Container e virtual machine (VM): differenze principali e panoramica

Container e virtual machine: cosa c’è da sapere? Si tratta di tecnologie di virtualizzazione fondamentali, utilizzate da sviluppatori, amministratori di sistema e, sempre più spesso, anche da utenti domestici per eseguire applicazioni. Pur essendo simili, hanno situazioni d’uso diverse e funzionano in modo differente su aspetti importanti.

In questa guida vedremo la differenza tra i container e le virtual machine (VM), confronteremo i rispettivi vantaggi e illustreremo le loro situazioni d’uso, così da capire quale scegliere per costruire un’infrastruttura IT efficiente e scalabile.

Cosa sono le virtual machine (VM)?

Le virtual machine sono computer virtuali completi, con un proprio sistema operativo guest del tutto separato. Una virtual machine si comporta come un computer fisico completo (compresi CPU, RAM, disco rigido, GPU, scheda audio e così via), il tutto virtualizzato tramite un hypervisor su una macchina host.

Le virtual machine possono eseguire interi sistemi operativi desktop e vengono utilizzate sia dai professionisti, per simulare dispositivi e ambienti destinati allo sviluppo software o all’hosting di server, sia dagli utenti domestici, per eseguire software consumer progettato per altri sistemi operativi (per esempio, chi usa MacOS ricorre spesso alle virtual machine per eseguire software Windows, e chi usa Windows fa altrettanto per eseguire software Linux).

Tra i software di virtualizzazione più diffusi ci sono VirtualBox, VMWare, Hyper-V e Parallels.

Cosa sono i container (e la containerizzazione)?

I container sono una tecnologia di virtualizzazione leggera gestita da un container engine. A differenza delle virtual machine, i container condividono le risorse con l’host invece di riservare grandi quote di CPU o memoria per emularne di proprie: per questo richiedono meno risorse, ma hanno anche limiti maggiori in ciò che possono virtualizzare. Nell’infrastruttura IT i container vengono usati soprattutto per distribuire applicazioni, e nello sviluppo software per offrire ambienti di sviluppo coerenti con l’infrastruttura di distribuzione.

I container servono il più delle volte a impacchettare le applicazioni per renderle portabili e facili da distribuire. Prendendo un’applicazione con tutti i suoi file, le sue dipendenze e i suoi componenti e raggruppandoli insieme, è possibile eseguirla senza dover installare quelle dipendenze sulla macchina host. Questo processo si chiama containerizzazione e il file che contiene l’applicazione impacchettata prende il nome di immagine.

La containerizzazione rende le applicazioni portabili e semplici da installare, e risolve molti problemi di compatibilità (soprattutto se sulla stessa macchina esegui più applicazioni che si basano su dipendenze diverse e in conflitto tra loro).

I software per container più diffusi sono Docker, LXD e Singularity.

Le principali differenze tra container e virtual machine

Le differenze di architettura (e di finalità) tra container e virtual machine emergono chiaramente nei diversi comportamenti e vantaggi di ciascuna soluzione:

• Utilizzo delle risorse: i container sono molto più efficienti nell’uso delle risorse rispetto alle virtual machine, perché non emulano un computer intero e condividono le risorse con il sistema operativo host.
• Isolamento: le virtual machine offrono l’isolamento più forte (di fatto come se fossero macchine separate), mentre i container garantiscono solo un isolamento a livello di processo.
• Portabilità: i container sono più portabili (a patto che il container engine sia supportato dall’host) rispetto alle virtual machine, legate a un hypervisor specifico.
• Tempo di avvio: essendo molto più leggeri, i container possono essere avviati, arrestati, messi in pausa e ripresi rapidamente. Le virtual machine richiedono più tempo, perché devono avviare un intero sistema operativo.
• Prestazioni: grazie al migliore utilizzo delle risorse e ai tempi di avvio più rapidi, i container sono in genere più performanti.
• Scalabilità: i container si possono scalare e coordinare con facilità (per esempio avviando nuovi container quando il traffico aumenta e arrestandoli quando cala), mentre le virtual machine sono meno scalabili a causa dei tempi di avvio più lenti.

Questo video illustra le differenze principali: Container e virtual machine (VM): differenze principali e panoramica.

Quando usare i container e quando le virtual machine

Alla luce dei confronti precedenti, a prima vista potrebbe sembrare che i container siano superiori alle virtual machine. Tieni però presente che i container non possono emulare un sistema operativo completo e quindi non sono adatti agli stessi compiti delle virtual machine.

Gli scenari più adatti ai container sono quelli che danno priorità a efficienza e velocità, oltre che a portabilità e integrazione con gli strumenti CI/CD, tra cui:

• Applicazioni cloud: molti provider cloud (tra cui AWS, DigitalOcean e Azure) mettono a disposizione strumenti per caricare e distribuire immagini Docker sulle loro piattaforme gestite, eliminando la necessità di una gestione dei server lunga e laboriosa.
• DevOps con CI/CD: gli sviluppatori possono creare applicazioni in ambienti coerenti e condivisi con il resto del team, per poi distribuirle in ambienti identici, riducendo i costi di sviluppo e test.
• Applicazioni scalabili (comprese le architetture a microservizi): le architetture a microservizi suddividono un’applicazione in numerosi servizi più piccoli, così che ciascuno possa essere scalato singolarmente in base alla domanda (anziché scalare l’intera applicazione). I container sono ideali in questo contesto perché sono leggeri e si avviano rapidamente.

Gli scenari più adatti alle virtual machine sono quelli che richiedono un isolamento e una sicurezza solidi, oppure la virtualizzazione di un intero sistema operativo (o persino di un’architettura di processore diversa, per garantire una compatibilità ancora maggiore). Tra questi:

• Esecuzione di altri sistemi operativi: i container non sono adatti a eseguire sistemi operativi desktop completi come Windows su un’altra piattaforma. Questo rende le virtual machine la scelta migliore per eseguire software legacy (ovvero per virtualizzare un sistema operativo obsoleto e accedere alla sua libreria di software).
• Ambienti orientati alla sicurezza: le virtual machine offrono un isolamento migliore e sono quindi la scelta preferibile quando la sicurezza conta più delle prestazioni, oppure quando la normativa impone un isolamento aggiuntivo.
• Applicazioni non progettate per i container: alcune applicazioni richiedono l’accesso diretto alle risorse del sistema operativo o il pieno controllo su di esse. Per le applicazioni che vi vengono eseguite, una virtual machine appare come un computer fisico completo: questo le rende compatibili con una gamma più ampia di software.

Se la tua situazione d’uso lo richiede, puoi anche adottare un approccio ibrido – per esempio negli ambienti multi-tenant, dove vuoi un isolamento completo tra i diversi utenti eseguendo i rispettivi container all’interno di virtual machine dedicate.

Container e virtual machine: progettare un’infrastruttura IT scalabile

Se lavori in un settore ad alta sicurezza che richiede l’isolamento completo garantito dalle virtual machine, o se vuoi eseguire software progettato per un’altra piattaforma, le virtual machine offrono un’emulazione completa del sistema in grado di eseguire qualsiasi software, compresi programmi legacy e app pensate per un altro OS. Se invece distribuisci applicazioni cloud o infrastruttura di rete, i container offrono numerosi vantaggi, perché sono più portabili e leggeri.

Non si può parlare di container e scalabilità senza citare Kubernetes. Kubernetes è un sistema di orchestrazione e automazione per Docker che consente di scalare e gestire le applicazioni Docker. Una volta che hai containerizzato le tue applicazioni, puoi usare Kubernetes per distribuirle su un’infrastruttura cloud gestita e poi scalarle in base ai requisiti di costo e di domanda.