Bare-Metal vs. VM-basierte Kubernetes-Cluster: Eine umfassende Leistungsanalyse

Bare-Metal vs. VM-basierte Kubernetes-Cluster: Eine umfassende Leistungsanalyse

In der heutigen, digital geprĂ€gten Welt entwickeln sich die Anwendungen schnell weiter, und es werden effiziente und skalierbare Lösungen benötigt. Kubernetes ist eine Open-Source-Plattform, die entwickelt wurde, um die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen zu automatisieren. Es bietet einen stabilen Rahmen fĂŒr den Betrieb verteilter Systeme und die Abwicklung verschiedener Aufgaben, die auf das Wachstum und die Wartung von Anwendungsdiensten ausgerichtet sind. In diesem Blogbeitrag vergleichen wir Bare-Metal-Kubernetes mit herkömmlichen VM-basierten Clustern, insbesondere im Hinblick auf Latenz und Leistung. Die Kenntnis ihrer jeweiligen Vorteile und Grenzen ist fĂŒr diejenigen, die mit der Auswahl von Technologien fĂŒr ihre IT-Infrastruktur betraut sind, unerlĂ€sslich.

Bare-Metal-Server vs. VM-Server

Kubernetes kann mit einem Cluster aus Bare-Metal-Servern und auf virtuellen Maschinen (VM) basierenden Servern arbeiten. Bare-Metal bezieht sich auf physische Server, die einem einzigen Mandanten zugewiesen sind — im Wesentlichen die reine Hardware, ohne die beim Cloud Computing hĂ€ufig verwendete Virtualisierungsschicht. Andererseits bezieht sich VM auf Umgebungen, in denen sich mehrere virtuelle Maschinen, auf denen jeweils ein eigenes Betriebssystem lĂ€uft, die Ressourcen eines einzigen physischen Hosts teilen:

Vergleich von Bare-Metal- und VM-Servern mit Schichten von der Infrastruktur bis zur Anwendung
Abbildung 1: Bare-Metal- und VM-Server

Im weiteren Verlauf dieses Vergleichs ist es wichtig, die beiden grundlegenden Konzepte zu verstehen, die den Kern bilden: Container und virtuelle Maschinen. Kubernetes ist eine Plattform zur Orchestrierung von Containern, die eine Gruppe von Containern ihren Worker-Knoten zuweist – Bare-Metal-Servern oder virtuellen Maschinen.

Container und virtuelle Maschinen verstehen

Container sind eigenstĂ€ndige, ausfĂŒhrbare Softwarepakete, die alles enthalten, was zur AusfĂŒhrung einer Software benötigt wird. Sie enthalten den Code sowie Laufzeit, Systemtools, Bibliotheken und die entsprechenden Einstellungen und kapseln die Anwendung und ihre Umgebung effektiv ein. Container teilen sich den Betriebssystem-Kernel des Hostsystems, wodurch sie leichtgewichtig und schnell zu starten sind.

Virtuelle Maschinen (VMs) hingegen sind eine Abstraktion der physischen Hardware, die aus einem Server viele macht. Jede VM enthÀlt eine vollstÀndige Kopie eines Betriebssystems, der Anwendung sowie der erforderlichen BinÀrdateien und Bibliotheken. VMs können im Vergleich zu Containern auch langsam starten, bieten aber eine starke Isolierung zwischen verschiedenen VMs auf demselben Host.

Abbildung 2 zeigt die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Containern und VMs.

Vergleich von VMs und Containers mit Schichten von der Infrastruktur bis zur Anwendung
Abbildung 2: VMs und Container

Sowohl Container als auch VMs haben ihre Vorteile und sind fĂŒr bestimmte AnwendungsfĂ€lle geeignet. Container eignen sich am besten fĂŒr Microservices, zustandslose Anwendungen und FĂ€lle, in denen eine schnelle Skalierbarkeit erforderlich ist. Andererseits sind VMs ideal fĂŒr Legacy-Anwendungen und Anwendungen, die alle Ressourcen und Funktionen eines Betriebssystems benötigen, einschließlich der AusfĂŒhrung von Anwendungen, die nicht fĂŒr eine containerisierte Umgebung geeignet sind.

Der Schwerpunkt von Kubernetes liegt auf der Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungscontainern. Wie bereits erwĂ€hnt, unterstĂŒtzt Kubernetes die AusfĂŒhrung dieser containerisierten Arbeitslasten sowohl auf Bare-Metal-Servern als auch auf VMs. Lassen Sie uns als NĂ€chstes beide Technologien untersuchen und herausfinden, wie Kubernetes auf jeder von ihnen lĂ€uft.

Bare-Metal-Kubernetes-Cluster

Im Kontext von Kubernetes bedeutet Bare-Metal, dass Kubernetes direkt auf der Hardware lĂ€uft, und zwar ohne eine Zwischenschicht aus virtuellen Maschinen, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Mehrschichtige Architektur fĂŒr den Betrieb von Containern auf Bare-Metal-Servern
Abbildung 3: Container auf Bare-Metal-Servern

Vorteile und AnwendungsfÀlle von Bare-Metal-Kubernetes-Clustern

Bare-Metal-Kubernetes-Cluster nutzen die inhĂ€renten StĂ€rken von Kubernetes und gleichzeitig die erheblichen Vorteile dedizierter Hardware. Dieser Ansatz beseitigt den durch die Virtualisierung entstehenden Overhead (der zu erhöhter KomplexitĂ€t und potenziellen Verlangsamungen fĂŒhren kann), was hĂ€ufig zu einer besseren Leistung und geringeren Latenz fĂŒhrt und damit eine attraktive Option fĂŒr Arbeitslasten mit hohen Anforderungen darstellt.

Dieser Ansatz ist besonders vorteilhaft fĂŒr Anwendungen, die rechenintensive Ressourcen benötigen oder große Datenmengen verarbeiten mĂŒssen. Durch den Wegfall der VM-Schicht reduzieren Bare-Metal-Kubernetes-Cluster den Overhead, der manchmal die Leistung solch anspruchsvoller Anwendungen einschrĂ€nken kann.

Nachteile von Bare-Metal-Kubernetes-Clustern

Doch nichts ist ohne Nachteile. Bare-Metal-Cluster können zwar eine beeindruckende Leistung bieten, doch fehlen ihnen traditionell einige der Funktionen, die in VM-basierten Lösungen enthalten sind, wie z.B. die Möglichkeit, schnell und einfach Worker-Knoten zu erstellen, zu entfernen oder zu migrieren. Sie erfordern zudem einen höheren Verwaltungsaufwand als ihre VM-GegenstĂŒcke, obwohl viele Anbieter sich um die Verwaltung kĂŒmmern und dem Kunden diese Sorge abnehmen.

Kubernetes-Cluster auf virtuellen Maschinen

Im Gegensatz zu Bare-Metal werden VM-basierte Cluster durch die Implementierung von Kubernetes auf virtuellen Maschinen betrieben. Jede dieser VMs fĂŒhrt ihr eigenes Betriebssystem aus und teilt sich die Ressourcen eines einzigen physischen Hosts, wie in Abbildung 4 dargestellt:

Mehrschichtige Architektur fĂŒr den Betrieb von Containern auf VM-Servern
Abbildung 4: Container auf VM-Servern

Vorteile und AnwendungsfÀlle von VM-Kubernetes-Clustern

Der große Vorteil von VM-basierten Clustern im Vergleich zu Bare-Metal-Kubernetes-Clustern liegt in ihrer FlexibilitĂ€t und Isolierung. VMs können einfach erstellt, entfernt und migriert werden, ohne den physischen Host oder andere VMs zu beeintrĂ€chtigen. Das Ergebnis ist eine Ă€ußerst flexible und skalierbare Umgebung, die sich schnell an verĂ€nderte Anforderungen anpassen kann. DarĂŒber hinaus bietet die Isolierung durch VMs eine zusĂ€tzliche Sicherheitsebene, da sie die möglichen Auswirkungen von SystemausfĂ€llen oder Sicherheitsverletzungen begrenzt. (Abgesehen davon glauben viele Experten, dass VMs weniger sicher sind als BM, da einige VM-Exploits es einer VM ermöglichen, den Adressraum einer anderen zu lesen.)

Nachteile von VM-Kubernetes-Clustern

VM-Kubernetes-Cluster haben jedoch auch Nachteile. Schauen wir uns diese einmal an:

  • Das HinzufĂŒgen einer VM-Schicht fĂŒhrt zu zusĂ€tzlichem Overhead, der sich auf Leistung und Latenz auswirkt.
  • Die Planung und AusfĂŒhrung von containerisierten Anwendungen innerhalb von VMs kann zu Latenzzeiten fĂŒhren, da Anfragen die Virtualisierungsschicht durchlaufen mĂŒssen.
  • VMs verwenden in der Regel Netzwerkfestplatten, was aufgrund von LeistungseinschrĂ€nkungen des Netzwerks zu zusĂ€tzlichen Latenzzeiten fĂŒhrt.
  • Die Leistung der von VMs verwendeten virtuellen Netzwerkadaptern kann in der Regel nicht mit den FĂ€higkeiten der physischen Adapter mithalten, was zusĂ€tzlich zu den Latenzzeiten beitrĂ€gt.

Bare-Metal und VM-Kubernetes-Cluster im Vergleich

Wie wir gesehen haben, haben BM- und VM-Kubernetes-Cluster ihre jeweils eigenen Vorteile, AnwendungsfĂ€lle und Nachteile. Lassen Sie uns die Technologien in zwei Bereichen direkt vergleichen – Geschwindigkeit und Netzwerkleistung sowie Sicherheit – und fassen sie dann jede Methode in einer Tabelle zusammen.

Geschwindigkeit und Netzwerkleistung im Vergleich

Bare-Metal-Server (BMs) bieten eine bessere Leistung als VMs, da sie direkten Zugriff auf lokale Festplatten ermöglichen, die fĂŒr optimale Geschwindigkeit und Effizienz als SSD-Raids konfiguriert werden können. DarĂŒber hinaus verwenden BMs physische Netzwerkadapter, die ihren virtuellen GegenstĂŒcken deutlich ĂŒberlegen sind. Daher können Sie bei der Verwendung von BMs im Vergleich zu VMs eine bessere Festplatten- und Netzwerkleistung erwarten, was zu geringeren Latenzzeiten und einer besseren Gesamtsystemleistung fĂŒhrt.

Vergleich der Sicherheit

Es stimmt zwar, dass sich einige Unternehmen aufgrund vermeintlicher Vorteile wie Isolierung und einfacher Skalierbarkeit fĂŒr VM-basiertes Kubernetes entscheiden, aber das ist nicht unbedingt ein Hinweis auf ein ĂŒberlegenes Sicherheitsmodell. Einige Experten argumentieren, dass Bare-Metal-Kubernetes-Cluster möglicherweise eine bessere Sicherheit bieten, da sie ohne die fĂŒr virtuelle Maschinen charakteristische gemeinsame MandantenfĂ€higkeit arbeiten. Da kein Code eines anderen Kunden auf derselben Hardware lĂ€uft, auch nicht in einer anderen VM, werden die Risiken einer möglichen Kreuzkontamination oder von Sicherheitsverletzungen erheblich gemindert.

Außerdem bieten Bare-Metal-Umgebungen ohne Hypervisor-Schicht eine geringere AngriffsflĂ€che. Der Hypervisor in VMs stellt eine zusĂ€tzliche Ebene dar, die Angreifer potenziell ausnutzen können. Durch die Beseitigung dieser Schicht in einer Bare-Metal-Konfiguration wird die Anzahl der potenziellen Einstiegspunkte fĂŒr bösartige AktivitĂ€ten reduziert.

Allerdings hĂ€ngt die Sicherheit eines Bare-Metal- oder VM-basierten Systems weitgehend davon ab, wie es verwaltet wird. Gute Praktiken, regelmĂ€ĂŸige Patches, eine ordnungsgemĂ€ĂŸe Konfiguration und fortschrittliche Sicherheitstools sind in beiden FĂ€llen entscheidend.

Vergleichstabelle von BM- und VM-Kubernetes-Clustern

Lassen Sie uns die StÀrken, SchwÀchen und AnwendungsfÀlle der beiden Methoden in der folgenden Tabelle zusammenfassen:

 StĂ€rkenSchwĂ€chenAnwendungsfĂ€lle
Bare-Metal-KubernetesHohe LeistungGeringere LatenzVollstĂ€ndige Nutzung der HardwareErfordert ein höheres Maß an VerwaltungWeniger Funktionen im Vergleich zu VM-basierten LösungenArbeitslasten mit hohen AnforderungenDatenintensive AnwendungenRechenintensive Aufgaben mit Anforderungen geringer Latenzzeiten
VM-basierte Kubernetes-ClusterFlexibilitĂ€tSchneller Aufbau neuer InstanzenOverhead, der sich auf Leistung und Latenz auswirken kannRisiko des Noisy Neighbor-Effekts● Umgebungen, die schnell und einfach skalierbar sein mĂŒssenKosteneinsparung durch die Verwendung kleinerer Flavors (Teil der Server-Ressourcen)

DarĂŒber hinaus ist es möglich, beide Clustertypen im Hinblick auf Leistung und Betrieb zu vergleichen:

 NetzwerkleistungSpeicherleistungCPU-LeistungStartzeiten
Bare-Metal-KubernetesHochHochHochLangsamer
VM-basierte ClusterModeratModeratModeratSchnell

Vergleich von Leistung und Latenz

Lassen Sie uns die Leistung und Latenz zwischen Bare-Metal und VM-basierten Kubernetes-Clustern direkt vergleichen. FĂŒr viele sind diese Faktoren die wichtigsten bei der Entscheidung, ob sie sich fĂŒr BM oder VM entscheiden.

Vergleich der Leistung

Leistung kann auf viele Arten quantifiziert werden, aber im Zusammenhang mit der Cloud bezieht sie sich im Allgemeinen darauf, wie effizient ein System Aufgaben ausfĂŒhren kann. Bei Bare-Metal-Clustern kann durch den Wegfall des Overheads der VM-Schicht das volle Potenzial der Hardware ausgeschöpft werden.

Eine praktische Anwendung könnte eine stark nachgefragte Anwendung wie eine Datenanalyseplattform sein. Wenn Sie eine solche Anwendung auf einem Bare-Metal-Cluster ausfĂŒhren, können Sie feststellen, dass Aufgaben aufgrund des geringeren Overheads schneller erledigt werden und der Cluster mehr Daten in kĂŒrzerer Zeit verarbeiten kann als ein VM-basierter Cluster.

Andererseits bieten VM-basierte Cluster aufgrund der Virtualisierungsschicht und des damit verbundenen Overheads möglicherweise nicht das gleiche Niveau an Rohleistung wie Bare-Metal-Cluster. VM-basierte Cluster zeichnen sich jedoch durch ihre FlexibilitÀt und Skalierbarkeit aus, die je nach Ihren spezifischen Anforderungen auch Aspekte der Leistung sein können.

Vergleich der Latenz

In Bezug auf die Latenz haben Bare-Metal-Cluster einen Vorteil, da keine Virtualisierungsschicht vorhanden ist. Die Latenzzeit kann fĂŒr Anwendungen, die eine Reaktion in Echtzeit erfordern, wie IoT-GerĂ€te, Spiele oder Echtzeit-Analysen, kritisch sein. In diesem Fall kann ein Bare-Metal-Kubernetes-Cluster eine Lösung mit geringerer Latenz sein, die sicherstellt, dass die Daten schnell verarbeitet und zurĂŒckgegeben werden.

Im Gegensatz dazu können VM-basierte Cluster aufgrund der zusĂ€tzlichen Schritte, die durch die Virtualisierungsschicht erforderlich werden, eine höhere Latenz aufweisen. Diese zusĂ€tzlichen Schritte ermöglichen es VMs zwar, Funktionen wie z.B. FlexibilitĂ€t zu bieten, aber sie erhöhen auch die Zeit, die fĂŒr die Verarbeitung und RĂŒckgabe von Daten benötigt wird.

Um die Unterschiede in der Leistung und Latenz zwischen Bare-Metal-Kubernetes und VM-basierten Clustern zu veranschaulichen, können wir mit einigen Vergleichsdaten arbeiten. Die folgende Tabelle fasst die typischen Ergebnisse zusammen, die Sie unter der Annahme Àhnlicher Konfigurationen und Arbeitslastmuster erwarten können:

 Bare-Metal-KubernetesVM-basierte Cluster
Geschwindigkeit der Datenverarbeitung (TB/Stunde)HöherNiedriger
Netzwerklatenz (ms)NiedrigerHöher
Festplattenlatenz (ms)NiedrigerHöher

NatĂŒrlich sind diese Vergleiche nicht absolut. Die tatsĂ€chliche Leistung und Latenzzeit hĂ€ngt von vielen Faktoren ab, darunter die spezifischen Konfigurationen, Arbeitslasten und die FĂ€higkeiten der zugrunde liegenden Hardware. In einigen FĂ€llen können die Vorteile von VM-basierten Clustern, wie z.B. ihre Skalierbarkeit, den reinen Leistungsvorteil von Bare-Metal-Kubernetes ĂŒberwiegen.

Im nÀchsten Abschnitt werden wir erörtern, wie Gcores Managed Kubernetes auf Bare-Metal eine erweiterte Lösung bietet, die die StÀrken beider AnsÀtze kombiniert.

Der Gcore-Vorteil: Gcore Managed Kubernetes auf Bare-Metal

In einer Zeit, die von einem intensiven Streben nach Leistungsoptimierung und effizientem Ressourcenmanagement geprĂ€gt ist, prĂ€sentiert Gcore seinen Managed Kubernetes auf Bare-Metal-Service. Diese vollstĂ€ndig verwaltete Lösung wurde entwickelt, um die besonderen Anforderungen von Unternehmen zu erfĂŒllen, die die Leistung und Geschwindigkeit von Gcore Bare-Metal mit der professionellen Verwaltung und UnterstĂŒtzung eines erfahrenen Teams kombinieren möchten.

Gcore Managed Kubernetes auf Bare-Metal hebt sich folgendermaßen von der Konkurrenz ab:

  • Nutzen Sie die Leistung und das Potenzial von Kubernetes voll aus, ohne den durch die Virtualisierung verursachten Overhead: Dies fĂŒhrt zu einer verbesserten Leistung und geringeren Latenz, was spĂŒrbare Vorteile fĂŒr Anwendungen bringt, die Reaktionen in Echtzeit erfordern oder hohe Arbeitslasten bewĂ€ltigen mĂŒssen.
  • Kombinieren Sie die Vorteile von Bare-Metal mit dem Komfort eines verwalteten Dienstes: Die Verwaltung der Kubernetes-Umgebung wird vom Expertenteam von Gcore ĂŒbernommen. So kann sich Ihr Team auf die Entwicklung und Bereitstellung von Anwendungen konzentrieren und muss sich nicht um die Feinheiten der Kubernetes-Verwaltung kĂŒmmern.

Ganz gleich, ob Sie ein Startup sind, das seine erste Anwendung auf den Weg bringen möchte, oder ein etabliertes Unternehmen, das seine bestehenden Systeme optimieren möchte, Gcores Managed Kubernetes auf Bare-Metal könnte die Lösung sein, nach der Sie in Bezug auf Leistung und betriebliche Effizienz gesucht haben.

Fazit

In der sich stÀndig weiterentwickelnden Welt der Technologie können unsere Entscheidungen hinsichtlich der Infrastruktur den Erfolg unserer Anwendungen und letztlich auch unserer Unternehmen entscheidend beeinflussen. Der Vergleich zwischen Bare-Metal-Kubernetes und VM-basierten Clustern ist eine dieser Entscheidungen, wobei jede ihre eigenen Vorteile und Kompromisse bietet. Bare-Metal-Kubernetes bietet mit seinem direkten Zugriff auf die zugrunde liegende Hardware eine hohe Leistung und geringe Latenz. Andererseits bieten VM-basierte Cluster die Vorteile von FlexibilitÀt und einfacher Skalierbarkeit.

Aber warum Kompromisse eingehen, wenn Sie das Beste aus beiden Welten haben können? Gcores Managed Kubernetes auf Bare-Metal bietet die Leistungsvorteile von Bare-Metal-Kubernetes als vollstĂ€ndig verwaltete Lösung. Es bietet eine Umgebung, die vor Unterbrechungen schĂŒtzt und den reibungslosen Betrieb Ihrer Anwendungen sicherstellt, wĂ€hrend es gleichzeitig eine leistungsstarke und komfortable Plattform bietet.

Wenn Sie ĂŒber Ihre Möglichkeiten nachdenken, in der Cloud erfolgreich zu sein, laden wir Sie ein, Gcore Managed Kubernetes auf Bare-Metal nĂ€her kennenzulernen. Entdecken Sie den Gcore-Vorteil selbst und sehen Sie, wie dieser Ihre Anwendungen noch erfolgreicher machen kann.

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