Contêineres vs Máquinas Virtuais

2.1 Máquinas Virtuais

Os conceitos de virtualização apareceram lá nos anos 1960, quando a IBM desenvolveu máquinas virtuais para seus mainframes. Isso permitiu usar os recursos dos computadores de forma eficiente e isolar cargas de trabalho. Desde então, a virtualização evoluiu e hoje é uma parte essencial da infraestrutura de TI.

Uma máquina virtual (VM) é uma emulação de software de um computador físico. Ela permite rodar sistemas operacionais e aplicativos como se estivessem funcionando em um servidor físico separado. Os principais componentes de uma VM são o hypervisor, o sistema operacional convidado e os aplicativos.

O hypervisor é um software usado para gerenciar máquinas virtuais e distribuir recursos entre elas. Existem dois tipos de hypervisors:

• Tipo 1 (bare-metal): Instalado diretamente no hardware. Oferece alta performance e baixos overheads. Exemplos: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V.
• Tipo 2 (hosted): Funciona sobre o sistema operacional host, o que o torna mais flexível, mas menos eficiente em performance. Exemplos: Oracle VirtualBox, VMware Workstation.

Sistema operacional convidado: cada máquina virtual contém um sistema operacional completo que funciona sobre o hypervisor. Isso permite usar diferentes sistemas operacionais em um mesmo servidor físico.

Aplicativos: os aplicativos e suas dependências são instalados dentro do sistema operacional convidado, garantindo isolamento e independência.

Vantagens:

• Isolamento: as máquinas virtuais são completamente isoladas, já que cada VM tem seu próprio sistema operacional e recursos. Isso previne que um aplicativo afete outro.
• Compatibilidade: máquinas virtuais suportam qualquer sistema operacional, incluindo diferentes versões de um mesmo SO, garantindo flexibilidade.
• Segurança: o alto nível de isolamento torna as VMs mais seguras — vulnerabilidades de uma VM não afetam facilmente outras.

Desvantagens:

Alto consumo de recursos: cada VM exige muitos recursos, já que contém um sistema operacional completo. Isso aumenta as exigências de memória RAM e espaço de disco.

Inicialização: máquinas virtuais demoram mais para iniciar e desligar devido à necessidade de carregar e parar o sistema operacional.

Gerenciamento: administrar múltiplas VMs pode ser complicado e trabalhoso, especialmente em infraestruturas maiores.

2.2 Containers

A ideia de containerização já existe há décadas, mas só se tornou bem popular com o crescimento do Docker, que apareceu em 2013. O Docker facilitou o uso de containers e deixou eles acessíveis pra maioria dos devs e admins de sistemas.

Containers são diferentes das máquinas virtuais porque usam o kernel do sistema operacional host e garantem isolamento no nível dos processos. É possível rodar apps e suas dependências em ambientes isolados, sem precisar instalar um sistema operacional separado.

• Sistema Operacional Host: os containers usam o kernel do sistema operacional host, o que economiza recursos e reduz overhead.
• Containers: cada container tem o app e todas as dependências dele, mas não inclui um sistema operacional separado. O isolamento dos containers é feito com as tecnologias namespaces e cgroups, que limitam o acesso aos recursos e separam processos.
• Namespaces: um mecanismo do kernel Linux que cria um ambiente isolado pros processos, escondendo processos, sistema de arquivos, interfaces de rede e outros recursos de outros containers.
• Cgroups: uma tech pra gerenciar recursos, controlando o uso de CPU, memória, I/O de disco e outros recursos pelos containers, o que impede o consumo excessivo.

Vantagens:

• Leveza: Containers usam menos recursos porque não precisam de um sistema operacional separado. Dá pra rodar mais containers num único servidor físico comparado com máquinas virtuais.
• Inicialização rápida: containers iniciam e param bem mais rápido do que máquinas virtuais porque não precisam carregar ou desligar o sistema operacional.
• Portabilidade: é fácil mover containers entre ambientes diferentes, já que eles têm todas as dependências que o app precisa pra rodar. Dá pra criar imagens únicas que vão funcionar em várias plataformas sem precisar de ajustes.

Desvantagens:

• Isolamento: o isolamento dos containers é menos rigoroso comparado com as máquinas virtuais, já que eles compartilham o kernel do sistema operacional host. Se o app num container for comprometido, isso pode abrir vulnerabilidades.
• Compatibilidade: containers precisam ser compatíveis com o sistema operacional host, o que pode limitar o uso deles em certos cenários.

2.3 Comparação entre Contêineres e Máquinas Virtuais

Consumo de Recursos:

• Contêineres: consomem menos recursos e usam memória RAM e CPU de maneira mais eficiente. Em um único servidor físico, é possível rodar muito mais contêineres, o que torna isso mais econômico ao escalar.
• Máquinas Virtuais: consomem mais recursos porque precisam de um sistema operacional completo. Cada máquina virtual ocupa uma quantidade significativa de memória RAM e espaço em disco, o que limita a quantidade que pode ser executada em um único servidor.

Velocidade:

• Contêineres: iniciam e desligam em questão de segundos, tornando-os perfeitos para tarefas que exigem resposta rápida e escalabilidade.
• Máquinas Virtuais: o tempo de iniciar e parar é maior porque é necessário carregar o sistema operacional. As máquinas virtuais podem levar vários minutos para iniciar, limitando seu uso em ambientes dinâmicos.

Isolamento:

• Contêineres: oferecem isolamento no nível de processos. O grau de isolamento é menor que o das máquinas virtuais, mas suficiente para a maioria das aplicações. Não são ideais para situações que exigem isolamento completo e máxima segurança.
• Máquinas Virtuais: oferecem isolamento completo no nível do sistema operacional. O alto nível de proteção as torna uma escolha melhor para aplicações e dados críticos.

Gerenciamento e Escalabilidade:

• Contêineres: fáceis de gerenciar e escalar graças à sua leveza e inicialização rápida. Ferramentas de orquestração, como o Kubernetes, simplificam a gestão de grandes clusters de contêineres.
• Máquinas Virtuais: o gerenciamento e escalabilidade são mais complicados devido ao alto consumo de recursos. Administrar uma grande quantidade de máquinas virtuais exige muito esforço, especialmente em ambientes dinâmicos.

A escolha entre contêineres e máquinas virtuais depende das tarefas específicas. Contêineres são ideais onde é necessário implantar e escalar aplicações rapidamente com uso mínimo de recursos. Sua portabilidade e leveza os tornam uma excelente escolha para arquiteturas de microserviços e computação em nuvem.

Máquinas virtuais oferecem melhor isolamento e compatibilidade, tornando-as ideais para aplicações complexas e críticas que exigem um alto nível de segurança e independência. Elas são indispensáveis para ambientes multicamadas e infraestrutura onde cada carga de trabalho requer um sistema operacional completo.

Na prática, muitas organizações adotam uma abordagem híbrida, usando tanto contêineres quanto máquinas virtuais para alcançar o equilíbrio ideal entre desempenho, flexibilidade e segurança.