bằng cách đặt container trong VM, bạn có thể kiểm soát phân bổ tài nguyên tốt hơn, giúp đảm bảo mỗi nhóm container có đủ tài nguyên cho ứng dụng của họ. 

Hơn nữa, sự kết hợp này giúp việc mở rộng và xử lý triển khai trên các môi trường khác nhau trở nên dễ dàng hơn.

Kiến trúc kết hợp Container và VM. Nguồn hình: Docker.

Kết luận

Ảo hóa là yếu tố thiết yếu để tối đa hóa hiệu quả tài nguyên và nâng cao quy trình phát triển phần mềm. Máy ảo và container là hai cách triển khai ảo hóa phổ biến, được các nhóm sử dụng rộng rãi để phát triển và triển khai ứng dụng. Hiểu vững cả hai sẽ có lợi nếu bạn muốn tạo ra giải pháp an toàn, hiệu quả và có khả năng mở rộng.

Nếu bạn sẵn sàng bắt đầu hành trình, hãy xem lộ trình kỹ năng Containerization and Virtualization with Docker and Kubernetes. Lộ trình gồm 4 khóa học thiết yếu chắc chắn sẽ giúp bạn bắt nhịp nhanh!