Mithilfe der Containervirtualisierung schaffen Sie stabile Umgebungen für Anwendungen, die auf dem Host-System isoliert voneinander laufen. Während mehrere virtuelle Maschinen (VMs) auf einem Server jeweils ihr eigenes Betriebssystem nutzen, läuft bei der Containervirtualisierung für mehrere Container nur ein Betriebssystem. Daher gelten Virtualisierungen mit Containern im Vergleich zu Hypervisor-Virtualisierungen als besonders ressourcenschonend. Erfahren Sie mehr über die Möglichkeit der Anwendungsvirtualisierung und wie Sie damit virtuelle Maschinen sinnvoll ergänzen.

Was ist ein Container bei der Virtualisierung?

Container bestehen – vereinfacht gesagt – aus Prozessen, die vom Host-Betriebssystem isoliert sind und unabhängig arbeiten. Für die Ausführung der jeweiligen Applikation sind alle erforderlichen Parameter enthalten wie etwa Dateien, Abhängigkeiten und Konfigurationen. Daher lassen sich die Anwendungen schnell und unkompliziert auf ein anderes Host-Betriebssystem verschieben, um sie dort beispielsweise zu testen. Die besondere Eigenschaft der Container ist, dass die Gäste den Kernel des Host-Betriebssystems verwenden, während virtuelle Maschinen jeweils die Installation eines Betriebssystems voraussetzen.

Wo kommt die Technologie zum Einsatz?

Ein wichtiges Einsatzgebiet der Containervirtualisierung ist die verlässliche Ausführung von Software in einer anderen Umgebung. Entwickler nutzen die Technologie wegen der benutzerfreundlichen sowie ressourcenschonenden Einsatzmöglichkeiten unter anderem als Testumgebungen. Zum Beispiel eignen sich Container ideal für die Microservices-Technologie. Microservices sind ein Architekturmodell für die Softwareentwicklung und dienen der effizienten Modularisierung von Software. Komplexe Software wird als verteiltes System mit voneinander unabhängigen Diensten entwickelt. Microservices können autark vom Gesamtsystem entwickelt werden und auf verschiedenen Server-Instanzen laufen. Container eignen sich hierbei als ideale Verpackung. Auf diese Weise lassen sich Microservices und andere Workloads wie Web-Apps oder Webserver schnell bereitstellen und skalieren.

Warum ist die Containervirtualisierung bei Anwendungen effizienter?

Im Vergleich zur Virtualisierung mit Hypervisor (einer Abstraktionsschicht zwischen Hardware und Betriebssystem) gilt die Containervirtualisierung im Anwendungsbereich als ressourcenschonender. Da kein Hypervisor zum Einsatz kommt, benötigen Container weniger CPU-Leistung, Arbeitsspeicher und Speicherplatz insgesamt. Zum Beispiel kann eine Anwendung in einem Container nur wenige Megabyte groß sein, bei einer virtuellen Maschine sind meist bereits zusätzlich mehrere Gigabytes für das Betriebssystem nötig. Daher passen auf die Festplatte von Servern weitaus mehr Container als virtuelle Maschinen. Und da keine Gast-Betriebssysteme gebootet werden müssen, starten containerisierte Applikationen wesentlich schneller als virtuelle Maschinen.

Welche Vorteile und Nachteile hat die App-Virtualisierung mit Containern?

Mehrere containerisierte Programme teilen sich das Betriebssystem und sind dennoch voneinander und vom Gesamtsystem isoliert. Daraus ergeben sich Vorteile aber auch Nachteile gegenüber virtuellen Maschinen. Hier ein Überblick:

Vorteile der Container:

  • Container nutzen die Systemressourcen bei Anwendungen effizienter als virtuelle Maschinen.
  • Instanzen containerisierter Programme verbrauchen weniger Hauptspeicher.
  • Container starten und stoppen schneller.
  • Die effizientere Ressourcen-Auslastung spart IT-Kosten.
  • Für jede virtuelle Maschine auf einem Host-System muss ein Betriebssystem installiert sein, entsprechend benötigen Sie die Softwarelizenzen für die Betriebssysteme. Bei der Containervirtualisierung genügt die eine Lizenz für das Betriebssystem des Hosts, das reduziert Kosten für Softwarelizenzen.
  • Container kapseln alle zum Ausführen des Programms benötigten Ressourcen ab und lassen sich daher in verschiedene Umgebungen verschieben und dort einfach starten.
  • Container eignen sich als perfekte Verpackung für Microservices und andere Workloads wie Web-Apps oder Webserver.

Nachteile der Container:

  • Verschiedene Container nutzen denselben Kernel. Dieser ist ein zentrales Element des Betriebssystems und hat als unterste Softwareschicht des Systems direkten Hardwarezugriff. Da sich die Container den Kernel mit dem Host-Betriebssystem teilen, kann ein Container andere Container kompromittieren und die Sicherheit gefährden. Daher bieten virtuelle Maschinen eine bessere Isolierung als Container.
  • Anwendungen lassen sich zwar häufig aus einer VM in einen Container verschieben, das ist jedoch nicht automatisch sinnvoll.

Warum sind virtuelle Maschinen dennoch wichtig bei der Virtualisierung?

Hauptunterschiede zwischen der Containervirtualisierung und solchen Lösungen mit virtuellen Maschinen betreffen die Sicherheit sowie die Skalier- und Portierbarkeit: Während VMs unterschiedliche Betriebssysteme ausführen können, lässt sich mit einem Container nur eine Betriebssystemart nutzen. Zum Beispiel laufen auf einem Linux-Server nur Container mit einem Linux-Betriebssystem, die Gastsysteme nutzen den Kernel des Host-Betriebssystems. Sie können bei der Containervirtualisierung konfigurieren, auf welche Systemressourcen die Container zugreifen können. Anders bei den virtuellen Maschinen: Bei diesen können Sie zum Beispiel auf einem Host mit Windows 10 zahlreiche unterschiedliche Linux-Distributionen in den VMs installieren und unabhängig voneinander nutzen.Um die Kompatibilität einer Software in einem virtualisierten Betriebssystem in vollumfänglicher Tiefe zu testen, sind Container zudem nur bedingt geeignet. Aufkommende Probleme lassen sich schwerer lösen. Hier kann es sinnvoller sein, die Virtualisierung mit VMs vorzunehmen.

Ein weiteres Problem betrifft die Sicherheit: Sie können sich den Unterschied wie zwischen einem Einfamilienhaus (VM) und einer Wohnung (Container) vorstellen. Bei Einfamilienhäuser ist jeder Eigentümer selbst für seine Sicherheit zuständig, unsichere Haustüren bei Nachbarn stellen kein Risiko dar. Das entspricht den virtuellen Maschinen mit ihrer starken Isolierung. Bei Wohnungen sind jedoch alle Bewohner betroffen, wenn jemand den gemeinsamen Eingang offen lässt.

Docker – die Plattform für die einfache Containervirtualisierung

Einer der schnellsten Wege zum Containern von Anwendungen ist das Programm Docker Desktop für Linux, Windows und macOS. Die Virtualisierung mit Docker vereinfacht die Isolierung und Bereitstellung. Das Open-Source-Projekt wurde im Jahr 2013 veröffentlicht und sorgt seither für Furore. Bereits IT-Größen wie IBM, Red Hat und Microsoft haben sich an der Technologie beteiligt. Kein Wunder: Die Containervirtualisierung enthält sämtliche benötigten Pakete, auch sind Docker-Container auf unterschiedlichen Hosts einsatzfähig. Docker-Container können Sie auf dem Laptop oder in einer Public Cloud ausführen, wenn die Docker-Laufzeitumgebung installiert ist.

Hinweis: Docker entwickelt Lösungen für Cloud-Server und das Clustern. Alternativen sind FreeBSD jails, Solaris Zones und das Linux Command Line-Tool rkt.

Zusammenfassung

Die Containervirtualisierung und Docking-Technologie bietet Softwareentwicklern mehr Freiheit und die Möglichkeit, Anwendungen zu erstellen, mit denen schnell auf sich ändernde Rahmenbedingungen reagiert werden kann. Grundsätzlich gilt:

  • Container eignen sich aufgrund der geringeren Isolationssicherheit als Ergänzung zu VMs und weniger als Ersatz. Im Vergleich zu den virtuellen Maschinen werden Ressourcen für virtuelle Betriebssysteme, Treiber und Systemdateien eingespart.
  • Container teilen sich die Dateien des Host-Betriebssystems, sind somit kleiner, starten schneller und lassen sich leichter verwalten.
  • Unternehmen können auf Servern mehr Container als VMs installieren und so die Ressourcen unter Umständen besser ausnutzen.

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Titelmotiv: Photo by Aron Yigin on Unsplash

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