Возможности современных компьютеров удивляют и делают жизнь современного пользователя более удобной и простой. Если раньше на одном устройстве можно было установить единственную операционную систему, то сейчас все иначе. Современные ПК и ноутбуки поддерживают не только полноценную установку нескольких ОС, но и их «виртуальные» версии. Пример – можно в Windows 10 (или в любой другой ее версии) при помощи специального программного обеспечения познакомиться с возможностями Linux.
Соответствующие возможности пользователю и компьютерам предоставляет так называемая виртуальная машина. Далее с этим элементом предстоит познакомиться более подробно. Предстоит выяснить, что она собой представляет, для чего и когда используется, какие особенности имеет. А еще – рассмотреть виды виртуальных машин. Эта информация пригодится как IT-специалистам и разработчикам, так и обычным ПК-пользователям.
Определение
Виртуальная машина (VM, ВМ) – виртуальная среда, которая будет работать как настоящий компьютер или ноутбук, но внутри другого такого же устройства. Это программа, которая имитирует компьютеры с полноценными операционными системами и характерным программным обеспечением. Устройство, на котором запускается рассматриваемый инструмент, называется хостом. Запускается VM на специально выделенном разделе жесткого диска физического компьютера. Такое программное обеспечение часто используется для тестирования приложений.
Виртуальные машины – это компьютерные системы, эмулирующие возможности вычислительных комплексов гостевой ОС (guest) на аппаратно-программном обеспечении хост-платформы (host). Простыми словами это – приложение-имитатор. Такая машина получила название «виртуальная» за счет того, что в физическом смысле она не существует. Пользователям предстоит заниматься эмуляцией различных систем.
Принцип работы
Что называется виртуальной машиной уже более-менее понятно. Если провести аналогию, можно сравнить рассматриваемое программное обеспечение с эмуляторами для Android. Принцип остается тем же, только «воспроизводимые» системы будут компьютерными, а не мобильными. Теперь можно рассмотреть этот компонент более подробно. Начать стоит с того, чтобы разобраться с принципами функционирования виртуальных систем.
Запуск Virtual Machine становится возможным за счет технологий виртуализации. С ее помощью получается задействовать существующее «железо» физического компьютерного устройства для создания виртуальных копий. Виртуализация умеет имитировать аппаратное обеспечение в цифровом формате для запуска нескольких полномасштабных операционных систем на одном компьютере по очереди или одновременно. Физическое «железо» выступит хостом, а виртуальное – гостевой ОС.
Весь процесс будет управляться специальным приложением – гипервизором. Он отвечает за:
- распределение физических ресурсов между имеющимися виртуальными системами;
- контроль всех процессов, выполняющихся в гостевой ОС;
- выделение пространства на жестком диске и оперативной памяти.
Все это позволяет обеспечивать качественную, безопасную и стабильную работу «машины», предотвращая появление ошибок и сбоев из-за нехватки тех или иных цифровых ресурсов.
Терминология – что поможет понять VM
Перед тем как подробнее разбираться в том, для чего используются виртуальные машины, необходимо запомнить несколько ключевых определений. С их помощью усвоить соответствующий материал будет в разы проще:
- Virtual Machine (виртуальная машина) – базовое понятие. Используется для того, чтобы обозначить компьютерный эмулятор. Подразумевается «машина», которая функционирует внутри реального (физического) устройства.
- Хостовая система – реальный компьютер. На нем будет запускаться рассматриваемый тип «машин».
- Гостевая система – виртуальные машины, запущенные в хостовой системе.
- Гипервизор – служба или программное обеспечение, отвечающее за создание, обслуживание и управление VM.
- Снимок состояния (Snapshot) – сохраненное состояние ВМ в тот или иной момент времени. За счет этого компонента получается быстро возвращаться к соответствующему состоянию. Напоминает «точку отката» в Microsoft Windows 10 (или в любой другой ОС).
- Холодная миграция – перенос виртуальной машины с одного хоста на другой. Во время реализации операции VM должна быть отключена.
- Горячая миграция (Live Migration) – перемещение с хоста на хост работающей ВМ. Значительное прерывание функционирования переносимого элемента не потребуется.
- Песочница – изолированная среда. В ней программы или файлы могут быть запущены максимально безопасно, без рисков для окружающей среды. Она запускается как на физическом компьютере, так и виртуальном.
- Виртуализация – создание виртуальной (цифровой) версии чего-нибудь. Примеры: устройства для хранения, сетевые ресурсы, операционные системы, аппаратные ресурсы и так далее.
- Аппаратная виртуализация – процесс виртуализации аппаратных ресурсов ПК или ноутбука. В этом случае гипервизор будет эмулировать физические компоненты (сеть, процессор, диск, память) для создания ВМ.
- Программная виртуализация – интерпретация Virtual Machine инструкций приложений с последующим их преобразованием для физического аппаратного обеспечения хостовой системы.
- Виртуализация накопителей – объединение физического дискового пространства. Оно формируется из нескольких сетевых накопителей, представленных в качестве единого управляемого пространства.
- Виртуализация сети – объединение сетевых ресурсов и аппаратных средств. Вследствие этой операции образовывается единая программная сеть.
- Виртуализация уровня операционной системы – метод, при котором ядро ОС поддерживает несколько изолированных друг от друга экземпляров пользовательского пространства.
- Паравиртуализация – при ней гостевая ОС незначительно модифицируется перед инициализацией внутри виртуальной машины. Итог – все гостевые системы будут более рационально и эффективно пользоваться имеющимися ресурсами.
Все приведенные термины имеют определенную значимость в процессе функционирования ВМ. Их понимание поможет быстрее понять, как работает виртуальная машина. Предложенные понятия относятся только к поверхностному изучению темы. При более глубоком изучении рассматриваемого направления, определений и терминов, которые необходимо запомнить, окажется на порядок больше.
Для чего используются
Основное назначение виртуальных машин – это эмуляция. Они часто используется в бизнес-среде совместно с контейнерами. Особенно тогда, когда речь заходит о разработке нового программного обеспечения или сервера. Разработчики пользуются ВМ для того, чтобы гарантировать расширяемость написанного проекта и его высокую производительность вне зависимости от количества пользователей.
Некоторые программисты задействуют VM для проверки работоспособности собственных продуктов. А есть пользователи, которые с помощью рассматриваемой «технологии» знакомятся с совершенно новыми для себя операционными системами. Далее предстоит выяснить, для чего именно и где используются виртуальные машины.
Тестирование приложений
За счет VM можно тестировать написанные коды в самых разных ОС и графических средах. Отдельные компьютеры задействовать для этого не придется.
На одном хосте допускается запуск сразу нескольких ВМ, параллельно друг с другом. Далее представляются возможности запуска в них разрабатываемых приложений. Изучаемая технология позволяет создавать цифровые компьютеры (машины) с разными характеристиками. Это поможет выяснить, как написанный код будет функционировать в тех или иных условиях. Пример – на более слабом оборудовании.
Разработка в безопасной среде
В хостовой операционной системе иногда не очень безопасно вести разработку ПО. Это связано с прямым подключением к корпоративным сетям, активности уже запущенных приложений, непредсказуемым поведением получившегося кода.
В целях безопасности быстро и дешево получится организовать себе «рабочую среду» за счет ВМ. Цифровая машина может использоваться для тестирования любого кода. Опасаться за нанесение время основной системе нет никакой необходимости. То же самое касается несанкционированного получения доступа к коду и его компонентам.
Знакомство с ОС
Виртуальные машины могут быть задействованы для установки дистрибутивов различных операционных систем на ПК. Этот прием позволяет познакомиться не только с Виндовс, но и с другими ОС максимально безопасно и быстро.
Часто используется установка Windows вместе с macOS в виде виртуальной системы. Этот прием позволит пользоваться эксклюзивным программным обеспечением от Microsoft.
Размещение программ на удаленных серверах
Виртуализация может использоваться на различных хостинговых платформах. Пример – VDS (или VPS). Это – Virtual Dedicated Server или «виртуальный сервер». Он имитирует настоящее компьютерное «железо».
На одном физическом сервере несколько таких приложений могут быть запущены одновременно (параллельно). Функционировать они будут как отдельные компьютеры для веб-мастеров, заплативших за услуги хостинг-провайдера.
Преимущества и недостатки
Зачем нужны виртуальные машины, понятно. У этой «технологии», как и у любой другой, есть как сильные, так и слабые стороны. Зная соответствующие нюансы, всегда можно понять, стоит ли пользоваться ВМ или отдать предпочтение контейнерам.
Виртуальная машина имеет такие преимущества:
- Независимость возможностей «цифровой среды» машины от возможностей хост-платформы. Они будут определяться только возможностями гостевой системы. Пример – VM с Windows дает возможность запуска совместимых с ней приложений и игр на компьютерах от компании Apple.
- Возможность эмуляции старых аппаратно-программных комплексов. За счет этой особенности можно избежать крупных расходов, связанных с технической поддержкой оборудования, давно снятого с продажи.
- Простота архивации, перенастройки и переноса. Виртуальная машина физически чаще всего выражена единым файл-образом. Его можно сохранить на любой имеющийся в доступе носитель цифровых данных.
- Одна многозадачная серверная хост система поддерживает запуск нескольких «цифровых» машин. Этот прием обеспечивает возможность запуска самых разных сервисов.
Недостатки у рассматриваемой технологии тоже имеются. К ним относят:
- Потребление каждой виртуальной машиной ресурсов хоста. Несколько ВМ, запущенных на одном сервере, могут повлечь за собой снижение производительности сервера. Из-за этого приходится в качестве хост-платформ использовать мощное оборудование.
- Производительность виртуальной среды будет всегда ниже, чем реальной машины с аналогичными параметрами. Это связано с тем, что хост-устройства должны дополнительно расходовать ресурсы на поддержку виртуализации.
Рассматриваемая технология при грамотном использовании не имеет существенных недостатков. Необходимо просто использовать в качестве хоста мощное оборудование.
Классификация
Что такое виртуальная машина, теперь понятно. Рассматриваемая технология имеет небольшую классификацию. Все комплексы виртуализации условно разделяются на виртуализацию системы и процесса.
В первом случае за счет ВМ происходит эмулирование:
- отдельных операционных систем;
- хранилищ данных;
- серверных устройств;
- компьютерных сетей (такой вариант встречается значительно реже остальных).
У виртуализации систем есть одна особенность – ее практически не отличить от реального устройства или системы.
Во втором случае VM используется для правильного функционирования определенного программного обеспечения. Пример – написанные на Java-языке проекты часто требуют предварительно инициализированной Java Virtual Machine (JVM). Так называется среда программного исполнения Java-кода. Грамотно настроенные виртуальные машины вроде JVM запускаются автоматически при активации некоторых приложений. Они не требуют дополнительного пользовательского вмешательства.
Лучшие приложения для настройки технологии
Для начала работы с виртуальными машинами требуется специальное программное обеспечение. С его помощью можно будет пользоваться технологиями виртуализации и использовать ресурсы хост-системы. Существуют различные приложения для работы с Virtual Machine. Далее будут представлены самые популярные и лучшие варианты ПО.
VirtualBox
VirtualBox – бесплатное приложение от компании Oracle. С его помощью получится создавать ВМ на:
- Linux;
- Windows;
- MacOS.
Высокой производительностью и функциональностью не отличается, но это цена, которую придется заплатить за бесплатное использование.
VirtualBox поддерживает настройку ресурсов, выделенных для виртуальной машины и выдачу разрешений на использование гостевой системой тех или иных аппаратных компонентов.
Hyper-V
Hyper-V – технология виртуализации, которая встроена в Windows. Она объединена с одноименным приложением. Используется для создания новых VM и дальнейшей работы с ними.
Для активации Hyper-V требуется версия Windows 10 Pro. После ее установки нужно прописать в консоли Power Shell команду для активации технологии.
Здесь поддерживается опция быстрого создания ВМ. Допустимо выбрать одну из предложенных сред (Windows, Ubuntu) или установить ее на выбор путем загрузки образа из Интернета.
Hyper-V имеет тесную интеграцию с другими элементами Windows и аппаратным компьютерным обеспечением. Соответствующая особенность положительно сказывается на стабильности и производительности ВМ.
QEMU
QEMU – кроссплатформенный эмулятор, отличающийся своей скоростью. Он применяется для полноценного запуска виртуальной машины. Запускается на всех известных крупных операционных системах.
QEMU может использоваться для виртуализации серверных компьютеров. Присутствует поддержка KVM-виртуализации. Она необходима для развертывания на удаленном компьютере сразу нескольких VDS.
Основным преимуществом этого эмулятора выступает высокий уровень производительности. Разработчики обещают, что гостевые ОС будут быстро работать – на уровне хост-ПК.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
