Virtualisierung oder Container?

Wenn mehrere Anwendungen isoliert voneinander auf einer Hardware ausgeführt werden sollen, bieten sich zwei verschiedenen Lösungen an: die Isolation durch Container oder die Server-Virtualisierung. Beide Lösungen unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise und ihren Anwendungsmöglichkeiten.

Doch welches System ist für welchen Zweck geeignet? Der folgende Beitrag gibt eine Orientierung dazu.

Was ist eine Virtualisierung?

Als Virtualisierung bezeichnet man die Abstraktion physischer IT-Komponenten wie Hardware, Software, Speicher oder RAM auf virtueller Ebene. Mithilfe einer speziellen Software, dem Hypervisor, werden Umgebungen geschaffen, die das physische Computersystem nachbilden. Diese Umgebungen werden deshalb auch virtuelle Maschinen (VMs) genannt.

Jede VM verfügt dabei über ein eigenes Betriebssystem (OS). So können auf einem physischen Server gleichzeitig mehrere Rechnerumgebungen isoliert voneinander ausgeführt werden.

Man unterscheidet zwei Arten der Virtualisierung. Diese sind abhängig von der Funktionsweise der Hypervisoren. Der Hypervisor Typ 1 ist eine Software, die direkt auf der Hardware aufsetzt und vollständig auf deren Ressourcen zugreifen kann. Man bezeichnet den Typ 1 auch als Bare-Metal-Hypervisor.

Der Hypervisor Typ 2 hingegen ist auf der Ebene des Betriebssystems installiert. Demnach kann er nur über die Ressourcen verfügen, die ihm durch das OS zugewiesen sind. Dennoch erstellt auch der Typ2 virtuelle Maschinen, die im Rahmen der ihnen abrufbaren Ressourcen komplett autark und vom restlichen System isoliert arbeiten.

Was sind Container?

Anders als VMs virtualisieren Container nicht die ganze Rechnerumgebung, sondern nur das Betriebssystem. Demnach enthalten Container meist nur eine Anwendung mit allen erforderlichen Bibliotheken, Binär- und Konfigurationsdateien. Die einzelnen Container teilen sich den Kernel des Host-Betriebssystems. Sie ermöglichen es jedoch, die Anwendungen isoliert voneinander auszuführen.

Im Vergleich zu VMs sind Container sehr klein. Sie enthalten oft nicht mehr als wenige Megabyte und sind deshalb auch schnell zu starten. Wo virtuelle Maschinen oft Minuten brauchen, um zu booten, sind Container bereits nach wenigen Sekunden einsatzbereit. Eine häufig verwendete Container-Lösung bietet beispielsweise Docker.

Damit ist die Containervirtualisierung eine Alternative zur Virtualisierung des ganzen Rechnersystems, wenn lediglich einzelne Anwendungen isoliert werden sollen.

Anwendungsgebiete virtueller Maschinen

Die Virtualisierung mittels virtueller Maschinen bietet den Vorteil, dass aktualisierte oder neue Systeme vor ihrem Live-Einsatz ausgiebig getestet werden können. System- oder Software-Fehler wirken sich nur auf die jeweiligen Gastsysteme aus und sind vom Host-System isoliert. Des Weiteren können verschiedene Hardware-Konfigurationen virtuell simuliert und die Reaktion des Gastsystems darauf überprüft werden. Das spart Platz und Kosten, die sonst für zusätzliche Hardware anfallen würden.

Doch auch Anwender, die mehrere vollwertige Computersysteme gleichzeitig betreiben, erhalten mit der Server-Virtualisierung ein kostengünstige und performante Lösung. Insbesondere die Erstellung von VMs mittels eines Bare-Metal-Hypervisors erlaubt es, vServer ohne größere Leistungseinschränkungen bereitzustellen. Vornehmlich Hosting-Anbieter oder große Rechenzentren profitieren von dieser Lösung. Andernfalls wären Webhosting-Pakete um ein vielfaches teurer.

Vorteile der Server-Virtualisierung

• hohe Wirtschaftlichkeit: Der Einsatz von virtuellen Maschinen erlaubt es, die Kosten für die Anschaffung und den Betrieb zusätzlicher Hardware einzusparen.
• Flexibilität: Virtuelle Maschinen ermöglichen es, mehrere Betriebssysteme auf einem Host-System auszuführen. Dadurch sind auch komplexe Arbeitsprozesse, die unterschiedliche Umgebungen benötigen, ausführbar.
• Sicherheit: Da die einzelnen VMs voneinander isoliert sind, wirkt sich ein Defekt oder Hacker-Angriff auf ein Gast-System nicht auf die anderen Systeme oder gar das Host-System aus. Somit bietet die Virtualisierung auch einen gewissen Schutz für die einzelnen Server.

Nachteile der Server-Virtualisierung

• Belastung des Host-Systems: Da jede VM ein komplettes Betriebssystem ausführt, benötigt sie auch entsprechende Hardware-Ressourcen. Diese stehen dem Host-System dann nicht mehr zur Verfügung.
• Performance: Werden viele VMs gleichzeitig ausgeführt, kann die Performance jeder einzelnen virtuellen Maschine darunter leiden. Bei der Bereitstellung verschiedener vServer auf einer Hardware sollte die Bedeutung der Server-Geschwindigkeit bedacht werden.

Anwendungsgebiete der Containervirtualisierung

Da Container viel kleiner sind als virtuelle Maschinen und auch nur Anwendungen innerhalb eines OS enthalten, eignen sie sich speziell dafür, einzelne Programme oder Apps isoliert voneinander zu testen. Demnach spielen sie bei der agilen Software-Entwicklung eine herausragende Rolle. Container ermöglichen es, verschiedene Versionen einer App vor dem Release ausgiebig zu checken.

Darüber hinaus können durch die Containervirtualisierung große Software-Architekturen in mehrere Microservices zerlegt werden. Dabei läuft jede Anwendung isoliert in einem eigenen Container, kommuniziert aber weiterhin mit dem Host-Betriebssystem. Änderungen an den einzelnen Microservices können vorgenommen werden, ohne die gesamte Architektur zu gefährden.

Damit ist die Containervirtualisierung eine Möglichkeit, große Software-Strukturen zu schützen. Ist ein Container beschädigt, können alle anderen Microservices sowie das Betriebssystem weiterhin arbeiten. Korrekturen und Anpassungen an den entsprechenden Containern sind jederzeit möglich, auch ohne Downtimes des Gesamtsystems.

Große Tech-Unternehmen wie Amazon oder Google greifen auf die Containervirtualisierung zurück, um ihre verschiedenen Services zur Verfügung zu stellen.

Vorteile der Containervirtualisierung

• geringe Kosten: Da Container weniger Systemressourcen benötigen als herkömmlich virtuelle Maschinen, ist diese Virtualisierung für viele Unternehmen lukrativer, da so Kosten für Server oder Lizenzen eingespart werden können.
• Portabilität: Anwendungen, die in Containern virtualisiert sind, können auf jeder Infrastruktur ausgeführt werden. Die Container können somit problemlos von einem Host-System in ein anderes portiert werden.
• Effizienz: In Containern können Anwendungen schneller bereitgestellt und bearbeitet werden als in virtuellen Maschinen. Damit ist die Containervirtualisierung im Bereich der Software-Entwicklung essenziell.
• Programm- und Datenisolation möglich: Befinden sich sensible Daten oider Programme auf einem System, können diese durch einen Container mit entsprechenden Zugriffsrechten isoliert werden.

Nachteile der Containervirtualisierung

• Sicherheit: Da die Container das Betriebssystem gemeinsam nutzen, bietet diese Lösung der Virtualisierung eine größere Angriffsfläche für Hacker-Attacken. Ist das Host-System beschädigt, sind auch alle Container betroffen. Ein Bare-Metal-Hypervisor isoliert die Gast-Systeme komplett voneinander und schützt somit auch den Host besser vor Angriffen.
• Persistenz von Daten: Wird ein Container heruntergefahren, stehen dessen Daten dem Betriebssystem nicht mehr zur Verfügung, es sei denn, sie wurden vorher separat gespeichert.

Virtualisierung vs. Container: Zusammenfassung

Unser Artikel stützt sich auf eigene Erfahrungen und Recherche sowie Informationen aus externen Quellen.

Quellenangaben & weiterführende Links zum Thema:
https://www.computerweekly.com/de/definition/Server-Virtualisierung (Artikel zum Thema Servervirtualisierung)
https://www.pcwelt.de/ratgeber/Zeit-fuer-eine-Bilanz-Die-10-groessten-Vorteile-von-Server-Virtualisierung-6197202.html (Artikel zum Thema Servervirtualisierung)
https://www.parallels.com/de/blogs/hypervisor/ (Informationen von Parallels zum Thema Hypervisor)
https://www.storage-insider.de/was-ist-ein-hypervisor-a-842084/ (Artikel zum Thema Hypervisor auf Storage-Insider)
https://www.cloudcomputing-insider.de/grundlagen-der-container-virtualisierung-a-521961/ (Artikel zum Thema Container auf Cloudcomputing Insider)

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