Docker Tutorial #2: Docker vs. Virtuelle Maschinen – Der Unterschied erklärt

Virtualisierung verstehen

Bevor wir Docker und virtuelle Maschinen vergleichen, müssen wir verstehen, was Virtualisierung bedeutet und warum sie wichtig ist.

Traditionelles Setup: Früher lief auf einem physischen Server nur ein Betriebssystem mit allen Anwendungen. Das war ineffizient und unflexibel.

Virtualisierung: Ermöglicht das Ausführen mehrerer isolierter Systeme auf derselben Hardware. Zwei Hauptansätze haben sich durchgesetzt:

1. Virtuelle Maschinen (traditionelle Virtualisierung)
2. Container (moderne Virtualisierung mit Docker)

Was sind Virtuelle Maschinen?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein vollständiges Computer-System, das auf einem physischen Host läuft. Jede VM emuliert komplette Hardware und benötigt ein eigenes Betriebssystem.

Architektur einer VM

┌─────────────────────────────────────┐
│   App A    │    App B    │  App C   │
├────────────┼─────────────┼──────────┤
│  Binaries  │  Binaries   │ Binaries │
│  Libraries │  Libraries  │ Libraries│
├────────────┼─────────────┼──────────┤
│   Guest OS │   Guest OS  │ Guest OS │
│  (Windows) │   (Linux)   │ (Ubuntu) │
├────────────┴─────────────┴──────────┤
│         Hypervisor (VMware/VirtualBox)│
├──────────────────────────────────────┤
│         Host Operating System        │
├──────────────────────────────────────┤
│         Physical Infrastructure      │
└──────────────────────────────────────┘

Jede VM enthält:

• Vollständiges Betriebssystem (Windows, Linux, etc.)
• Eigener Kernel
• Eigene Systemdienste
• Virtuelle Hardware (CPU, RAM, Festplatte)

Was sind Docker-Container?

Container teilen sich den Kernel des Host-Betriebssystems und enthalten nur die Anwendung mit ihren Abhängigkeiten.

Architektur von Docker

┌─────────────────────────────────────┐
│   App A    │    App B    │  App C   │
├────────────┼─────────────┼──────────┤
│  Binaries  │  Binaries   │ Binaries │
│  Libraries │  Libraries  │ Libraries│
├────────────┴─────────────┴──────────┤
│         Docker Engine                │
├──────────────────────────────────────┤
│      Host Operating System (Linux)   │
├──────────────────────────────────────┤
│         Physical Infrastructure      │
└──────────────────────────────────────┘

Ein Container enthält:

• Nur die Anwendung
• Notwendige Bibliotheken
• Minimale Runtime-Umgebung
• KEIN eigenes Betriebssystem

Der Hauptunterschied

Virtuelle Maschinen

Vollständige Isolation: Jede VM ist ein komplett eigenständiges System mit eigenem Kernel und Betriebssystem.

Größe: Typisch 5-20 GB pro VM (Windows VM kann 40+ GB sein)

Startzeit: 2-5 Minuten

Ressourcenverbrauch: Hoch (jede VM reserviert RAM und CPU)

Docker-Container

Prozess-Level-Isolation: Container teilen sich den Host-Kernel, sind aber voneinander isoliert.

Größe: Typisch 50-500 MB pro Container

Startzeit: 2-5 Sekunden

Ressourcenverbrauch: Minimal (nur die Anwendung verbraucht Ressourcen)

Detaillierter Vergleich

1. Leistung

Virtuelle Maschinen:

❌ Overhead durch vollständiges Betriebssystem
❌ Emulation von Hardware kostet Performance
❌ Jede VM benötigt eigene Ressourcen

Docker-Container:

✅ Minimaler Overhead
✅ Native Performance (fast wie direktes Ausführen)
✅ Effizienter Ressourcen-Sharing

Praktisches Beispiel:

Auf einem Server mit 32 GB RAM:

• VMs: 4-6 VMs möglich (jede braucht 4-8 GB)
• Container: 50-100 Container möglich (jeder braucht 50-500 MB)

2. Startzeit

Virtuelle Maschinen:

# VM starten
$ time vagrant up
real    3m 45s

Docker-Container:

# Container starten
$ time docker run -d nginx
real    0m 2s

Warum der Unterschied?

VMs müssen:

1. BIOS initialisieren
2. Betriebssystem booten
3. Systemdienste starten
4. Anwendung starten

Container müssen:

1. Anwendung starten ✓

3. Speicherplatz

Beispiel: Nginx-Webserver

Virtuelle Maschine (Ubuntu):

Ubuntu VM:           10 GB
Nginx Installation:  50 MB
─────────────────────────
Gesamt:              ~10 GB

Docker-Container:

Nginx Container:     24 MB
─────────────────────────
Gesamt:              24 MB

Faktor: 400x kleiner!

4. Skalierbarkeit

Szenario: E-Commerce-Shop bei plötzlich hohem Traffic

Mit VMs:

# Neue VM hochfahren
$ create-new-vm app-server-3
# Warten: 5 Minuten
# Konfigurieren: 10-30 Minuten
# Deployment: 10 Minuten
# Gesamt: 25-45 Minuten

Mit Docker:

# Neuen Container starten
$ docker run -d myapp:latest
# Gesamt: 5 Sekunden

5. Portabilität

Virtuelle Maschinen:

❌ VM-Format ist Hypervisor-spezifisch
   - VMware (VMDK)
   - VirtualBox (OVA/OVF)
   - Hyper-V (VHD/VHDX)
❌ Migration zwischen Hypervisoren kompliziert

Docker-Container:

✅ Läuft überall wo Docker installiert ist
✅ Identisch auf Linux, Windows, macOS
✅ Cloud-Provider-unabhängig

6. Isolation und Sicherheit

Virtuelle Maschinen:

✅ Stärkere Isolation (eigener Kernel)
✅ Angriff auf VM 1 betrifft VM 2 nicht
✅ Ideal für Multi-Tenant-Umgebungen

Docker-Container:

⚠️ Teilen sich Host-Kernel
⚠️ Schwächere Isolation (aber ausreichend)
✅ Moderne Sicherheits-Features (Namespaces, cgroups)

Sicherheits-Tipp: Für höchste Sicherheitsanforderungen kombinieren Sie beide: Docker-Container IN VMs.

Wann sollten Sie was verwenden?

Verwenden Sie Virtuelle Maschinen für:

Verschiedene Betriebssysteme: Windows und Linux parallel
Legacy-Anwendungen: Alte Software, die nicht containerisiert werden kann
Starke Isolation: Banking, Government, Multi-Tenant
Vollständige Systemkontrolle: Kernel-Anpassungen nötig
Desktop-Virtualisierung: Virtuelle Arbeitsplätze

Beispiele:

• Windows-Anwendung auf Linux-Server testen
• Isolierte Test-Umgebung für unsichere Software
• Virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI)

Verwenden Sie Docker-Container für:

Microservices: Moderne Architekturen
Web-Anwendungen: PHP, Node.js, Python, etc.
CI/CD-Pipelines: Automatisierte Tests und Deployments
Entwicklungsumgebungen: Schnelles Setup
Cloud-Native Apps: Kubernetes, Docker Swarm
Skalierbare Anwendungen: Auto-Scaling

Beispiele:

• Laravel/Shopware-Entwicklung
• Node.js REST-API
• WordPress-Hosting
• Elasticsearch-Cluster

Kombinierter Ansatz: Das Beste aus beiden Welten

Viele Unternehmen kombinieren beide Technologien:

┌──────────────────────────────────────┐
│      Virtual Machine 1 (Security)    │
│  ┌────────┐  ┌────────┐  ┌────────┐ │
│  │Docker 1│  │Docker 2│  │Docker 3│ │
│  │Frontend│  │ API    │  │ DB     │ │
│  └────────┘  └────────┘  └────────┘ │
└──────────────────────────────────────┘

┌──────────────────────────────────────┐
│      Virtual Machine 2 (Testing)     │
│  ┌────────┐  ┌────────┐             │
│  │Docker 4│  │Docker 5│             │
│  │ Test 1 │  │ Test 2 │             │
│  └────────┘  └────────┘             │
└──────────────────────────────────────┘

Vorteile:

• Starke Isolation zwischen Umgebungen (VMs)
• Schnelle Skalierung innerhalb der Umgebungen (Container)
• Beste Ressourcen-Ausnutzung

Kosten-Vergleich

Szenario: E-Commerce mit 10 Services

Mit VMs:

10 VMs à 4 GB RAM    = 40 GB RAM
10 VMs à 2 vCPUs     = 20 vCPUs
Speicher              = 100 GB

Cloud-Kosten/Monat:   ~800-1200 EUR

Mit Docker:

10 Container à 512 MB = 5 GB RAM
10 Container teilen sich CPUs = 4 vCPUs ausreichend
Speicher              = 10 GB

Cloud-Kosten/Monat:   ~150-250 EUR

Ersparnis: 70-80% bei den Infrastrukturkosten!

Performance-Benchmarks

Web-Server-Anfragen (Nginx)

Bare Metal:          10.000 req/s  (100% Baseline)
Docker-Container:     9.800 req/s  (98% Performance)
Virtuelle Maschine:   8.500 req/s  (85% Performance)

Datenbank-Queries (MySQL)

Bare Metal:          5.000 queries/s  (100% Baseline)
Docker-Container:    4.900 queries/s  (98% Performance)
Virtuelle Maschine:  4.200 queries/s  (84% Performance)

Ergebnis: Docker hat fast native Performance!

Mythen und Missverständnisse

Mythos 1: „VMs sind sicherer als Container“

Wahrheit: Beide können sicher sein, wenn richtig konfiguriert. Container haben moderne Sicherheits-Features wie Namespaces, Control Groups und SELinux/AppArmor-Support.

Mythos 2: „Container sind nur für Linux“

Wahrheit: Docker läuft auf Windows, macOS und Linux. Windows-Container sind ebenfalls möglich.

Mythos 3: „VMs sind überholt“

Wahrheit: VMs haben weiterhin ihre Berechtigung für bestimmte Use Cases, besonders bei strenger Isolation.

Zusammenfassung

Kriterium	Virtuelle Maschinen	Docker-Container
Größe	GBs	MBs
Startzeit	Minuten	Sekunden
Performance	Overhead	Native
Isolation	Komplett	Prozess-Level
Portabilität	Eingeschränkt	Exzellent
Ressourcen	Hoch	Niedrig
Use Case	Legacy, Multi-OS	Modern, Cloud

Die Wahl hängt von Ihren Anforderungen ab:

• Brauchen Sie maximale Isolation? → VMs
• Wollen Sie schnell skalieren? → Docker
• Haben Sie Legacy-Software? → VMs
• Bauen Sie moderne Apps? → Docker
• Kombiniert? → Oft die beste Lösung!

Nächste Schritte

Jetzt verstehen Sie den Unterschied zwischen VMs und Containern. Im nächsten Tutorial installieren wir Docker auf Ihrem System.