容器 vs 虚拟机：面向开发者的详细对比

什么是虚拟机？

虚拟机（VM）是一种在硬件层面实现虚拟化的技术，允许在一台机器上运行多个操作系统。每个 VM 都作为一个隔离的系统运行，拥有自己的操作系统、应用程序和依赖。这得益于“hypervisor（虚拟机监控器）”软件，它负责为每个 VM 分配 CPU 核心、存储等硬件资源。

典型的虚拟机架构通常包括以下组件：

1. 硬件： 物理机器。
2. 操作系统： 安装在物理机器上的操作系统。
3. 虚拟机监控器（Hypervisor）： 为 VM 分配资源的软件。
4. 客户机操作系统（Guest OS）： 安装在每个 VM 上的操作系统。
5. 应用程序： 运行在 VM 中的软件。
6. 依赖： 运行应用程序所需的库/二进制文件。

一台服务器运行三个虚拟机的架构示意图。图片由作者提供。

您可以根据内核数量、内存大小等因素配置虚拟机。这种灵活性使您能够创建多个环境，为您的应用程序定制特定的操作系统配置。

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什么是容器？

容器是一种在操作系统层面运行的虚拟化形式，使多个应用能够共享同一个 OS 内核运行。与 VM 不同，容器不包含自己的操作系统；它们共享宿主 OS，因此显著更轻量、更高效。

容器包含应用及其依赖，旨在无论部署到哪里都以相同方式运行。

典型的容器架构由以下组件构成：

1. 硬件： 物理机器。
2. 宿主操作系统（Host OS）： 物理机器（或 VM）上的操作系统。
3. 容器引擎： 管理容器创建与维护的软件。
4. 应用程序： 运行在容器中的软件。
5. 依赖： 运行应用程序所需的库/二进制文件。

一台服务器运行三个容器的架构示意图。图片由作者提供。

由于容器只打包应用及其依赖，它们比 VM 小得多，也更便携。这使得在不同环境间（例如从开发到生产）迁移容器变得容易，并且不会牺牲兼容性。

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容器与虚拟机的差异

虽然根据前面的定义差异似乎一目了然，但其中还有更多细节。本节将全面探讨区分 VM 与容器的因素，包括架构、资源利用、启动时间、隔离与安全，以及可移植性。

架构

VM 与容器在架构上的差异源于其执行虚拟化的位置。正如前文所述，VM 运行在虚拟机监控器之上，并包含自身的操作系统、应用和依赖。容器则共享宿主操作系统的内核，只打包应用及其依赖。

资源利用

由于 VM 拥有各自的操作系统，它们会消耗更多资源，包括 CPU 和内存。操作系统层会增加总体资源使用。相比之下，容器无需为每个实例提供独立的 OS，这使其内存占用更小、CPU 消耗更低。

启动时间

VM 需要启动自身的操作系统，因此启动时间更长，带来更大的开销。容器无需模拟自己的 OS，开销小得多，能够在数秒内启动。快速启动使容器在持续集成/持续部署（CI/CD）流水线中广受欢迎，因为这些场景需要速度与效率。

隔离与安全

总体而言，VM 由于隔离级别更高而比容器更安全。每个 VM 都包含自己的操作系统，因此提供完全隔离。结果是，一个 VM 中的安全威胁不会影响其他 VM，使其更安全。容器由于共享 OS 内核，只能提供部分隔离。共享内核带来潜在安全风险：一旦内核被攻破，所有容器都将受影响。

可移植性

VM 体量庞大，在不同环境之间迁移较为困难。如果在不支持 VM 所用操作系统的环境中运行，还可能出现兼容性问题。容器由于轻量，具有很高的可移植性，能以最小的代价在环境间移动。此外，容器设计为在不同环境中一致运行，从而消除兼容性问题。

下表汇总了容器与虚拟机之间的主要差异：

虚拟机的使用场景

看起来 VM 的劣势似乎多于容器。那么，它的使用场景有哪些？本节将探讨一些最值得关注的场景，包括运行遗留应用、支持多操作系统环境，以及处理高安全性工作负载。

运行遗留应用

对于需要较旧或已过时操作系统的遗留应用，VM 是理想之选。由于 VM 可以拥有各自的 OS 环境，团队能够继续使用可能与现代操作系统不兼容的旧应用。

多操作系统环境

当应用需要在多个操作系统上运行时，VM 非常有效。例如，您可以在同一台物理机器上通过 VM 同时运行 Linux、Windows 等不同操作系统。容器由于共享 OS 内核，无法在同一宿主上运行不同操作系统。

安全关键型工作负载

顾名思义，VM 在处理安全关键型工作负载方面表现出色，因为它们提供完全隔离。每个 VM 独立运行，即便其中一个 VM 受到攻击，其他 VM 也不会受影响。容器由于共享宿主 OS，无法提供与 VM 相同级别的安全性，整体更易受攻击。

容器的使用场景

容器的轻量特性使其在现代软件开发中极具优势。本节将探讨容器擅长的场景，包括微服务架构、CI/CD 与DevOps 流水线，以及跨环境的可移植性。

微服务架构

对于采用微服务架构的应用（每个微服务承担特定功能，例如数据存储、用户认证），容器是理想选择。

由于容器与应用相互独立，它们使微服务能够并存，同时确保某个服务中的问题不会影响其他服务。随着微服务架构日益流行，工程团队越来越依赖容器来部署应用。

CI/CD 与 DevOps 流水线

现代 CI/CD 流水线中，多位开发者会同时负责应用的不同部分，持续进行测试、集成与部署。

容器非常适合这些流水线，因为其资源开销低、启动速度快，便于快速拉起环境、运行测试并部署代码更新。这种效率使容器成为 DevOps 的标配，后者强调快速且持续的软件交付。

跨环境可移植性

容器让开发者能够轻松地在开发、测试与生产之间迁移代码。它们被设计为打包可在不同系统上成功运行的应用，从而减少兼容性问题。此外，由于容器与平台无关，它们既可部署在本地服务器，也可部署在云平台，因而非常适合云原生应用。

总结如下，各场景的推荐技术为：

在容器与虚拟机之间做选择

在容器与虚拟机之间进行选择，取决于您的具体需求与应用。本节将探讨何时应选择 VM 或容器。

何时使用虚拟机

对于需要多操作系统环境的应用，虚拟机是理想技术。您可以在同一台物理硬件上运行多个不同的 OS（如 Windows 与 Linux）。

VM 也尤其适合运行在较旧或过时操作系统上的遗留应用。最后，由于 VM 提供完全隔离，它们是高安全性需求应用的最佳选择。

何时使用容器

对于采用微服务架构、各组件独立协作的应用，容器更为合适。此外，其快速启动和极低的资源消耗使其适用于 CI/CD 流水线，这类流水线需要频繁的代码测试与部署。

由于具备可移植性，对于需要在不同环境之间迁移应用的开发者而言，容器也是不错的选择。

最后，由于容器与平台无关，它们易于在云环境中部署。随着企业采纳云与混合解决方案，这一点尤为重要。

容器与 VM 的结合

尽管容器与虚拟机在本质上是不同的虚拟化技术，但它们可以高效地结合使用！

VM 提供强健的隔离，为应用增加一层安全防护，降低受到威胁的风险。将容器放置在 VM 中，您可以更好地控制资源分配，更容易确保每组容器都能获得其应用所需的充足资源。

此外，这种组合还能让跨不同环境的扩展与部署管理更为简单。

容器与 VM 组合的架构。图片来源：Docker。

结论

虚拟化对于最大化资源效率、提升软件开发流程至关重要。虚拟机与容器是两种最流行的虚拟化实现形式，被团队广泛用于开发与部署应用。如果您想打造安全、高效且可扩展的解决方案，深入理解二者将大有裨益。

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