Eine architektonische Entscheidung: Container auf Bare Metal oder auf virtuellen Maschinen

TL;DR

Die Entscheidung zwischen der Bereitstellung von Containern auf Bare Metal oder virtuellen Maschinen (VMs) ist entscheidend für die Architektur moderner Anwendungen. Während Bare Metal historisch gesehen eine höhere Leistung bot, haben technische Fortschritte in der Virtualisierung dazu geführt, dass VMs nun vergleichbare Leistung bieten und zusätzliche Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Isolation und Ressourcenmanagement bieten.

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Die Auswahl der richtigen Kubernetes-Distribution ist der erste Schritt beim Aufbau und Betrieb moderner Anwendungen. Eine der zentralen architektonischen Entscheidungen, die Plattform-Teams treffen müssen, ist die Wahl zwischen der Bereitstellung von Containern direkt auf Bare Metal oder auf virtuellen Maschinen. Die Bereitstellung auf Bare Metal spricht Organisationen an, die maximale Leistung und minimale Infrastrukturüberhead anstreben, da Container direkten Zugriff auf Rechen- und Speicherressourcen haben.

Allerdings haben Fortschritte in der Hypervisor-Technologie die Leistung und Effizienz virtualisierter Umgebungen erheblich verbessert. Container, die auf VMs betrieben werden, sind inzwischen für Produktionslasten tragfähig, bieten operative Vorteile und erhöhen die Flexibilität. Die Anforderungen an die IT haben sich in den letzten Jahren erweitert, was zu einer erhöhten Verantwortung der Plattform-Teams führt. Diese müssen striktere Sicherheitsrichtlinien umsetzen, höhere Verfügbarkeiten der Anwendungen gewährleisten, mehrere Versionen von Kubernetes unterstützen und engere Service-Level-Agreements (SLAs) einhalten.

Ein zentrales Thema ist die Leistung. Während Bare Metal traditionell als leistungsstärker galt, zeigen aktuelle Benchmark-Studien, dass der Leistungsunterschied zwischen Bare Metal und virtualisierten Umgebungen mittlerweile vernachlässigbar ist. Tests, wie die MLPerf-Benchmarks, belegen, dass Container auf VM-Plattformen bis zu 99 % der Bare-Metal-Leistung für KI/ML-Workloads mit vGPU beibehalten können.

Ein weiterer Aspekt ist die Unterstützung mehrerer konformer Kubernetes-Versionen. Bare Metal-Umgebungen unterstützen in der Regel nur eine Kubernetes-Version pro Host, während VMs mehrere Versionen pro Host ermöglichen. Dies verbessert die Hostnutzung, erleichtert die Kapazitätsplanung und bietet flexiblere Upgrade-Pfade. Zudem können Plattform-Teams Kubernetes-Versionen für spezifische Anwendungscluster aktualisieren, ohne alle Cluster auf demselben physischen Host aktualisieren zu müssen.

Die Sicherheits- und Isolationsaspekte sind ebenfalls entscheidend. In Bare Metal-Umgebungen bieten Namespaces keine starken Sicherheitsgrenzen, da alle Container innerhalb eines Kubernetes-Clusters denselben Host-Kernel teilen. Dies kann dazu führen, dass ein Sicherheitsvorfall in einem Container andere Container gefährdet. Im Gegensatz dazu bieten VM-Umgebungen eine verbesserte Isolation, da jede VM mit ihrem eigenen Kernel arbeitet, was die Sicherheit erhöht und die Gefahr von lateralem Bedrohungsbewegungen verringert. Diese Thematik wird häufig in den Diskussionen des CNCF TAG Security behandelt, besonders im Hinblick auf Multi-Tenant-Modelle.

Ein weiterer wichtiger Punkt sind die Ressourcen-Garantien und SLAs. In Bare-Metal-Konfigurationen können Ressourcenlimits überschritten werden, was zu einer unvorhersehbaren Verfügbarkeit führt. In VM-basierten Bereitstellungen hingegen werden “harte” Ressourcenlimits auf Hypervisor-Ebene durchgesetzt, was eine zuverlässigere Planung und Einhaltung interner SLAs ermöglicht.

Technische Details/Implikationen

Moderne Hypervisoren bieten verbesserte Isolation, Versionsflexibilität und nahezu native Leistung, was viele Organisationen dazu veranlasst hat, VM-basierte Kubernetes-Plattformen für Multi-Tenant-Umgebungen zu standardisieren. Bare Metal-Implementierungen bleiben jedoch für hochspezialisierte oder latenzsensitiv Anwendungen relevant.

Fazit/Ausblick

Die Wahl der Bereitstellungsarchitektur für Container bleibt eine kritische Entscheidung, die von den spezifischen Anforderungen der Anwendungen und den strategischen Zielen der Organisation abhängt. Die Weiterentwicklung der Hypervisor-Technologie wird weiterhin Einfluss auf diese Entscheidungen haben.