Contenedores vs Máquinas Virtuales

2.1 Máquinas virtuales

Los conceptos de virtualización aparecieron en los años 60, cuando IBM desarrolló máquinas virtuales para sus mainframes. Esto permitió utilizar de manera eficiente los recursos de las computadoras y aislar las cargas de trabajo. Desde entonces, la virtualización ha evolucionado y hoy en día es una parte integral de la infraestructura de TI.

Una máquina virtual (MV) es una emulación de software de un ordenador físico. Permite ejecutar sistemas operativos y aplicaciones como si estuvieran funcionando en un servidor físico independiente. Los principales componentes de una MV son el hipervisor, el sistema operativo invitado y las aplicaciones.

El hipervisor es un software para gestionar máquinas virtuales y distribuir recursos entre ellas. Existen dos tipos de hipervisores:

• Tipo 1 (bare-metal): Se instala directamente sobre el hardware. Se caracteriza por su alto rendimiento y gastos generales mínimos. Ejemplos: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V.
• Tipo 2 (hosted): Funciona sobre un sistema operativo anfitrión, lo que lo hace más flexible pero menos eficiente. Ejemplos: Oracle VirtualBox, VMware Workstation.

Sistema operativo invitado: cada máquina virtual contiene un sistema operativo completo que funciona sobre el hipervisor. Esto permite usar distintos sistemas operativos en un mismo servidor físico.

Aplicaciones: las aplicaciones y sus dependencias se instalan dentro del sistema operativo invitado, lo que asegura aislamiento e independencia.

Ventajas:

• Aislamiento: las máquinas virtuales están completamente aisladas, ya que cada MV tiene su propio sistema operativo y recursos. Esto evita que una aplicación afecte a otra.
• Compatibilidad: las máquinas virtuales soportan cualquier sistema operativo, incluidas diferentes versiones de un mismo SO, lo que asegura flexibilidad de uso.
• Seguridad: el alto nivel de aislamiento hace que las MV sean más seguras: las vulnerabilidades de una MV no pueden afectar fácilmente a otras.

Desventajas:

Consumo de recursos: cada MV requiere recursos significativos, ya que contiene un sistema operativo completo. Esto aumenta los requisitos de memoria RAM y espacio en disco.

Inicio: las máquinas virtuales se inician y se detienen más lentamente debido a la necesidad de cargar y apagar el sistema operativo.

Gestión: administrar muchas MV puede ser complicado y llevar mucho tiempo, especialmente en infraestructuras grandes.

2.2 Contenedores

La idea de la contenedorización ha existido durante varias décadas, pero se popularizó con el auge de Docker, que apareció en 2013. Docker facilitó el uso de contenedores y los hizo accesibles para la mayoría de los desarrolladores y administradores de sistemas.

Los contenedores se diferencian de las máquinas virtuales en que utilizan el núcleo del sistema operativo host y proporcionan aislamiento a nivel de procesos. En ellos se pueden ejecutar aplicaciones y sus dependencias en entornos aislados, sin necesidad de instalar un sistema operativo separado.

• Sistema Operativo Host: los contenedores utilizan el núcleo del sistema operativo host, ahorrando así recursos y reduciendo los gastos generales.
• Contenedores: cada contenedor incluye la aplicación y todas sus dependencias, pero no incluye un sistema operativo separado. El aislamiento de los contenedores se logra mediante tecnologías como namespaces y cgroups, que limitan el acceso a los recursos y aíslan procesos.
• Namespaces: un mecanismo del núcleo de Linux que crea un entorno aislado para procesos, ocultándoles procesos, el sistema de archivos, interfaces de red y otros recursos de otros contenedores.
• Cgroups: una tecnología para la gestión de recursos que permite controlar el uso de CPU, memoria, entrada/salida de disco y otros recursos por parte de los contenedores, evitando un consumo excesivo.

Ventajas:

• Ligereza: Los contenedores consumen menos recursos ya que no requieren la instalación de un sistema operativo separado. Es posible ejecutar más contenedores en un solo servidor físico que máquinas virtuales.
• Inicio rápido: los contenedores se inician y detienen mucho más rápido que las máquinas virtuales, ya que no necesitan cargar o apagar un sistema operativo.
• Portabilidad: los contenedores se pueden mover fácilmente entre diferentes entornos porque contienen todas las dependencias necesarias para que la aplicación funcione. Es posible crear imágenes únicas que funcionen en diferentes plataformas sin cambios.

Desventajas:

• Aislamiento: el aislamiento de los contenedores es menos estricto en comparación con las máquinas virtuales, ya que utilizan el núcleo compartido del sistema operativo host. Si una aplicación en el contenedor se compromete, podría crear vulnerabilidades potenciales.
• Compatibilidad: los contenedores deben ser compatibles con el sistema operativo host, lo cual podría limitar su uso en ciertos escenarios.

2.3 Comparación de contenedores y máquinas virtuales

Consumo de recursos:

• Contenedores: requieren menos recursos y usan de manera más eficiente la memoria RAM y el procesador. En un servidor físico se pueden iniciar más contenedores, lo que los hace económicamente ventajosos al escalar.
• Máquinas virtuales: consumen más recursos porque necesitan un sistema operativo completo. Cada máquina virtual ocupa un volumen significativo de memoria RAM y espacio en disco, lo que limita su número en un servidor.

Velocidad:

• Contenedores: se inician y detienen en cuestión de segundos, lo que los hace ideales para tareas que requieren una respuesta rápida y escalabilidad.
• Máquinas virtuales: el inicio y la detención toman más tiempo, ya que se necesita cargar el sistema operativo. Las máquinas virtuales pueden tardar varios minutos en cargar, lo que limita su uso en entornos dinámicos.

Aislamiento:

• Contenedores: proporcionan aislamiento a nivel de procesos. El grado de aislamiento es menor que el de las máquinas virtuales, pero suficiente para la mayoría de las aplicaciones. No son adecuados para tareas que requieran aislamiento completo y máxima seguridad.
• Máquinas virtuales: proporcionan aislamiento completo a nivel de sistemas operativos. El alto nivel de protección las convierte en la mejor opción para aplicaciones y datos críticos.

Gestión y escalabilidad:

• Contenedores: son fáciles de gestionar y escalar gracias a su ligereza y rápida puesta en marcha. Las herramientas de orquestación como Kubernetes facilitan la gestión de grandes clústeres de contenedores.
• Máquinas virtuales: la gestión y el escalamiento son más complicados debido al alto consumo de recursos. Administrar un gran número de máquinas virtuales requiere esfuerzos significativos, especialmente en entornos dinámicos.

La elección entre contenedores y máquinas virtuales depende de las tareas específicas. Los contenedores son óptimos cuando se necesita un despliegue rápido y escalabilidad de aplicaciones con un mínimo gasto de recursos. Su portabilidad y ligereza los hacen una excelente opción para arquitectura de microservicios y computación en la nube.

Las máquinas virtuales ofrecen mejor aislamiento y compatibilidad, lo que las hace ideales para aplicaciones complejas y críticas que requieren un alto nivel de seguridad e independencia. Son indispensables cuando se despliegan aplicaciones multicapa e infraestructuras que necesitan un sistema operativo completo para cada carga de trabajo.

En la práctica, muchas organizaciones adoptan un enfoque híbrido, utilizando contenedores y máquinas virtuales para lograr un equilibrio óptimo entre rendimiento, flexibilidad y seguridad.