Hypervisor技術(shù)從一開始就是云計算的基石之一。然而，近年來容器技術(shù)的爆發(fā)，讓這種虛擬化技術(shù)開始被認(rèn)為是傳統(tǒng)方法。有不少人認(rèn)為，容器的普及對虛擬機(jī)形成了沖擊，于是就有了早些年的容器與虛擬機(jī)之爭。

經(jīng)過幾年的技術(shù)發(fā)展和大規(guī)模實(shí)踐，雖然許多企業(yè)正在將基于虛擬機(jī)的應(yīng)用程序遷移到容器，但事實(shí)上虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心和公有云中仍然普遍存在。一方面，容器并沒有完全替代虛擬機(jī)，另一方面虛擬機(jī)也在積極支持容器，兩者共存的情形反而越來越普遍。

今天就來聊聊虛擬機(jī)和容器到底有什么區(qū)別，為什么兩者會走向共存，以及將來會走向何方?

虛擬機(jī)和容器各有優(yōu)勢

虛擬機(jī)和容器誕生的初衷，都是為了更好的提高資源利用率，但兩者的區(qū)別在于：虛擬機(jī)是操作系統(tǒng)級別的資源隔離，而容器本質(zhì)上是進(jìn)程級的資源隔離。

虛擬機(jī)(Virtual Machine)，是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機(jī)系統(tǒng)。每個虛擬機(jī)都有獨(dú)立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用實(shí)體機(jī)一樣對虛擬機(jī)進(jìn)行操作。

虛擬機(jī)的運(yùn)行離不開Hypervisor，Hypervisor是運(yùn)行在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層，可允許多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享硬件。

簡單來說，服務(wù)器硬件、Hypervisor、虛擬機(jī)之間的關(guān)系在于，每個虛擬機(jī)都有一個完整的操作系統(tǒng)，虛擬機(jī)內(nèi)部署的應(yīng)用可以使用整個操作系統(tǒng)的資源。

虛擬機(jī)的出現(xiàn)，解決了早期在物理服務(wù)器上部署應(yīng)用但無法為其應(yīng)用程序定義資源邊界而導(dǎo)致的資源分配問題。

但是在使用虛擬化一段時間后，會發(fā)現(xiàn)它存在一些問題，例如：虛擬機(jī)的系統(tǒng)層會占用比較多物理機(jī)的資源，需要更進(jìn)一步提高服務(wù)器的資源利用率;當(dāng)需要遷移虛擬機(jī)服務(wù)程序時，需要遷移整個虛擬機(jī)，遷移流程復(fù)雜。

為了解決這些問題，容器就出現(xiàn)了。

容器技術(shù)，可以理解為操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，它是一種輕量級的虛擬化技術(shù)。通過內(nèi)核創(chuàng)建多個虛擬的操作系統(tǒng)實(shí)例(內(nèi)核和庫)，來隔離不同的進(jìn)程(容器)，不同的實(shí)例相互隔離，相互之間完全無感知。可以簡單地理解為容器就是一個進(jìn)程沙盒，來提供進(jìn)程級的隔離。

相比于虛擬機(jī)，容器沒有自己的操作系統(tǒng)，而是通過容器引擎來實(shí)現(xiàn)共享宿主機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核，從而減少需要運(yùn)行多個操作系統(tǒng)的開銷。

作為一個標(biāo)準(zhǔn)的軟件單元，容器將應(yīng)用部署所需的代碼和依賴項(xiàng)打包為鏡像，可以快速可靠地從一個計算環(huán)境運(yùn)行到另一個環(huán)境。

因此，容器很大的優(yōu)勢在于，它啟動時間很快，可以達(dá)到秒級，而且對資源的利用率很高，如：一臺主機(jī)可以同時運(yùn)行幾千個Docker容器。此外，它占的空間很小，虛擬機(jī)一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級甚至KB級。

總的來說，容器和虛擬機(jī)具有相似的資源隔離和分配優(yōu)勢，但功能不同。容器虛擬化的是操作系統(tǒng)而不是硬件，因此容器更加輕便高效。但是如果用戶需要使用在不同操作系統(tǒng)上運(yùn)行的不同應(yīng)用程序，虛擬機(jī)就能提供可靠的解決方案和更好的安全性。

因此，如今最有效和最常用的策略是，擁有一臺具有多個虛擬機(jī)的物理機(jī)，每個虛擬機(jī)都有多個容器。容器和虛擬機(jī)一起使用，為部署和管理應(yīng)用提供了極大的靈活性。

虛擬機(jī)和K8s相互融合

可以看到，容器和虛擬機(jī)根本就存在誰取代誰，而是相互融合的狀態(tài)。這也帶來了新的問題，即如何同時管理虛擬機(jī)和容器技術(shù)，成為企業(yè)的一個普遍的需求。

作為虛擬化技術(shù)的最主要推手，VMware很早就做出了反映。此前VMware通過在虛擬化平臺上外掛PKS(Pivotal與VMware共同推出的一個K8s平臺)，來實(shí)現(xiàn)虛機(jī)與容器的同時管理。但畢竟是外掛，其效率和管理方便性上都有不足。

去年的VMworld大會上，VMware發(fā)布Tanzu 品牌計劃，宣布在虛擬化技術(shù)中原生地提供對容器技術(shù)的支持。VMware的Tanzu把虛擬機(jī)和K8s結(jié)合起來，對虛擬機(jī)和容器以及物理機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行管理，它能實(shí)現(xiàn)跨物理機(jī)、虛擬機(jī)以及內(nèi)部數(shù)據(jù)中心、跨多個云來管理應(yīng)用，從而為工作負(fù)載提供一個統(tǒng)一的支撐。

今年3月Tanzu正式亮相，VMware最新一代虛擬化平臺vSphere 7對外發(fā)布，vSphere 7迎來了近10年比較大的變革。VMware對vSphere進(jìn)行了重構(gòu)，將K8s嵌入vSphere的控制平面，讓它成為一個K8s原生平臺，從而原生地支持K8s。

這樣，那些VMware的傳統(tǒng)用戶無需在虛擬機(jī)和K8s容器環(huán)境之間做出選擇，從而能自由在vSphere上進(jìn)行現(xiàn)代應(yīng)用程序開發(fā)和運(yùn)營，同時繼續(xù)利用現(xiàn)有的技術(shù)、工具和技能組合投資。

另一方面，容器廠商也認(rèn)識到了虛擬化的客觀存在，也在擁抱虛擬化技術(shù)，kubevirt 就是基于這個目的推出的。

kubevirt是 Red hat 開源的以容器方式運(yùn)行虛擬機(jī)的項(xiàng)目，使用容器的Image Registry去創(chuàng)建虛擬機(jī)并提供虛機(jī)的生命周期管理。在紅帽4月底舉行的年度技術(shù)大會Red Hat Summit 2020大會上，紅帽宣布推出OpenShift 虛擬化的技術(shù)預(yù)覽，OpenShift 虛擬化就源自KubeVirt開源項(xiàng)目。企業(yè)可以通過這一功能，在整合了云原生與傳統(tǒng)工作負(fù)載的OpenShift上開發(fā)、部署和管理由虛擬機(jī)、容器和無服務(wù)器構(gòu)成的應(yīng)用。

雖然VMware和紅帽的從不同出發(fā)點(diǎn)出發(fā)，但目的是一樣的，而這背后的推動力則是企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求。對用戶而言，它們的行動無疑是受歡迎的，這能讓企業(yè)少了后顧之憂，不再需要進(jìn)行非此即彼的選擇，不用糾結(jié)容器究竟應(yīng)該部署在虛擬機(jī)還是裸機(jī)上，從而可以更靈活支持未來的各種應(yīng)用。

虛擬機(jī)和K8s的未來

目前，虛擬機(jī)與容器技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為一個事實(shí)，不僅如此，虛擬機(jī)也正在成為云原生架構(gòu)的一部分——這就是容器原生虛擬化。以K8s為代表的容器，運(yùn)行在基于虛擬機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，而基于虛擬機(jī)的工作負(fù)載，仍然是IT組合的重要組成部分。

未來，虛擬機(jī)和K8s的融合會呈現(xiàn)哪些趨勢呢?

K8s編排微型虛擬機(jī)(如Kata Containers、Firecracker或gVisor)

微型虛擬機(jī)不像傳統(tǒng)虛擬化那樣提供完整的“機(jī)器”，而是專注于提供足夠的虛擬機(jī)，來成功執(zhí)行應(yīng)用程序容器或功能。因此，微型虛擬機(jī)旨在提供相對于標(biāo)準(zhǔn)Linux容器的硬隔離，同時很大限度地減少傳統(tǒng)虛擬機(jī)在冷啟動時間和性能方面的弱勢。

對于某些用戶而言，可能需要更強(qiáng)大的多租戶隔離。因此，這種方式能夠?yàn)椴皇苄湃蔚墓ぷ髫?fù)載提供更嚴(yán)格的多租戶隔離。

K8s編排標(biāo)準(zhǔn)虛擬機(jī)

以前，虛擬化堆棧是與K8s和云原生是完全獨(dú)立的孤島——獨(dú)立的工作流程、獨(dú)立的工具、獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)等。容器原生虛擬化的概念，使虛擬機(jī)能夠遵循與K8s中基于容器的應(yīng)用程序相同的工作流程。

現(xiàn)在有了像KubeVirt這樣的開源項(xiàng)目，就可以實(shí)現(xiàn)容器原生虛擬化。K8s編排引擎可以應(yīng)用于管理在云或虛擬化平臺上運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)虛擬機(jī)，K8s開始使容器和虛擬機(jī)的混合運(yùn)維成為可能。

裸機(jī)上的K8s(沒有虛擬機(jī))

雖然目前大多數(shù)K8s平臺都部署在基于虛擬機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)施上，但容器并不依賴于虛擬機(jī)來運(yùn)行，在裸機(jī)上運(yùn)行K8s和容器的實(shí)踐還在繼續(xù)增長。

在裸機(jī)上運(yùn)行K8s將使應(yīng)用程序能夠充分利用底層硬件，這對于為K8s帶來更多機(jī)器和性能敏感應(yīng)用程序的用戶來說非常重要。在裸機(jī)上運(yùn)行K8s和容器，還可以幫助用戶減少虛擬機(jī)蔓延并簡化操作。這對于虛擬機(jī)而言，不算是個好消息。

總體而言，虛擬機(jī)和容器有著各自的優(yōu)勢，雖然在應(yīng)用場景上有一些重疊，但主要應(yīng)用場景還是有區(qū)別的。比如，虛擬機(jī)更適合運(yùn)行多個操作系統(tǒng)資源和功能的場景，而容器更適合在更少的服務(wù)器上運(yùn)行更多的應(yīng)用。

大部分情況下，多數(shù)企業(yè)會同時使用虛擬機(jī)和容器，特別是考慮到大多數(shù)企業(yè)在此前已經(jīng)廣泛部署了虛擬化技術(shù)。鑒于此，容器和虛擬化應(yīng)當(dāng)會在相當(dāng)長時間內(nèi)共存。