در دنیای فناوری اطلاعات، مدیریت منابع و اجرای نرم‌افزارها بهینه‌ترین روش‌ها را می‌طلبد. در این راستا، استفاده از فناوری‌های مختلف برای توسعه، استقرار و مدیریت برنامه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌است. دو رویکرد برجسته که به طور گسترده در این زمینه مورداستفاده قرار می‌گیرند، داکر (Docker) و ماشین‌های مجازی (Virtual Machines) هستند.
ماشین‌های مجازی با فراهم کردن امکان اجرای سیستم‌عامل‌های مستقل بر روی سخت‌افزار فیزیکی، انقلابی در استفاده بهینه از منابع ایجاد کردند. از سوی دیگر، داکر با معرفی مفهوم کانتینرها، رویکردی سبک‌تر و کارآمدتر برای جداسازی و استقرار برنامه‌ها ارائه داد. این ابزارها باوجود اشتراکاتی که در هدف نهایی خود دارند، در معماری، عملکرد و موارد استفاده تفاوت‌های اساسی دارند.
در این مقاله از سری مطالب آموزش داکر، قصد داریم به بررسی تفاوت‌ها و شباهت‌های این دو فناوری بپردازیم و کاربردهای هر یک را در شرایط مختلف تحلیل کنیم. هدف این است که دیدگاهی جامع برای انتخاب بهینه بین داکر و ماشین‌های مجازی در اختیار توسعه‌دهندگان، مدیران فناوری اطلاعات و سازمان‌ها قرار دهیم.
داکر چیست؟
برای مقایسه بین این دو پلتفرم، بهتر است در ابتدا به این سوال پاسخ دهیم که داکر چیست؟! داکر (Docker) یک پلتفرم متن‌باز است که به برنامه‌نویسان و توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا برنامه‌ها را با تمام نیازمندی‌ها و وابستگی‌هایشان (مانند کتابخانه‌ها و فایل‌ها) به شکلی استاندارد و یکپارچه در کانتینرها بسته‌بندی کرده سپس آن‌ها را روی هر سیستمی اجرا کنند.
اگر در درک واژه کانتینر مشکل دارید، باید برای شما مرور کنیم که کانتینر یک محیط مجزا و مستقل است که تمام چیزهایی که برنامه برای اجرا نیاز دارد، در خود جای می‌دهد. این محیط به برنامه اجازه می‌دهد که در هر سیستم‌عاملی اجرا شود بدون آن‌که نیازی به نصب نرم‌افزارهای جانبی روی آن سیستم باشد. به این ترتیب، مشکلاتی که معمولاً از تفاوت محیط‌ها یا نسخه‌های نرم‌افزارها ناشی می‌شود، در محیط‌های کانتینری رفع می‌شود.
مطلب مفید: کانتینر داکر چیست؟
مزایا و معایب داکر
مزایای داکر به طور خلاصه به شرح زیر است:
- سبک و سریع: کانتینرها به سیستم‌عامل مجزا نیاز ندارند و سریع‌تر از ماشین‌های مجازی راه‌اندازی می‌شوند.
- انعطاف‌پذیری بالا: اجرای برنامه‌ها در محیط‌های مختلف (مانند توسعه، آزمایش و تولید) بدون مشکل سازگاری.
- مقیاس‌پذیری: امکان اجرای چندین کانتینر روی یک سرور به راحتی و با هزینه کمتر.
- صرفه‌جویی در منابع: استفاده بهینه از منابع سخت‌افزاری، به دلیل عدم نیاز به سیستم‌عامل‌های مستقل.
معایب داکر نیز چنین مواردی را در برمی‌گیرد:
- ایزوله‌سازی کمتر: کانتینرها نسبت به ماشین‌های مجازی امنیت و ایزوله‌سازی کمتری دارند.
- پشتیبانی محدود از سیستم‌عامل‌ها: هر کانتینر باید از هسته سیستم‌عامل میزبان استفاده کند (لینوکس یا ویندوز) و امکان اجرای سیستم‌عامل‌های متفاوت را ندارد.
- چالش‌های امنیتی: به دلیل اشتراک هسته، امکان بروز مشکلات امنیتی در برخی سناریوها وجود دارد.
- مناسب نبودن برای برنامه‌های سنگین: برای برنامه‌های سنگین و نیازمند منابع بالا، ماشین‌های مجازی مناسب‌تر هستند.
- داکر برای استقرار سریع، توسعه و مقیاس‌پذیری مفید است، اما محدودیت‌هایی در ایزوله‌سازی و امنیت دارد.
ماشین‌های مجازی چیست؟
ماشین‌های مجازی (Virtual Machines یا VM) نوعی تکنولوژی هستند که به ما امکان می‌دهند چندین سیستم‌عامل را به صورت مجازی بر روی یک سخت‌افزار فیزیکی (مانند سرور یا کامپیوتر) اجرا کنیم. این تکنولوژی برای مجازی‌سازی منابع و ایجاد سیستم‌های مجزا استفاده می‌شود. طرز کار ماشین مجازی این‌گونه است که یک نرم‌افزار به نام هایپروایزر (Hypervisor) یا مدیر مجازی‌سازی بین سیستم‌عامل اصلی و سخت‌افزار قرار می‌گیرد.
این هایپروایزر منابع سخت‌افزاری (مثل پردازنده، حافظه، و دیسک) را به ماشین‌های مجازی تخصیص می‌دهد و امکان اجرای هم‌زمان چندین سیستم‌عامل را روی یک سخت‌افزار فراهم می‌کند. هر ماشین مجازی (VM) دارای سیستم‌عامل خاص خود و اپلیکیشن‌های نصب‌شده روی آن است. به عبارت دیگر، هر ماشین مجازی یک محیط کاملاً ایزوله و مستقل از دیگر ماشین‌ها و سیستم‌عامل اصلی دارد.
مزایا و معایب ماشین مجازی
اگر می‌خواهید درباره مزایای ماشین‌های مجازی به طور خلاصه، اطلاعاتی را مرور کنید و یا به طور کلی مزایا و معایب vm را در یک نگاه اجمالی از نظر بگذرانید، توجه شما را به این موارد جلب می‌کنیم:
- ایزوله‌سازی کامل: هر ماشین مجازی کاملاً از دیگری جداست و امنیت بیشتری را فراهم می‌کند.
- پشتیبانی از چند سیستم‌عامل: امکان اجرای سیستم‌عامل‌های مختلف روی یک سرور فیزیکی وجود دارد.
- سازگاری: اجرای برنامه‌ها در محیط‌های متفاوت بدون نیاز به تغییر کد.
- بازیابی سریع: امکان گرفتن اسنپ‌شات و بازیابی سریع ماشین‌ها در مواقع خرابی.
همچنین معایب ماشین‌های مجازی عبارت است از:
- مصرف بالای منابع: هر VM به سیستم‌عامل کامل نیاز دارد که مصرف پردازنده و حافظه بیشتری دارد.
- کندتر بودن: راه‌اندازی و اجرای ماشین‌های مجازی زمان بیشتری نسبت به کانتینرها نیاز دارد.
- هزینه‌های نگهداری بیشتر: مدیریت و مقیاس‌دهی ماشین‌های مجازی به منابع بیشتری نیاز دارد و هزینه‌های بیشتری دارد.
- حجم بالاتر: ماشین‌های مجازی به دلیل داشتن سیستم‌عامل کامل، حجیم‌تر از کانتینرها هستند.
- ماشین‌های مجازی برای محیط‌های ایزوله و نیازمند امنیت بالا مناسب‌اند، اما مصرف منابع و هزینه‌های بیشتری نسبت به کانتینرها دارند.
در چه شرایطی بهتر است از داکر استفاده کنیم؟
هفت موقعیت وجود دارد که به شما توصیه می‌شود در مواجهه با آن‌ها از داکر استفاده کنید:
۱. توسعه و تست نرم‌افزارها
اگر می‌خواهید برنامه‌ها را در محیطی مشابه با محیط تولید تست کنید، داکر ایده‌آل است. کانتینرها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا برنامه‌ها را به سرعت اجرا، تست و خطایابی کنند و مشکلات ناسازگاری بین محیط‌های مختلف (توسعه، تست و تولید) را کاهش دهند.
۲. مقیاس‌پذیری سریع و آسان
در پروژه‌هایی که نیاز به گسترش سریع خدمات دارند (مانند برنامه‌های مبتنی بر میکروسرویس‌ها)، داکر به راحتی اجازه می‌دهد کانتینرها را در مقیاس بزرگ مستقر کنید. به این ترتیب، منابع بهینه‌تر مدیریت می‌شوند و اضافه کردن یا حذف کانتینرها در مقیاس بزرگ آسان است.
۳. استقرار در محیط‌های چندگانه
داکر برای استقرار برنامه‌ها در محیط‌های مختلف (مانند سیستم‌های ابری، لوکال یا سرورهای مختلف) بسیار مناسب است. با بسته‌بندی برنامه و وابستگی‌هایش در یک کانتینر، می‌توانید آن را به راحتی روی هر سیستمی که از داکر پشتیبانی می‌کند، اجرا کنید.
۴. بهینه‌سازی مصرف منابع
اگر می‌خواهید از منابع سخت‌افزاری بهینه‌تر استفاده کنید، داکر انتخاب خوبی است. برخلاف ماشین‌های مجازی که به سیستم‌عامل مجزا نیاز دارند، داکر به اشتراک هسته سیستم‌عامل اصلی تکیه دارد، بنابراین کانتینرها منابع کمتری مصرف می‌کنند.
۵. ایجاد محیط‌های آزمایشی موقتی
اگر به محیط‌های آزمایشی برای اجرای سریع برنامه‌های مختلف نیاز دارید، می‌توانید از داکر استفاده کنید. کانتینرها به سرعت ایجاد و حذف می‌شوند، بنابراین می‌توانید محیط‌های موقتی ایجاد کنید و بدون نگرانی از پیچیدگی یا مصرف زیاد منابع، آزمایش‌هایتان را انجام دهید.
۶. خودکارسازی در استقرار و CI/CD
اگر قصد دارید از روش‌های DevOps و CI/CD استفاده کنید، داکر ابزار مناسبی است. کانتینرها می‌توانند به راحتی به صورت خودکار ساخته، آزمایش و استقرار یابند که این موضوع در بهبود و سرعت توسعه و استقرار موثر است.
۷. مدیریت بهتر وابستگی‌ها
وقتی برنامه‌ای وابستگی‌های مختلفی (مانند کتابخانه‌ها و نرم‌افزارهای جانبی) دارد، داکر کمک می‌کند تا همه آن‌ها را به صورت یکپارچه و استاندارد در یک کانتینر بسته‌بندی کنید، بدون این‌که این وابستگی‌ها به سیستم اصلی شما افزوده شوند.
به طور کلی، داکر برای پروژه‌هایی که به انعطاف‌پذیری، سرعت و استفاده بهینه از منابع نیاز دارند بسیار مناسب است، اما برای محیط‌های نیازمند امنیت و ایزوله‌سازی کامل بهتر است از ماشین‌های مجازی استفاده کنید.
در چه شرایطی بهتر است از ماشین مجازی استفاده کنیم؟
استفاده از ماشین‌های مجازی (VM) در شرایط زیر توصیه می‌شود:
۱. نیاز به ایزوله‌سازی کامل
اگر برنامه‌ها یا سرویس‌ها به محیط‌های کاملاً جداگانه و ایمن نیاز دارند، ماشین‌های مجازی مناسب‌تر هستند. ایزوله‌سازی کامل ماشین‌های مجازی از نظر امنیتی باعث می‌شود که هر VM مستقل از دیگران عمل کند و از مشکلات یا تهدیدات سایر ماشین‌ها تأثیر نپذیرد.
۲. اجرای سیستم‌عامل‌های مختلف
زمانی که نیاز به اجرای چندین سیستم‌عامل مختلف (مثلاً ویندوز و لینوکس) روی یک سرور واحد دارید، ماشین‌های مجازی گزینه بهتری هستند. هر VM می‌تواند سیستم‌عامل خاص خودش را داشته باشد، در حالی که کانتینرها به هسته سیستم‌عامل میزبان وابسته‌اند.
۳. تست امنیتی و محیط‌های حساس
برای پروژه‌هایی که نیاز به اجرای تست‌های امنیتی یا بررسی رفتار بدافزارها دارند، ماشین‌های مجازی به دلیل ایزوله‌سازی بالا و پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های مستقل بهترین انتخاب هستند و امنیت بیشتری را فراهم می‌کنند.
۴. اجرای برنامه‌های سنگین و نیازمند منابع زیاد
برای برنامه‌های بزرگ یا قدیمی که نیاز به منابع زیاد و اختصاصی دارند، ماشین‌های مجازی بهتر عمل می‌کنند. هر VM می‌تواند به صورت مستقل مقدار خاصی از منابع (مانند CPU و RAM) را داشته باشد، که برای بهینه‌سازی عملکرد برنامه‌های سنگین مناسب است.
۵. راه‌اندازی نرم‌افزارهای پیچیده و محیط‌های خاص
اگر نیاز به اجرای نرم‌افزارهای پیچیده یا قدیمی دارید که به سیستم‌عامل و پیکربندی خاص خود وابسته هستند، استفاده از ماشین‌های مجازی گزینه بهتری است. هر VM می‌تواند به طور اختصاصی برای همان نرم‌افزار تنظیم شود.
۶. توسعه و آزمایش نرم‌افزار برای چندین پلتفرم
در صورتی که برنامه‌ای نیاز به آزمایش روی سیستم‌عامل‌های مختلف دارد، استفاده از VMها می‌تواند به شما کمک کند تا محیط‌های مجازی متعددی با سیستم‌عامل‌های مختلف ایجاد کنید و تست‌هایتان را بدون نیاز به سیستم‌های فیزیکی جداگانه انجام دهید.
۷. بازیابی و مدیریت آسان‌تر در صورت خرابی
اگر نیاز به بازیابی سریع و بدون از دست دادن داده‌ها دارید، ماشین‌های مجازی با ویژگی‌هایی مثل اسنپ‌شات (Snapshot) امکان ایجاد نسخه‌های پشتیبان را فراهم می‌کنند که در صورت خرابی می‌توان به راحتی به وضعیت قبلی بازگشت.
فهرستی از تفاوت های داکر با ماشین مجازی
مقایسه داکر با ماشین‌های مجازی و ارزیابی عملکرد آن‌ها موضوعی است که ذهن هر برنامه‌نویسی را درگیر می‌کند. به خصوص وقتی کاربردهای داکر و ماشین مجازی گاهی به هم شبیه است و گاهی متفاوت. اگر قرار باشد به فهرستی از تفاوت‌های کلیدی بین داکر (که از کانتینرها استفاده می‌کند) و ماشین‌های مجازی اشاره کنیم، باید فهرست زیر را پیش روی شما بگذاریم:
۱. معماری
داکر: از یک سیستم‌عامل اصلی (Host OS) استفاده می‌کند و فقط برنامه و وابستگی‌هایش را در یک محیط ایزوله (کانتینر) اجرا می‌کند. همه کانتینرها از هسته سیستم‌عامل اصلی استفاده می‌کنند و منابع را بین خود به اشتراک می‌گذارند.
ماشین مجازی: هر ماشین مجازی سیستم‌عامل کامل خودش را دارد و از طریق یک نرم‌افزار هایپروایزر به منابع سخت‌افزار دسترسی دارد. هر VM به عنوان یک سیستم کاملاً مجزا عمل می‌کند.
۲. منابع سیستمی
داکر: بسیار سبک است. چون از سیستم‌عامل اصلی بهره می‌برد و نیازی به سیستم‌عامل مجزا برای هر کانتینر نیست. به همین دلیل مصرف منابع کمتری دارد.
ماشین مجازی: نسبت به داکر سنگین‌تر است. چون هر ماشین مجازی سیستم‌عامل کامل و مستقل خود را اجرا می‌کند و این کار منابع بیشتری را مصرف می‌کند.
۳. سرعت راه‌اندازی
داکر: راه‌اندازی کانتینرها بسیار سریع است (چند ثانیه)، چون نیازی به بوت سیستم‌عامل جدید ندارند.
ماشین مجازی: زمان بیشتری برای راه‌اندازی نیاز دارد (گاهی چند دقیقه)، چون باید سیستم‌عامل جدید در هر VM راه‌اندازی شود.
مطلب مفید: نصب داکر
۴. سطح ایزوله‌سازی
داکر: ایزوله‌سازی در سطح فرایندها انجام می‌شود و کانتینرها از هسته یکسانی استفاده می‌کنند. این موضوع می‌تواند باعث شود که کانتینرها به اندازه ماشین‌های مجازی از هم جدا نباشند.
ماشین مجازی: هر ماشین مجازی کاملاً از دیگری ایزوله است و به همین دلیل، امنیت بیشتری دارد.
۵. استفاده اصلی
داکر: برای توسعه و استقرار سریع برنامه‌ها، تست و آزمایش در محیط‌های مشابه، و اجرای مداوم برنامه‌ها در محیط‌های متفاوت عالی است.
ماشین مجازی: برای ایجاد محیط‌های کاملاً جداگانه با سیستم‌عامل‌های مختلف، انجام تست‌های امنیتی، و اجرای برنامه‌هایی که به ایزوله‌سازی کامل نیاز دارند، مناسب‌تر است.
۶. انعطاف‌پذیری سیستم‌عامل
داکر: کانتینرها معمولاً با سیستم‌عامل هسته یکسانی (مثل لینوکس) کار می‌کنند. اگرچه Docker روی ویندوز هم قابل اجرا است، اما کانتینرهای ویندوز نمی‌توانند روی سیستم‌عامل لینوکس اجرا شوند و بالعکس.
ماشین مجازی: ماشین‌های مجازی می‌توانند سیستم‌عامل‌های کاملاً متفاوتی روی یک سیستم‌عامل میزبان داشته باشند، مثلاً یک VM با ویندوز و یک VM دیگر با لینوکس می‌توانند هم‌زمان روی یک سرور اجرا شوند.
۷. حجم و اندازه
داکر: به دلیل نبود سیستم‌عامل مجزا در هر کانتینر، حجم کمتری دارد و فایل‌های Docker image بسیار سبک‌تر از فایل‌های ماشین مجازی هستند.
ماشین مجازی: شامل سیستم‌عامل کامل و تمام منابع موردنیاز برای اجرای یک محیط مستقل است و معمولاً حجیم‌تر از کانتینرها است.
۸. هزینه نگهداری و مقیاس‌پذیری
داکر: چون سبک‌تر و سریع‌تر است، برای استقرار در مقیاس بزرگ با هزینه کمتر مناسب است.
ماشین مجازی: مدیریت و مقیاس‌دهی به ماشین‌های مجازی به منابع بیشتری نیاز دارد و هزینه‌های بیشتری را در پی دارد.
جمع‌بندی
در این مقاله با داکر و ماشین مجازی بیشتر آشنا شدید. به طور خلاصه، داکر برای توسعه سریع، انعطاف و مقیاس‌پذیری بالا بسیار مفید است. درحالی‌که ماشین‌های مجازی برای ایزوله‌سازی کامل و اجرای محیط‌های چندگانه با سیستم‌عامل‌های متفاوت گزینه بهتری هستند. راه‌اندازی داکر و vm موضوع مهمی است که به رفتار فعالان این حوزه از فناوری جهت می‌دهد.
سوالات متداول
داکر چیست و چه تفاوتی با ماشین‌های مجازی دارد؟
داکر یک پلتفرم کانتینری‌سازی است که به شما اجازه می‌دهد، برنامه‌ها و وابستگی‌های آن‌ها را در کانتینرهای سبک و مستقل اجرا کنید. برخلاف ماشین‌های مجازی که یک سیستم‌عامل کامل را مجازی‌سازی می‌کنند، داکر از سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کند و تنها برنامه و کتابخانه‌های ضروری آن را جدا می‌کند. این امر باعث می‌شود داکر سریع‌تر و کم‌حجم‌تر باشد.
کانتینر چیست و چگونه با ماشین مجازی فرق می‌کند؟
کانتینر یک بسته‌بندی سبک‌وزن و قابل حمل است که شامل کد، کتابخانه‌ها و تمام موارد موردنیاز برای اجرای یک برنامه است. در مقابل، ماشین مجازی یک سیستم‌عامل کامل را شبیه‌سازی می‌کند که معمولاً به منابع بیشتری (CPU ،RAM و فضای ذخیره‌سازی) نیاز دارد. کانتینرها به دلیل استفاده از کرنل (Kernel) سیستم‌عامل میزبان، سریع‌تر راه‌اندازی می‌شوند و حجم کمتری دارند.
داکر برای چه مواردی بهتر از ماشین‌های مجازی است؟
- راه‌اندازی سریع: کانتینرها ظرف چند ثانیه اجرا می‌شوند، در حالی که ماشین‌های مجازی ممکن است چند دقیقه طول بکشد.
- کارایی بالا: داکر منابع کمتری مصرف می‌کند زیرا نیازی به سیستم‌عامل کامل ندارد.
- مقیاس‌پذیری: داکر به دلیل سرعت بالا و سبک بودن، برای برنامه‌های مقیاس‌پذیر و معماری میکروسرویس مناسب‌تر است.
- قابلیت حمل: کانتینرها به راحتی می‌توانند در سیستم‌های مختلف بدون تغییر اجرا شوند.
آیا داکر جایگزین ماشین‌های مجازی می‌شود؟
نه کاملاً. داکر و ماشین‌های مجازی اهداف متفاوتی دارند. ماشین‌های مجازی برای محیط‌های کاملاً ایزوله مناسب‌تر هستند. درحالی‌که داکر برای اجرای سریع برنامه‌ها و توسعه متمرکز طراحی شده‌است. در بسیاری از موارد، ترکیب این دو (مثلاً اجرای کانتینرهای داکر روی ماشین‌های مجازی) استفاده می‌شود.
از نظر امنیت، داکر بهتر است یا ماشین‌های مجازی؟
ماشین‌های مجازی به دلیل داشتن سیستم‌عامل جداگانه، ایزوله‌سازی قوی‌تری دارند. در نتیجه برای محیط‌های نیازمند به امنیت بالا، بهتر هستند. اما داکر با پیشرفت‌هایی مثل استفاده از cgroups و namespaces، امنیت خوبی فراهم می‌کند؛ هرچند که ایزوله‌سازی آن به اندازه ماشین‌های مجازی قوی نیست.
چرا داکر در توسعه مدرن محبوب‌تر است؟
- سرعت بالا در استقرار و تست برنامه‌ها
- سبک بودن کانتینرها
- سهولت در به‌روزرسانی و مدیریت
- ابزارهای گسترده برای اتوماسیون و یکپارچگی
- محبوبیت در معماری‌های مبتنی بر میکروسرویس
داکر چه محدودیت‌هایی دارد؟
- ایزوله‌سازی کمتر در مقایسه با ماشین‌های مجازی
- نیاز به یک سیستم‌عامل میزبان مشترک
- مشکلات بالقوه در مدیریت کانتینرها در مقیاس بزرگ (هرچند ابزارهایی مثل Kubernetes این مشکل را حل کرده‌اند).
بدون دیدگاه