تفاوت داکر با ماشین مجازی؛ مقایسه کامل معماری، سرعت و امنیت

توسعه‌دهندگان و متخصصان DevOps برای استقرار سریع و مدیریت بهینه نرم‌افزارها، دائما در حال مقایسه ابزارهای زیرساختی هستند. در این میان، شناخت دقیق تفاوت داکر با ماشین مجازی به عنوان دو راهکار اصلی مجازی سازی، نقشی مهم در کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری پروژه‌ها ایفا می‌کند. ماشین‌های مجازی با شبیه‌سازی کامل سخت‌افزار عمل می‌کنند، در حالی که داکر با رویکردی مدرن‌تر، هسته سیستم‌عامل را بین برنامه‌ها به اشتراک می‌گذارد. اگرچه هدف نهایی هر دو تکنولوژی ایجاد محیطی ایزوله است، اما در معماری و سرعت، تمایزهایی دارند. در ادامه این مطلب به بررسی فنی و کامل تفاوت داکر با ماشین مجازی می‌پردازیم تا بتوانید انتخابی هوشمندانه برای زیرساخت خود داشته باشید.

ماشین مجازی چیست؟

برای درک بهتر تفاوت داکر با ماشین مجازی، ابتدا باید نگاهی به ساختار سنتی مجازی سازی داشته باشیم. ماشین مجازی در واقع یک شبیه‌سازی نرم‌افزاری از یک کامپیوتر فیزیکی است که تمام اجزای سخت‌افزاری مانند پردازنده، حافظه و دیسک را به صورت دیجیتالی در اختیار دارد.

ماشین مجازی یکی از اصلی‌ترین مفاهیم در حوزه‌ی زیرساخت و مجازی سازی است که هدف اصلی آن اجرای چند سیستم‌عامل مستقل روی یک سخت‌افزار فیزیکی مشترک می‌باشد. در این مدل، هر ماشین مجازی به‌گونه‌ای رفتار می‌کند که گویی مالک کامل منابع سخت‌افزاری است، در حالی که در واقع این منابع بین چند VM به اشتراک گذاشته شده‌اند.

ایده‌ی اصلی ماشین مجازی، جداسازی کامل محیط‌ها در سطح سیستم‌عامل است. به این معنا که هر ماشین مجازی دارای سیستم‌عامل اختصاصی، فایل‌سیستم مستقل، تنظیمات شبکه جداگانه و فضای حافظه‌ی مجزا است. این سطح از جداسازی باعث می‌شود خرابی یا اختلال در یک ماشین تأثیری بر سایر ماشین‌های مجازی نداشته باشد.

مجازی‌سازی فرآیندی است که در آن منابع فیزیکی یک سرور اختصاصی مانند CPU، حافظه رم، دیسک و شبکه به‌صورت منطقی بین چند محیط مجزا تقسیم می‌شوند. در این فرآیند، یک لایه‌ی نرم‌افزاری بین سخت‌افزار و سیستم‌عامل‌ها قرار می‌گیرد که مسئول مدیریت و تخصیص منابع به هر ماشین مجازی یا سرور مجازی است. این لایه نرم‌افزاری همان چیزی است که با نام هایپروایزر شناخته می‌شود.

به‌بیان ساده، هایپروایزر نقش «مدیر منابع» را بازی می‌کند؛ تعیین می‌کند هر ماشین مجازی چه مقدار CPU دریافت کند، چه میزان حافظه در اختیار داشته باشد و چگونه به دیسک و شبکه دسترسی پیدا کند.

هایپروایزر هسته‌ی اصلی معماری ماشین مجازی است و بدون آن، VM عملا وجود نخواهد داشت. هایپروایزرها به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

۱. هایپروایزر نوع اول (Type 1 یا Bare Metal)

این نوع هایپروایزر مستقیما روی سخت‌افزار نصب می‌شود و هیچ سیستم‌عامل میزبان (Host OS) بین آن و سخت‌افزار وجود ندارد. در نتیجه، عملکرد بهتر، تأخیر کمتر و امنیت بالاتری دارد. این مدل بیشتر در دیتاسنترها و محیط‌های سازمانی استفاده می‌شود.

۲. هایپروایزر نوع دوم (Type 2 یا Hosted)

در این حالت، هایپروایزر روی یک سیستم‌عامل میزبان نصب می‌شود. ماشین‌های مجازی به‌صورت یک برنامه روی سیستم‌عامل اصلی اجرا می‌شوند. این مدل بیشتر برای استفاده‌های توسعه‌ای، تست و محیط‌های شخصی کاربرد دارد و از نظر کارایی نسبت به Type 1 ضعیف‌تر است.

تفاوت این دو نوع، نقش مهمی در میزان مصرف منابع و پایداری ماشین‌های مجازی دارد، اما در هر دو حالت، اصل ماجرا یکسان است: هر VM یک سیستم‌عامل کامل را اجرا می‌کند.

یکی از ویژگی‌های اساسی ماشین مجازی، استقلال کامل در سطح سیستم‌عامل است. هر ماشین مجازی شامل موارد زیر است:

• کرنل اختصاصی سیستم‌عامل

• سرویس‌ها و Daemonهای مربوط به آن سیستم‌عامل

• کتابخانه‌ها و وابستگی‌ها

• فضای کاربری کاملا جدا

این استقلال مزیت بزرگی از نظر امنیت و پایداری محسوب می‌شود، اما هزینه‌ی آن مصرف بالای منابع است. برای مثال، اگر روی یک سرور اختصاصی، ۱۰ سرور مجازی لینوکسی اجرا شود، در عمل ۱۰ کرنل لینوکس به‌صورت هم‌زمان در حال اجرا خواهند بود. این موضوع مستقیما باعث افزایش مصرف RAM و CPU می‌شود.

داکر چیست؟

داکر یک پلتفرم متن‌باز است که رویکردی متفاوت نسبت به ماشین‌های مجازی دارد. اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم داکر چیست، باید آن را ابزاری برای کانتینری‌سازی بنامیم. داکر به جای شبیه‌سازی سخت‌افزار، سیستم‌عامل را مجازی می‌کند. برخلاف ماشین مجازی، کانتینرها سیستم‌عامل مستقل ندارند و از کرنل سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کنند. در نتیجه، آنچه در یک کانتینر قرار می‌گیرد، صرفاً برنامه و وابستگی‌های مستقیم آن است.

این رویکرد باعث می‌شود فاصله میان «کد» و «محیط اجرا» به حداقل برسد. توسعه‌دهنده دقیقا همان محیطی را که در سیستم خود استفاده کرده، به سرور منتقل می‌کند. به همین دلیل، داکر به یکی از مفاهیم اصلی DevOps و معماری‌های مدرن تبدیل شده است.

پلتفرم Docker با تعریف مفاهیمی مانند Image، کانتینر و Registry، فرآیند ساخت، توزیع و اجرای نرم‌افزار را استانداردسازی کرده است.

زمانی که در دو راهی انتخاب داکر یا ماشین مجازی قرار می‌گیرید، باید بدانید که داکر با حذف لایه سنگین سیستم‌عامل مهمان، امکان اجرای برنامه‌های بیشتری را روی همان سخت‌افزار فراهم می‌کند و دقیقا همینجاست که اصلی‌ترین تفاوت داکر و مجازی ساز های سنتی آشکار می‌شود.

با توجه به ویژگی‌های ذکر شده، داکر در موارد زیر بهترین انتخاب است:

• معماری میکروسرویس: برای مدیریت سرویس‌های کوچک و مستقل که باید با هم ارتباط داشته باشند.
• سیستم‌های CI/CD: برای ایجاد محیط‌های تست خودکار و یکپارچه در فرآیند DevOps
• توسعه سریع: برای زمانی که تیم‌های توسعه نیاز دارند محیط‌های مشابه سرور را روی لپ‌تاپ خود شبیه‌سازی کنند.

اصلی‌ترین موارد تفاوت داکر با ماشین مجازی

حالا که با تعریف هر دو تکنولوژی آشنا شدیم، زمان آن رسیده که به صورت دقیق و موشکافانه به بررسی تفاوت داکر با ماشین مجازی بپردازیم. اگرچه هر دو ابزار برای ایزوله‌سازی محیط‌های نرم‌افزاری استفاده می‌شوند، اما روش رسیدن به این هدف در آن‌ها کاملا متفاوت است.

معماری و سیستم عامل

اصلی‌ترین تفاوت داکر و مجازی ساز در لایه معماری آن‌ها نهفته است. ماشین‌های مجازی بر پایه سخت‌افزار بنا شده‌اند؛ به این معنی که شما روی سرور فیزیکی، یک لایه Hypervisor دارید و روی آن چندین سیستم‌عامل کامل (مانند ویندوز یا لینوکس) نصب می‌کنید. این یعنی تکرار چندین باره هسته سیستم‌عامل.

در مقابل، داکر بر پایه نرم‌افزار عمل می‌کند. در داکر، لایه‌ای به نام Docker Engine جایگزین هایپروایزر می‌شود و تمامی کانتینرها از همان کرنل سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کنند. بنابراین، در داکر خبری از نصب چندین سیستم‌عامل سنگین نیست و تنها فایل‌های باینری و کتابخانه‌های مورد نیاز برنامه بسته‌بندی می‌شوند.

کارایی و مدیریت منابع

وقتی صحبت از مصرف منابع می‌شود، کفه ترازو به نفع داکر سنگینی می‌کند. در ماشین مجازی، بخشی از منابع رم و پردازنده صرفِ زنده نگه داشتن سیستم‌عامل مهمان می‌شود، حتی اگر هیچ برنامه‌ای روی آن اجرا نشود.

اما در مقایسه داکر یا ماشین مجازی، مشاهده می‌شود که داکر به دلیل حذف سیستم‌عامل‌های واسط، بسیار سبک‌تر است. کانتینرها تنها به اندازه‌ای که برنامه نیاز دارد از رم و CPU استفاده می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود شما بتوانید روی یک سرور مشخص، تعداد بسیار بیشتری کانتینر نسبت به ماشین مجازی اجرا کنید که منجر به کاهش هزینه‌های زیرساختی می‌شود.

قابلیت حمل و سرعت راه‌اندازی

یکی دیگر از موارد مهم تفاوت داکر با ماشین مجازی، سرعت است. راه‌اندازی یک ماشین مجازی شامل فرآیند بوت شدن کامل یک سیستم‌عامل است که احتمال دارد چند دقیقه طول بکشد. اما کانتینرهای داکر چون نیازی به بوت شدن سیستم‌عامل ندارند، تنها در حد چند میلی‌ثانیه یا نهایتا چند ثانیه اجرا می‌شوند.

علاوه بر این، ایمیج‌های داکر مستقل از محیط هستند و روی هر سیستمی که داکر نصب باشد، دقیقا یکسان اجرا می‌شوند.

امنیت و ایزولاسیون

در بحث امنیت، دیدگاه‌ها متفاوت است. طبق استانداردهای AWS، ماشین‌های مجازی به دلیل داشتن سیستم‌عامل مستقل و ایزولاسیون در سطح سخت‌افزار، سطح امنیت و جداسازی بالاتری ارائه می‌دهند. اگر یک ماشین مجازی آلوده شود یا مورد حملات سایبری قرار گیرد، احتمال سرایت آن به میزبان و سایر ماشین‌های مجازی روی سخت افزار میزبان کمتر است.

در داکر، چون کرنل سیستم‌عامل بین همه کانتینرها مشترک است، اگر نفوذی به کرنل میزبان صورت گیرد، احتمال دارد تمام کانتینرها تحت تاثیر قرار گیرند. البته داکر با مکانیزم‌های امنیتی مدرن این ریسک را بسیار کاهش داده، اما هنوز هم در محیط‌های با حساسیت فوق‌العاده بالا، ایزولاسیون ماشین مجازی قوی‌تر محسوب می‌شود.

جدول مقایسه سریع داکر و ماشین مجازی

برای اینکه نگاهی کلی به تفاوت داکر با ماشین مجازی داشته باشید و بتوانید در یک نگاه ویژگی‌های کلیدی آن‌ها را با هم بسنجید، جدول زیر را آماده کرده‌ایم:

داکر یا ماشین مجازی؛ کدام یک را انتخاب کنیم؟

حال که با جزئیات فنی و تفاوت داکر با ماشین مجازی آشنا شدیم، زمان تصمیم‌گیری فرا رسیده. انتخاب بین این دو تکنولوژی نباید سلیقه‌ای باشد، بلکه باید بر اساس نیازهای فنی پروژه شما انجام شود.جالب است بدانید که این دو تکنولوژی لزوما رقیب هم نیستند. در بسیاری از سناریوهای حرفه‌ای (مانند سرویس‌های ابری آمازون یا گوگل)، از ترکیب هر دو استفاده می‌شود؛ به این صورت که کانتینرهای داکر درون ماشین‌های مجازی اجرا می‌شوند تا هم از ایزولاسیون ماشین مجازی بهره ببرند و هم از سرعت مدیریت نرم‌افزار داکر.

می‌توانید از راهنمای زیر برای انتخاب نهایی استفاده کنید:

زمانی که اولویت شما استقلال کامل محیط و دسترسی‌های سیستمی است، در دوراهی داکر یا ماشین مجازی، کفه ترازو به سمت ماشین مجازی سنگینی می‌کند. به طور خاص اگر شرایط زیر را دارید، ماشین مجازی گزینه بهتری است:

• وابستگی‌های خاص به یک سیستم‌عامل: اگر برنامه شما برای اجرا به کتابخانه‌ها یا توابع خاصی از یک سیستم‌عامل نیاز دارد.
• نیاز به منابع سخت‌افزاری سنگین: زمانی که برنامه شما برای پردازش به منابع اختصاصی و تضمین‌شده سخت‌افزاری نیاز دارد.
• کنترل کامل روی سیستم‌عامل: اگر نیاز دارید تنظیمات امنیتی یا پیکربندی‌های عمیقی را مستقیما در سطح سیستم‌عامل اعمال کنید.
• اجرای نرم‌افزارهای قدیمی: برای زنده نگه داشتن برنامه‌هایی که روی سیستم‌عامل‌های مدرن اجرا نمی‌شوند و نیاز به محیط‌های قدیمی دارند.
• تنوع سیستم‌عامل روی یک زیرساخت: زمانی که فقط یک سرور فیزیکی دارید اما می‌خواهید چندین سیستم‌عامل مختلف مثل ویندوز و لینوکس را همزمان روی آن اجرا کنید.

اگر هدف شما چابکی در توسعه و بهینه‌سازی منابع است، داکر را انتخاب کنید. به طور کلی، در موارد زیر استفاده از داکر توصیه می‌شود:

• معماری میکروسرویس و برنامه‌های سبک: اگر ساختار نرم‌افزار شما به صورت سرویس‌های کوچک و مستقل طراحی شده که نیاز به منابع کمی دارند.
• زیرساخت‌های ابری و توزیع‌شده: زمانی که می‌خواهید برنامه را در محیط‌های ابری مستقر کنید و دارید که بین سرورهای مختلف راحت جابجا شوید.
• چرخه‌های استقرار سریع: اگر تیم شما نیاز دارد کدها را به صورت مداوم و سریع منتشر کند (زیرا مدیریت Dockerfile بسیار ساده‌تر از پیکربندی ماشین مجازی است).
• نیاز به مقیاس‌پذیری آنی: زمانی که ترافیک سایت متغیر است و نیاز دارید تعداد نمونه‌های برنامه را در لحظه افزایش یا کاهش دهید.

جمع‌بندی

در این مقاله تلاش کردیم تا با بررسی دقیق تفاوت داکر با ماشین مجازی، دیدگاهی روشن از معماری، کارایی و امنیت این دو تکنولوژی ارائه دهیم. دیدیم که ماشین‌های مجازی با شبیه‌سازی سخت‌افزار، محیطی امن و کاملا ایزوله را فراهم می‌کنند، اما هزینه آن مصرف بالای منابع است. در مقابل، داکر با مجازی سازی سیستم‌عامل، چابکی و سرعتی را به ارمغان می‌آورد که برای توسعه نرم‌افزارهای مدرن ضروری است. برای انتخاب میان داکر یا ماشین مجازی به این نکته توجه کنید که اگر به دنبال سرعت، سبکی و جابجایی راحت پروژه‌ها هستید، داکر را انتخاب کنید و اگر امنیت سخت‌افزاری و اجرای سیستم‌عامل‌های متنوع مد نظر شماست، به سراغ مجازی سازی سنتی بروید.