Container vs. Virtuellen Maschinen

Grundsätzliches

• Container und virtuelle Maschinen (VMs) sind die zwei gängigen Wege, Anwendungen isoliert auf gemeinsamer Hardware zu betreiben.
• Beide trennen Anwendungen voneinander, nutzen Ressourcen besser aus und erleichtern die Skalierung.
• Der entscheidende Unterschied: Eine VM bringt einen eigenen Kernel mit, ein Container nutzt den Kernel des Hosts.

Virtuelle Maschinen (VMs)

• Eine VM ist ein vollständiger virtueller Rechner mit eigenem Betriebssystem und eigenem Kernel.
• Der Hypervisor stellt ihr emulierte Hardware bereit (Festplatte, Netzwerkkarte, Grafik). Die CPU wird per VT-x/AMD-V durchgereicht.
• Auf einem Host laufen so mehrere, auch unterschiedliche Betriebssysteme nebeneinander.

Starke Isolation

• Jede VM hat ihren eigenen Kernel. Ein Absturz oder Angriff in einer VM betrifft die anderen in der Regel nicht.

Höherer Ressourcenbedarf

• Jede VM braucht ein komplettes Betriebssystem mit eigenem RAM- und Plattenbedarf.

Langsamerer Start

• Eine VM bootet ein vollständiges Betriebssystem, das dauert Sekunden bis Minuten.

Hohe Flexibilität

• Beliebige Betriebssysteme auf demselben Host, z. B. Windows und Linux nebeneinander.

Container

• Ein Container ist eine isolierte Umgebung für Prozesse auf dem Host. Es gibt keinen eigenen Kernel.
• Die Isolation kommt vom Linux-Kernel selbst:
  • Namespaces trennen, was ein Prozess sieht (Prozesse, Netzwerk, Dateisystem, Benutzer).
  • cgroups begrenzen, was ein Prozess verbraucht (CPU, RAM, I/O).
• Ein Container bringt nur die Anwendung und ihre Bibliotheken mit, z. B. als Image.

Geringer Ressourcenbedarf

• Kein zweites Betriebssystem, kein zweiter Kernel. Ein Container ist im Kern ein normaler Prozess.

Schneller Start

• Ein Container startet in Sekundenbruchteilen bis Sekunden, weil nichts gebootet werden muss.

Geringere Isolation

• Alle Container teilen sich den Host-Kernel.
• Eine Kernel-Lücke oder ein Kernel-Absturz betrifft alle Container auf dem Host.

Hohe Portabilität, mit Einschränkung

• Ein Image läuft auf jedem Host mit Container-Runtime (Docker, Podman, containerd).
• Voraussetzung: passender Kernel und gleiche CPU-Architektur. Linux-Container brauchen einen Linux-Kernel. Unter Windows und macOS läuft dafür im Hintergrund eine VM.
• Unterschiedliche Distributionen sind möglich (z. B. ein Debian-Container auf einem Rocky-Host), aber immer mit dem Kernel des Hosts.

Anwendungs- und System-Container

• Anwendungs-Container (Docker, Podman): ein Dienst pro Container, z. B. ein Webserver.
• System-Container (LXC, in Proxmox „CT“): ein komplettes Linux-Userland mit init-System, verhält sich fast wie eine VM, nutzt aber den Kernel des Hosts.

Vergleich

Merkmal	Virtuelle Maschinen (VMs)	Container
Kernel	Eigener Kernel pro VM	Kernel des Hosts
Isolation	Stark (Hypervisor, CPU-Unterstützung)	Geringer (Namespaces, cgroups)
Ressourcenbedarf	Höher	Geringer
Start	Sekunden bis Minuten	Sekundenbruchteile bis Sekunden
Betriebssysteme	Beliebig (Windows, Linux, BSD …)	Nur passend zum Host-Kernel
Portabilität	Weniger portabel (große Images)	Sehr portabel (kleine Images)
Beispiele	KVM/QEMU, VirtualBox, VMware, Proxmox VM	Docker, Podman, LXC, Proxmox CT

Schaubild

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Realität

• In der Praxis kombiniert man beides: Container laufen sehr oft in VMs, und die laufen auf einem Hypervisor.

Fazit

• VMs bieten starke Isolation und freie Wahl des Betriebssystems, brauchen aber mehr Ressourcen und starten langsamer.
• Container sind leicht, schnell und portabel, teilen sich aber den Kernel des Hosts und sind dadurch schwächer isoliert.
• Die Wahl hängt ab von Sicherheitsanforderungen, benötigtem Betriebssystem, Ressourcen und Skalierung.

Präsentation

• https://hedgedoc.xinux.net/p/Ti9s55SOP#/