本文将讨论目前最为广泛使用的两种 IT 基础设施管理技术：容器化和虚拟化。这两项技术都将应用程序从 IT 设备中解放出来，使其能够独立运行在不同操作系统的不同设备上。这两种应用程序管理方式差异巨大，在不同使用环境中各有优缺点。这两种技术如何运作？容器化和虚拟化在现代 IT 世界中的领域和应用因素又是什么？
探索虚拟化：关键概念和用法
虚拟化是一种在单个物理设备中创建虚拟环境（多个隔离环境）以管理计算资源的技术。通过该技术，您可以创建操作系统、服务器、存储设备和网络资源的虚拟版本，而不是物理版本。如今，虚拟化在需要同时使用安装在计算机上的多个操作系统和程序和应用程序的 PC 用户中非常常见。由于环境的隔离运行，可以创建更高效、更灵活、更可扩展的IT 基础架构，从而可以更好地利用资源并降低成本。
虚拟化的工作原理
虚拟化的原理是一台物理计算机执行多台虚拟计算机的工作。虚拟化的工作原理是将软件作为虚拟机技术的一部分安装在计算机硬件或主机操作系统上。虚拟机称为客户机，物理计算机称为主机。您可以配置和更新客户机操作系统，而不会影响主机操作系统。
虚拟化的类型
虚拟化的类型取决于虚拟系统的运行方式、实施方式以及虚拟机管理程序执行的功能。
这里有一些虚拟化的类型及其描述。
硬件虚拟化
硬件虚拟化是在硬件层面对服务器进行虚拟化，根据处理器架构创建虚拟机 (VM) 或环境。此虚拟机就像一台装有操作系统的真实计算机。虚拟机管理程序抽象物理服务器的硬件资源，包括中央处理器 (CPU)、内存和存储，以创建可在同一硬件上同时运行的多个虚拟机。该技术允许虚拟机管理程序直接控制独立的客户操作系统。
软件虚拟化
软件虚拟化发生在操作系统内核级别。在这种形式的虚拟化中，虚拟机管理程序安装在主机系统上，从而创建一个虚拟环境，其中已安装客户操作系统。本质上，虚拟机管理程序充当主操作系统和附加操作系统之间的中介。主机操作系统首先与虚拟机管理程序通信，然后虚拟机管理程序向客户系统发出命令。只有后者使用必要的计算资源。
网络虚拟化
网络虚拟化是一种创建虚拟网络、设备和网络功能的技术。它将硬件和软件网络资源整合到单个软件管理对象（虚拟网络）中。这种类型的虚拟化允许您创建虚拟防火墙和路由器，而不管安装了什么底层网络硬件。
存储虚拟化
存储虚拟化是存储系统的虚拟化和整合。它是一种软件解决方案，可集成各种硬件存储系统，以便从中央控制台进行更灵活的管理。这种方法提高了存储管理效率，并支持备份、存档和恢复。
虚拟化的优缺点
与任何其他技术一样，使用虚拟化也有其优点和缺点。
| 优点 | 缺点 |
|
|
实施虚拟化来组织并提供成本效益、提高灵活性和优化设备使用具有巨大的好处。然而，创建一个安全、管理良好的虚拟环境并知道如何处理出现的障碍也很重要。
虚拟化用例
虚拟化的使用通常与业务及其他领域的并行和冗余任务有关。由于其主要优势：灵活性、效率和可扩展性，虚拟化技术已广受欢迎并得到广泛应用。
以下是虚拟化的一些功能和应用。
运行多种操作系统
虚拟化允许您在一台物理机上同时运行多个操作系统。
- 此功能对于需要运行仅与特定操作系统环境兼容的应用程序或服务的个人或组织很有用。
- 该技术在VPS主机中应用十分广泛，在一台物理机上建立多个相互隔离的虚拟空间，有效利用了硬件平台的能力，降低了网站所有者的主机服务成本。
- 对于需要在没有多台物理设备的多个操作系统环境中设计、运行和测试应用程序的软件开发人员和测试人员来说，它也特别有用。
服务器整合和基础设施优化
虚拟化允许组织将多台物理服务器合并为在一台物理服务器上运行的虚拟机 (VM)，从而降低硬件要求。这种整合有助于优化资源、扩展规模并节省资金。
- 因此，教育机构和培训中心使用虚拟化为学生提供各种计算环境，而无需大量硬件。
- 在游戏行业，虚拟化让您可以连接到快速的互联网，并通过低功耗 PC 上的强大服务器玩现代游戏。
业务连续性和灾难恢复
虚拟化在业务连续性、减少停机时间和简化业务连续性灾难恢复 (BCDR) 策略方面发挥着关键作用。发生故障时，虚拟机可以在灾难恢复站点快速恢复或激活，确保业务运营能够以最小的中断继续进行。虚拟环境还可以比物理服务器更高效地复制和备份到远程存储。
最为著名的虚拟化方法是 VirtualBox 和 Windows Virtual PC。
探索容器化：关键概念和用法
容器化是一种在隔离环境（容器）中部署应用程序及其所有依赖项（附加软件组件）的技术。容器包含应用程序所需的一切：代码和系统服务、库和设置。
容器化的工作原理
容器在主机操作系统内核上运行，并提供应用程序的完全隔离，以便在不同的环境中运行它们。
容器化的基本组件
容器化的基本组件包括：
- 正如我们之前所写，容器是软件、其依赖项以及部署应用程序所需的一切的隔离环境。它们很轻量，因为它们使用主机操作系统资源，但与其他容器和主机系统隔离。
- 容器编排是对容器的管理。它包括管理容器的准备、部署、扩展、网络和可用性。
工具：Kubernetes、Docker Swarm 和 Apache Mesos 是流行的编排工具，其中最常见的是 Kubernetes。
- 容器注册表是用于存储容器镜像（文件）的存储库。这些镜像可以带入您的本地环境运行或用作进一步开发的基础。
容器化的利与弊
容器化机制有一定的优点和缺点：
| 优点 | 缺点 |
|
容器用于每个容器仅运行一个应用程序。要运行多个应用程序，您需要创建多个容器。这增加了要维护的资源量和管理大量容器的复杂性。 |
任何技术都有一定优点和缺点。根据我们的 DevOps专家 Anton Murashko 的观点，Kubernetes 有助于克服容器化的缺点，并解决与资源管理、可用性和网络限制相关的以下“众所周知”的问题。使用 K8s，您可以拥有多种更新策略，让您无需停机即可更新和测试应用程序的新版本。
容器化是当今 DevOps 工具箱中的一项关键技术。它使用广泛使用的机制（例如 Docker Hub、Google Container Registry 和 Amazon Elastic Container Registry (ECR)）实现。尽管存在缺点和风险，但这项技术提供了一种高效灵活的开发方式，并且是部署和扩展应用程序的宝贵资源。
容器化用例
容器化技术凭借其特性和使用优势，迅速得到普及。
以下是容器化在现代 IT 环境中发挥关键作用的一些关键用例：
微服务
- 可扩展性和灵活性。
与大型“单片”程序不同，微服务是由小型独立组件组成的软件系统的特定安排，这些组件通过网络相互交互。每个微服务都可以打包为一个容器，从而在开发和部署方面提供可扩展性和灵活性。
- 隔离和模块化。
容器在微服务之间提供隔离，让团队可以独立开发、部署和扩展每项服务，而不会影响其他服务。这种模块化提高了灵活性，使快速迭代和更新变得更加容易。
持续集成/持续部署 (CI/CD) 管道
- 标准化环境。
容器在开发、测试和生产环境之间提供了一致性，这有助于开发人员将其代码打包到可在管道的不同阶段轻松运行的容器中。 - 自动部署。Kubernetes
等容器编排工具可以轻松自动部署和扩展容器化应用程序，确保新功能和更新能够快速交付到生产环境。
云应用程序
- 可移植性和兼容性。容器化非常适合云原则，并且可以轻松移植到不同的操作系统或云平台。
- 动态扩展。使用容器构建的云应用程序可以充分利用自动扩展和按需配置等云原生功能，提供最佳性能和成本效率。
DevOps 和敏捷开发
- 协作和效率。容器通过提供构建、测试和部署应用程序的标准化环境，促进开发、运营和 QA 团队之间的协作。
- 快速迭代。容器支持快速应用程序迭代和部署，促进 DevOps 和敏捷开发原则。团队可以快速响应用户反馈、进行更改并发布更新，同时最大程度减少停机时间。
容器化与虚拟化：选择和主要区别
容器化和虚拟化是两种完全不同的技术，在 IT 环境中组织和管理应用程序和基础设施的方法也不同。因此，在针对特定用例选择这两种技术时，需要考虑每种技术的优缺点以及应用范围等方面。
以下是两种方法之间的主要区别：
| 方面 | 容器化 | 虚拟化 |
| 建筑学 | 由于其可扩展性和模块化，容器化通常适用于微服务架构。 | 虚拟化可能更适合需要完全隔离的单片应用程序。 |
| 安全和隔离 | 容器提供更轻量的应用程序隔离，但由于它们共享一个通用的操作系统内核，因此安全性可能较低。 | 虚拟机提供了更大的隔离性，因为每台机器都有自己的操作系统，从而提高了安全性。 |
| 资源效率 | 容器更节省资源，因为它们共享主机系统的资源，允许您在相同的硬件上运行更多的容器。 | 虚拟机需要更多的资源，因为每台机器都有自己的操作系统和虚拟硬件。 |
| 可扩展性 | 容器提供了高度的可扩展性和可移植性。它们易于扩展，几乎可以在任何支持容器的环境中运行。 | 虚拟机由于其重量较重且需要模拟硬件，因此便携性和可扩展性较差。 |
| 性能成本 | 由于容器共享一个主机操作系统内核，因此其性能成本比虚拟化更低。 | 虚拟机需要额外的资源来模拟硬件，这会导致更高的性能开销。 |
结论
虚拟化是一种通用且有效的 IT 资源利用技术，可为从基础设施管理到灾难恢复等各种问题提供解决方案。它是一项非常宝贵的技术，可帮助您整合服务器、优化基础设施并提供灵活、可扩展的开发和测试环境。容器化已成为 DevOps 工具箱中的一项必不可少的技术，它改变了应用程序的开发、部署和管理方式，并提供了可扩展性、灵活性和效率等优势。
虚拟化和容器化在应用程序管理和资源抽象方面有不同的方法。选择技术时，重要的是考虑特定的因素、目标和使用要求。
对于希望改善 IT 运营和提高可持续性的用户和企业来说，这些现代技术是迈向未来的一步。
