Принцип работы виртуальной машины

Как работают виртуальные машины – принцип работы

Как мы и обещали, сегодня мы продолжим разговор на интересную тему виртуализации. Виртуализация – это одна из наиболее сложных и полезных технологий. Давайте разберемся в том, как работают виртуальные машины, и узнаем принцип работы виртуальных машин.

Виртуальная машина, которая используется пользователем, по своей сути создает специальное (особое) окружение для операционной системы и программного обеспечения, запускаемого в ней. Это особое окружение практически не чем не отличается от самого настоящего компьютера. Как и компьютер, виртуальное окружение состоит из виртуального жесткого диска, процессора, видеокарты, контроллеров устройств, оперативной памяти и тп. При этом виртуальная машина может одновременно с ПК взаимодействовать с реальными устройствами, например, такими как DVD-привод, USB-флэшка, веб-камера…

Операционная система, в которой включается виртуальная машина (окружение) принято называть – основной или “хостом”; а система, установленная на виртуальной машине именуется как гостевая ОС.

Виртуальные компоненты (процессор, оперативная память и другие устройств), при создании окружения, создает так называемый монитор виртуальной машины (Virtual Machine Monitor — VMM), также данный монитор еще называют гипервизором. Гипервизор является ключевым компонентом для абсолютно всех виртуальных сред, с помощью которых выполняется изоляция основной операционной системы (хоста) от гостевой. Кроме того, именно гипервизор отвечает за получение и разделение ресурсов компьютера между запущенными системами. Если говорить иначе, то именно от работы Virtual Machine Monitor полностью зависит правильная и стабильная работа гостевой ОС. При всем при этом, гостевая операционная система в большинстве случаев вообще не подозревает о существовании гипервизора, и думает, что она работает на обычном железе. Собственно говоря, этот “обман” являете основой технологии виртуализации (имеется ввиду ее домашнее использование).

Бывают такие ситуации, когда система сообщает виртуальной машине о нереальности ее окружения и дает возможность гостевой ОС напрямую взаимодействовать с VMM (гипервизором), в таком случае уже не стоит называть ее виртуализацией – это уже другая технология, называемая паравиртуализацией. Для использования данной технологии требуется внесение некоторых изменений в ядро операционной системы. Именно по этой причине не паравиртуализация применяется исключительно в ОС с открытым исходным кодом, к которым как нам всем давно известно не относятся системы от Microsoft и Apple.

Поскольку технология виртуализации относится к достаточно сложным, одной из главных задач разработчиков, создающих решения для виртуализации является контроль исполнения кода гостевой операционной системы. Современные ОС устроены так, что не могут существовать без проблем в рамках одного компьютера, и если попробовать исполнять их код в таком виде как он есть, то такой эксперимент не приведет ни к чему хорошему. Вместо привычной и комфортной рабочей среды, пользователь получит постоянно зависающую, постоянно перезагружающуюся рабочую среду, или такую рабочую среду, в которой будет только “синий экран смети” и больше ничего. Чтобы пользователю не сталкиваться со всеми перечисленными выше проблемами, решения для виртуализации не позволяют гостевой ОС получить прямой доступ к управлению аппаратными ресурсами компьютера и получению данных о реальном состоянии системы. Другими словами, все строится на обмане, гостевой ОС подсовывают те значения регистров состояния процессора, памяти и других компонентов, которые она должна видеть, чтобы работать стабильно и правильно.

Есть два способа, с помощью которых обманывают гостевую ОС: бинарная трансляция и поддержка аппаратной виртуализации. Редко, но все же, к этим способам еще причисляют и паравиртуализацию, но как мы уже писали выше, технология паравертуализации подразумевает под собой, что гостевая ОС знает о существовании гипервизора и умеет с ним взаимодействовать. По этой причине паравертуализация очень слабо относится к виртуальным машинам и о ней говорить мы не будем.

Надеемся хотя бы в общих чертах, но нашим читателям стало понятно, как работают виртуальные машины и на каком принципе основывается их работа.

Источник

Основные принципы виртуализации на пальцах

Само по себе понятие виртуализации существует уже 50-60 лет. Еще в 60-х годах прошлого столетия этим вопросом занималась компания IBM. Однако, на тот момент виртуализация не нашла достаточного использования в существующих технологиях, поскольку компьютеров было немного и они всегда использовались под завязку. После появления персональных компьютеров в 80-х годах ситуация в корне не изменилась, поскольку идея заключалась в запуске всего лишь одной программы на одном устройстве, и поэтому использование ресурсов было очень низким. Всех это долгое время устраивало вплоть до наступления энергетического кризиса, когда цена на электроэнергию возросла по всему миру. Как следствие, возник вопрос экономии ресурсов.

В 1999 году компания VMware впервые виртуализировала компьютер на базе Intel: на одном аппарате было запущено несколько операционных систем и, соответственно, несколько приложений. При этом затраты электроэнергии распределялись на несколько операционных систем уже на одном комплекте аппаратного обеспечения, что позволило рационализировать нагрузку.

Как всё это работает? Между сервером и операционными системами есть тонкий слой программного обеспечения для виртуализации или же на сервере устанавливается ОС, на которую накладывается уровень виртуализации.

Задачей виртуализации является введение в заблуждение ОС, чтобы она идентифицировала её как собственное аппаратное обеспечение. Подобные хитрости необходимы из-за слишком большого количества приложений, созданных под конкретную ОС. Таким образом виртуальная машина имеет ряд преимуществ, таких как инкапсуляция, изоляция отдельного приложения, совмещение его с ОС и другими программами, и при этом создаётся некая независимость аппаратного обеспечения. Рассмотрим эти компоненты по-отдельности.

Инкапсуляция — это сбор данных или функций в единый компонент. Создаётся программа, которая маскируется под отдельную физическую машину, выполняющую все свои функции. И ОС вместо того, чтобы идентифицировать набор различных устройств, на самом деле видит набор разных файлов.

Изоляция означает, что все приложения, работая на одном устройстве, работают независимо друг от друга, идентифицируя себя, как разные устройства. В результате, если зависает или падает одна ОС, это никак не влияет на работу других ОС и приложений.

Совмещение означает создание отдельного кластера, где ОС и все системы, которые с ней работают имеют все функции отдельного компьютера. Но, хотя машина является виртуальной, а не реальной, она в любом случае взаимодействует со всеми ОС и приложениями, которые работают на базе Intel x86.

Независимость аппаратного обеспечения означает, что виртуальную машину можно перенести с реального аппаратного обеспечения на одной системе в другое без особых проблем. К примеру, рассмотри два сервера: HP и Cisco. Для переноса запущенной программы на ОС и обеспечении HP на Cisco в обычных условиях была бы необходима повторная инсталляция этой программе на новой ОС. В итоге, много работы по инсталляции и тестированию всей системы. Виртуальная же машина позволяет произвести беспрепятственный перенос с одной системы на другую. Причём большинство систем виртуальных машин позволяют переносить конкретную виртуальную машину с одной системы на другую в рабочем режиме серверов. Это также позволяет делиться ресурсами, дисковым пространством и процессорной мощностью. Так, для приложения, которому требуется большое количество дискового пространства нет необходимости добавлять диски к физическому серверу — их можно реконфигурировать в процессе работы. Таким образом системные администраторы получают куда больший простор для творчества.

В современных условиях при установке в дата-центре нового обеспечения все машины виртуализируются. Виртуальными становятся сети, системы хранения и сами дата-центры. Сегодня при желании заиметь свой собственный центр обработки данных достаточно определиться с конфигурацией оборудования, обратиться в хостинговую компанию, где будет создан персональный ЦОД. Естественно, что физчески всё заявленное оборудование должно где-то находиться. Основной дата-центр (производственный) — это часть видимая пользователем. Но есть еще один ЦОД (резервный), который имеет двойную роль: он функционирует как резервная копия реального ЦОД и как участок для разработчиков. Основной ЦОД предназначен для пользователя, а место для разработчиков — резервный ЦОД, где есть почва для тестирования приложений. После тестирования виртуальные машины переносятся из резервного ЦОД на основной, где непосредственно используются. В случае нештатных ситуаций в основном дата-центре виртуальные машины могут также перетаскиваться на резервный. Таким образом вся система становится намного более доступной.

Каковы же основные причины популярности виртуализации в наше время? Во-первых, это снижение затрат на физическую инфраструктуру, что означает меньшее количество серверов, шкафов, комнат. Во-вторых, снижение оперативных затрат, таких как электричество и охлаждение. В-третьих, увеличивается операционная гибкость и производительность системных администраторов.

Как яркий пример физической экономии можно привести модель, где 4 сервера, оснащённых системой VMware заменяет собой 50 физических серверов. При этом производительность возросла с 5-10% до 80%, а вместо 10 шкафов требуется всего один. Касаемо операционных затрат, расход энергии снижается на 80%, при этом ещё 25% энергии снижается за счёт оптимизации нагрузки. Продуктивность работы системных администраторов увеличивается элементарно за счёт снижения количества выполняемых задач и большей доступности оборудования.

На данный момент половина серверов во всём мире виртуальны. Именно виртуализация является направляющей всей IT-индустрии, поэтому всё новейшее обеспечение готовится уже под задачи виртуализации.

Источник

Что такое виртуальная машина и зачем она нужна

Выясняем, что представляют собой виртуальные машины, как ими пользоваться и зачем они вообще нужны.

Что такое виртуальная машина?

Виртуальная машина (ВМ, VM) – это виртуальная среда, работающая как настоящий компьютер, но внутри другого компьютера. Если выражаться проще, то это приложение, которое имитирует компьютер с полноценной операционной системой и аппаратным обеспечением.

Она запускается на изолированном разделе жесткого диска, установленного в компьютере-хосте (так называют системы, в рамках которых запускают ВМ). Благодаря виртуальным машинам пользователи могут тестировать программное обеспечение в различных окружениях (системах, конфигурациях и т.п.) на своем ПК без необходимости запускать и настраивать отдельное устройство.

Как работают виртуальные машины?

Определение виртуальной машины дает базовое понимание того, как все устроено, но мы пойдем чуть дальше. Запуск VM возможен благодаря технологии виртуализации. Она позволяет использовать существующее «железо» для создания его виртуальных копий. Виртуализация имитирует аппаратное обеспечение в цифровом виде для запуска нескольких полноценных операционных систем на одном компьютере поочередно или одновременно. Физическое «железо» в этом случае называется хостом, а виртуальное – гостевой ОС.

Весь процесс управляется приложением, которое называют гипервизором. Гипервизор отвечает за распределение физических ресурсов между виртуальными системами, выделении определенного количества оперативной памяти или пространства на жестком диске. Также он контролирует все процессы, запущенные в гостевых ОС, чтобы не произошло избыточной нагрузки и сбоев в работе систем из-за нехватки ресурсов.

Типы виртуальных машин

По типу ВМ делятся на виртуализацию процесса и виртуализацию ОС. В первом случае виртуальная машина отвечает только за работу конкретного приложения/процесса. По такому принципу работает язык программирования Java. Утилиты, написанные на нем, запускаются только в специальных виртуальных машинах – «прослойках» между аппаратной частью ПК и непосредственно приложением. Во втором случае речь идет об эмуляции полноценной системы.

Также ВМ иногда делят на категории по типу виртуализации:

Аппаратная виртуализация. Когда ВМ взаимодействует с физическим оборудованием ПК.

Программная. Когда виртуальная машина генерирует «новый ПК» на уровне ПО и использует его для запуска других систем.

Также есть виртуализация накопителей (когда несколько физических хранилищ данных объединяются в одно) и сети (когда несколько физически разных сетей формируют одну виртуальную).

Зачем нужны ВМ?

Виртуальные машины используются в бизнес-среде. Разработка большого количества сервисов сейчас не обходится без ВМ или контейнеров. Разработчики используют их, чтобы гарантировать легкую расширяемость продукта и высокую производительность независимо от количества пользователей.

Некоторые разработчики используют ВМ в утилитарных целях, чтобы проверять работоспособность своих проектов. А кто-то таким образом знакомится с новыми для себя операционными системами. Впрочем, обо всем подробнее.

Тестирование ПО

Благодаря виртуальным машинам, можно тестировать написанный код в различных операционных системах и графических средах, не используя для этого отдельные компьютеры.

Можно запустить на одном ПК несколько ВМ параллельно и запускать в них разрабатываемое приложение. С помощью виртуальных машин можно создать несколько «цифровых компьютеров» с различными характеристиками, чтобы узнать, как ваша программа/сервис будет работать на более слабых устройствах.

Разработка в безопасной среде

Иногда вести разработку на хостовой операционной системе небезопасно. Из-за прямого подключения к корпоративной сети, из-за активности других приложений либо из-за непредсказуемого поведения написанного кода.

Поэтому можно быстро и дешево (или даже бесплатно) организовать безопасную рабочую среду, где можно тестировать любой код, не переживая, что он как-то навредит основной системе или к нему кто-то получит доступ извне.

Виртуальную машину можно лишить доступа к некоторым компонентам ПК или к сети.

Знакомство и работа с новыми ОС

Используя ВМ, можно из праздного интереса установить на ПК какой-нибудь дистрибутив Linux или другую ОС. Неплохой вариант для тех, кто ничем кроме Windows не пользовался и хочет узнать, как там поживают пользователи Linux.

Еще один распространенный сценарий – установка Windows параллельно с macOS в качестве виртуальной машины, чтобы пользоваться эксклюзивными для системы Microsoft продуктами.

Развертывание дополнительных инстансов приложения

Виртуальные машины можно использовать для параллельного запуска нескольких инстансов (то есть действующих копий) одной программы. Это может быть полезно как на этапах тестирования, так и после запуска какого-либо онлайн-сервиса. По такому принципу (если говорить совсем уж обобщенно и абстрактно) работают контейнеры Docker.

Размещение ПО на удаленных серверах

Технологии виртуализации используются на хостинговых платформах. Например, VDS (или VPS) – это Virtual Dedicated Server, то есть виртуальный сервер, имитирующий реальное железо.

На одном физическом сервере несколько VDS запускаются параллельно и работают как отдельные компьютеры для вебмастеров, заплативших за услуги хостинг-провайдера.

Преимущества ВМ

Исходя из описанных выше сценариев применения, можно вывести три основных преимущества виртуальных машин над реальным аппаратным обеспечением:

ВМ можно установить на любой компьютер. ВМ поддерживают любые ОС, поэтому можно сэкономить окружающее пространство, деньги на покупку дополнительного оборудования и время на установку и настройку компьютеров.

На виртуальные машины можно устанавливать устаревшие операционные системы, поддерживающие разного рода архаичное программное обеспечение. Не придется содержать устаревшие компьютеры для их запуска и использования.

ВМ легче перезапустить/перенастроить и заново вернуть к работе в случае форс-мажора.

Недостатки ВМ

Из минусов виртуальных машин обычно выделяют два наиболее значимых. Во-первых, стабильность. Большое количество виртуальных машин, запущенных на одном устройстве, могут привести к снижению стабильности и скорости работы основной операционной системы. Хост-компьютер должен соответствовать высоким системным требованиям, что может дорого стоить и ограничивать пользователей в выборе форм-фактора устройства.

Во-вторых, производительность. Даже на мощных ПК виртуальные машины работают ощутимо медленнее, чем хост-система. Нет полноценного контакта ПО с аппаратным обеспечением. Поэтому заставить работать приложения в ВМ так же быстро, как на стандартной ОС, не получится.

Сравнение контейнеров с виртуальными машинами

Принципиальное отличие контейнеров от ВМ заключается в масштабе. Виртуальные машины имитируют полноценный ПК. В них устанавливается система для решения задач пользователя. Контейнеры созданы для изолированного запуска единичных приложений и зависимых компонентов, необходимых для запуска и работы этого приложения.

Контейнеры легче как в плане физического размера, так и в плане скорости освоения. Настроить контейнеры для решения задач бизнеса проще, а возможность взаимодействовать напрямую с ядром системы позволяет загружать изолированные программы быстрее.

Виртуальные же машины куда функциональнее и позволяют запускать в отдельном программном окружении большое количество систем, программ и т.п.

Лучшие программы для создания и настройки ВМ

Чтобы начать работу с виртуальными машинами, нужна специальная программа. Это инструмент, задействующий системные технологии виртуализации, чтобы использовать аппаратное обеспечение хост-системы для запуска дополнительных ОС в изолированном программном пространстве.

Их довольно много, но мы рассмотрим лишь несколько ключевых, использующихся чаще всего.

VirtualBox

Бесплатный продукт компании Oracle, позволяющий создавать ВМ на Windows, macOS и Linux. VirtualBox не обладает высокой производительностью и функционально отстает от конкурентов, но это та цена, которую необходимо заплатить за безвозмездное использование программы.

Ограничений по выбору ОС для запуска в VirtualBox почти нет. Можно найти образ практически любой операционной системы и спокойной установить ее в ВМ. Это касается даже проприетарных разработок компании Apple (но не всех; некоторые современные версии macOS все еще не поддерживаются).

В VirtualBox можно тонко настроить выделенные на ВМ ресурсы и выдать разрешение на использование гостевой системой тех или иных аппаратных составляющих.

VMWare Workstation

Продвинутое решение для профессионалов, нуждающихся в удобном и эффективном рабочем пространстве для виртуализации.

Из важных преимуществ VMWare Workstation стоит выделить поддержку Windows Hyper-V и кластеров Kubernetes. Первое позитивно сказывается на совместимости различных видов оборудования с системами, установленными в ВМ. Второе – позволяет создавать контейнеры и управлять ими из командной строки Windows и Linux.

Стандартная версия VMWare Workstation обойдется примерно в 15 тысяч рублей. Есть бесплатный тестовый период. Можно опробовать все функции утилиты в течение 30 дней.

Parallels Desktop

Лучшая утилита для создания и настройки ВМ на компьютерах Apple. Parallels Desktop – самый быстрый и эффективный способ запустить Windows или отдельные приложения для Windows в macOS.

Из важных плюсов PD стоит выделить тесную интеграцию с компонентами Windows. Можно запускать отдельные win-приложения в графической среде macOS, будто это нативные программы, а не утилиты из виртуальной машины.

В Parallels Desktop есть функция автоматической загрузки, установки и настройки ВМ. Нужно просто указать нужную ОС (на выбор есть Windows, Debian, Fedora, Ubuntu, Android и т.п.) и нажать на кнопку «Установить».

Базовая лицензия Parallels Desktop стоит 4788 рублей.

Microsoft Hyper-V

Microsoft Hyper-V – это встроенная в Windows технология виртуализации, объединенная с одноименным приложением для создания новых ВМ и работы с ними.

Для активации Hyper-V нужно установить последнюю версию Windows 10 Pro, а затем прописать в консоли Power Shell команду для активации технологии виртуализации.

Здесь, как и в случае с Parallels, есть функция быстрого создания виртуальных машин. Можно выбрать одну из предложенных систем (Windows, Ubuntu) или установить систему на выбор, загрузив подходящий образ из сети.

Плюсы Hyper-V кроются в тесной интеграции оного с другими компонентами Windows и аппаратным обеспечением компьютера. Это положительно сказывается на стабильности и производительности виртуальных машин.

Кроссплатформенный и быстрый эмулятор для запуска виртуальных машин. С помощью QEMU можно запускать Windows параллельно с Ubuntu или Fedora параллельно с macOS.

Также QEMU можно задействовать для виртуализации на серверных ПК. Поддерживается KVM-виртуализация для развертывания на удаленном компьютере сразу нескольких VDS.

Главное преимущество QEMU – высокая производительность. Разработчики обещают скорость работы гостевых ОС на уровне хост-систем.

Как настроить виртуальную машину?

Процесс настройки зависит от выбранного инструмента для создания ВМ. Почти всегда процесс упирается в выбор образа гостевой системы и установку параметров аппаратного обеспечения. Многие инструменты предлагают опции для быстрого запуска ВМ. Такие есть в VMWare Workstation, Parallels и Hyper-V.

Немного сложнее устроена программа QEMU. О том, как ее настроить, мы писали ранее.

Самый простой способ:

Заходим на сайт Oracle.

Скачиваем и устанавливаем VirtualBox.

Загружаем образ системы, которую нужно установить в ВМ (в формате ISO).

Запускаем VirtualBox и нажимаем кнопку «Создать новую…».

Указываем путь до ISO-файла с системой и жмем «Установить…».

Теперь с виртуальной системой можно работать, как с настоящей.

Вместо заключения

На этом все. Теперь вы знаете, что такое виртуальная машина и какие задачи она помогает решить. Но что еще важнее, теперь вы можете сами создать ВМ!

Источник

Виртуальные машины

Что такое виртуальная машина?

Виртуальная машина — это виртуальное представление или эмуляция физического компьютера. Часто ее называют гостевой системой, а физический компьютер, на котором она работает, — хостом.

Виртуализация позволяет на одном физическом компьютере создать несколько виртуальных машин, каждая из которых будет иметь собственную операционную систему (ОС) и приложения. Виртуальная машина не может взаимодействовать с физическим компьютером напрямую. Для этого ей требуется «облегченный» программный уровень, называемый гипервизором, который обеспечивает координацию операций между виртуальной машиной и базовым физическим оборудованием. Гипервизор выделяет физические вычислительные ресурсы, в частности ресурсы процессора, памяти и накопителей, для каждой виртуальной машины. Гипервизор также обеспечивает независимую работу каждой виртуальной машины.

Вам могут встретиться разные названия этой технологии, например виртуальный сервер, экземпляр виртуального сервера (VSI) или виртуальный частный сервер (VPS), однако в этой статье мы будем использовать самый простой термин — «виртуальная машина».

Принцип работы виртуализации

Гипервизор, установленный на физическом компьютере или сервере, позволяет абстрагировать операционную систему и приложения от аппаратного обеспечения. Это дает возможность разделить физический сервер на несколько независимых «виртуальных машин».

Таким образом, каждая виртуальная машина независимо от других виртуальных машин может запускать собственную операционную систему и приложения и при этом совместно с другими виртуальными машинами использовать общие ресурсы физического сервера, управляемого гипервизором. Примерами таких ресурсов являются оперативная память, хранилище и др.

Для того чтобы познакомиться с базовыми принципами виртуализации, посмотрите следующий видеоролик и прочитайте статью 5 преимуществ виртуализации:

Гипервизор выполняет роль «регулировщика» трафика, обеспечивая распределение ресурсов физического сервера между множеством новых виртуальных машин и их независимую работу.

Существует два основных типа гипервизоров.

Гипервизоры 1 типа работают непосредственно на физическом оборудовании (обычно сервере), заменяя собой ОС. Для создания виртуальных машин и управления ими через гипервизор, как правило, используется отдельный программный продукт. Некоторые инструменты управления, например VMware vSphere, предоставляют возможность выбора гостевой ОС для установки на виртуальную машину.

При необходимости отдельную виртуальную машину можно использовать в качестве шаблона, дублируя конфигурацию при создании новых виртуальных машин. В зависимости от ваших потребностей можно создать несколько шаблонов виртуальных машин для разных целей, например для тестирования ПО, рабочих баз данных и сред разработки.

Гипервизоры 2 типа работают как приложение в ОС хоста и обычно ориентированы на однопользовательские платформы настольных или портативных компьютеров. Гипервизоры 2 типа позволяют вручную создать виртуальную машину и установить на нее гостевую ОС. С помощью гипервизора можно выделить физические ресурсы виртуальной машине, вручную настроив количество ядер процессора и объем памяти. В зависимости от функциональных возможностей гипервизора можно также включить аппаратное ускорение трехмерной графики.

Полный обзор гипервизоров приведен в документе Гипервизоры: полное руководство.

Достоинства и преимущества виртуальных машин

Виртуальные машины обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными физическими устройствами:

Примеры использования виртуальных машин

Существует несколько сфер применения виртуальных машин для ИТ-администраторов предприятий и для конечных пользователей. Вот некоторые из них:

Типы виртуальных машин

В этом разделе рассматриваются лишь некоторые из множества видов виртуальных машин:

Виртуальные машины Windows

Большинство гипервизоров поддерживают виртуальные машины, работающие в ОС Windows как гостевые системы. Гипервизор Microsoft Hyper-V входит в состав операционной системы Windows. Во время установки он создает родительский раздел, содержащий сам гипервизор и основную ОС Windows, которые обладают привилегированным доступом к аппаратному обеспечению. Другие операционные системы, включая гостевые системы Windows, выполняются в дочерних разделах, взаимодействующих с аппаратным обеспечением через родительский раздел.

Виртуальные машины Android

Операционная система Google Android с открытым исходным кодом широко применяется на мобильных устройствах и в бытовых приборах, подключенных к Интернету, таких как домашние медиацентры. ОС Android работает только на архитектуре процессора ARM, предназначенной для этих устройств, однако любители игр на Android и разработчики ПО могут попробовать запустить ее на ПК.

Это не так просто, так поскольку ПК работают на полностью отличной архитектуре x86, а гипервизор виртуализации оборудования лишь передает инструкции между виртуальной машиной и процессором. Гипервизор не преобразует код для процессоров с другими наборами инструкций. Существует несколько вариантов решения этой проблемы.

В некоторых проектах, например Shashlik или Genymotion, используется эмулятор, который воссоздает архитектуру ARM в программном обеспечении. Альтернативный проект Android-x86 переносит Android на архитектуру x86. Для ее запуска необходимо установить программу Android-x86 в качестве виртуальной машины с использованием гипервизора VirtualBox 2 типа. Еще одно альтернативное решение, Anbox, запускает операционную систему Android в ядре ОС Linux хоста.

Виртуальные машины Mac

ОС macOS от Apple может работать исключительно на оборудовании Apple; лицензионное соглашение с конечным пользователем запрещает запускать macOS на оборудовании других производителей как виртуальную машину или иным способом. Для создания виртуальных машин с гостевой ОС macOS можно использовать гипервизоры 2 типа на базе оборудования Mac.

Виртуальные машины iOS

На сегодняшний день невозможно запустить iOS в виртуальной машине, поскольку Apple разрешает запускать ОС iOS исключительно на устройствах iOS и строго контролирует свой продукт.

Ближайшее к виртуальной машине iOS решение — эмулятор iPhone, который поставляется вместе с интегрированной средой разработки Xcode, имитирующей всю систему iPhone в программном обеспечении.

Виртуальные машины Java

Платформа Java — среда выполнения, предназначенная для программ на языке разработки программного обеспечения Java. Язык Java создавался под лозунгом «написано однажды, выполняется где угодно». Это означает, что любая программа Java может работать на любом оборудовании с платформой Java. Для этого на платформе Java предусмотрена виртуальная машина Java (JVM).

Программы Java содержат байтовый код, представляющий собой инструкции для JVM. JVM компилирует байтовый код в машинный код — низкоуровневый язык хоста. Для каждой вычислительной платформы JVM создает уникальный набор инструкций на машинном языке, в зависимости от процессора целевой платформы.

Поэтому JVM не запускает ОС целиком и не использует гипервизор, как другие виртуальные машины. Вместо этого она преобразует программы прикладного уровня для работы на определенном оборудовании.

Более подробная информация о Java приведена в документе Java: полное руководство.

Виртуальные машины Python

Виртуальная машина Python, как и JVM, не запускает гипервизор и не включает гостевую ОС. Этот инструмент обеспечивает возможность выполнения программ на языке программирования Python на множестве различных ЦП.

Аналогично Java, Python преобразует программы в промежуточный формат (байтовый код) и хранит его в исполняемом файле. При запуске программы виртуальная машина Python преобразует байтовый код в машинный код для быстрого выполнения.

Виртуальные машины Linux

Linux — распространенная гостевая ОС, применяемая во многих виртуальных машинах. Это еще и популярная ОС хоста для работы виртуальных машин, имеющая собственный гипервизор под названием «виртуальная машина на основе ядра» (KVM). KVM была добавлена в ядро Linux еще в 2007 году. Несмотря на то, что проект создавался на основе открытого исходного кода, сегодня компания-разработчик KVM принадлежит Red Hat.

Виртуальные машины VMware

Компания VMware, которая одной из первых приступила к разработке ПО для виртуализации, сегодня является популярным поставщиком гипервизоров 1 и 2 типов, а также ПО виртуальных машин для корпоративных клиентов.

В документе VMware: полное руководство приведена исчерпывающая информация о VMware.

Виртуальные машины Ubuntu

Ubuntu — дистрибутив Linux, разработанный компанией Canonical. Он доступен в двух версиях — для ПК и сервера — с возможностью установки в виде виртуальной машины. Ubuntu можно развернуть как гостевую ОС в Microsoft Hyper-V. Он предоставляет оптимизированную версию Ubuntu Desktop, которая отлично работает в расширенном режиме Hyper-V (Enhanced Session Mode), обеспечивая тесную интеграцию между хостом Windows и виртуальной машиной Ubuntu. Кроме того, поддерживаются следующие возможности: интеграция буфера обмена, динамическое изменение размера рабочего стола, общие папки и перемещение указателя мыши между рабочим столом хоста и гостевой системы.

Сравнение моделей с одним и несколькими арендаторами

В средах облачных вычислений виртуальные машины обычно доступны в двух вариантах — с одним и несколькими арендаторами.

Виртуальные машины с несколькими арендаторами — это общедоступные виртуальные машины с совместным использованием общей физической инфраструктуры несколькими пользователями. Это самый выгодный и масштабируемый подход к предоставлению виртуальных машин, однако он характеризуется низким уровнем изоляции, в котором нуждаются организации со строгими требованиями к безопасности и нормативному соответствию.

Виртуальные машины с одним арендатором доступны в двух вариантах — выделенные хосты и выделенные экземпляры.

Выделенный хост подразумевает аренду всего физического сервера и получение полного контроля за доступом к операционной системе, оборудованию и всем установленным программам. Данная модель обеспечивает максимальную гибкость и прозрачность аппаратного обеспечения, контроль за размещением задач, а также предоставляет ряд преимуществ при использовании существующих лицензий (BYOL) на программное обеспечение.

Выделенный экземпляр отличается тем же уровнем изоляции и контроля за приложениями, но он не привязан к определенному физическому оборудованию. Таким образом, в случае перезагрузки выделенный экземпляр может оказаться в новой физической системе — системе, назначенной определенному клиенту, но тем не менее эта новая система теоретически может находиться в другом физическом расположении.

Модели ценообразования для виртуальных машин

К самым распространенным моделям ценообразования для виртуальных машин в облаке относятся: оплата за фактическое использование (в час или секунду), временные/оперативные экземпляры, зарезервированные экземпляры и выделенные хосты.

Сравнение виртуальных машин и физических серверов

Выбор в пользу виртуальной машины вместо физического сервера относится не столько к конкурирующим возможностям, сколько к пониманию задач, стоящих перед вами.

Физические серверы — это мощное аппаратное обеспечение и вычислительные возможности в изолированной среде. Физические серверы с одним арендатором совершенно не зависят от циклов гипервизора (ПО виртуализации) и находятся в распоряжении одного клиента.

Приложениям с высокими требованиями к производительности и уровню изоляции (например, в случае интенсивной обработки данных или соблюдения нормативных требований) лучше всего подходят физические серверы — особенно в случае долгосрочного развертывания.

Приложения в сфере электронной коммерции, финансовых услуг, ERP, CRM и SCM являются примерами идеальных задач для физических серверов.

Итак, когда следует использовать гипервизор в дополнение к физическому серверу для создания виртуальной машины? В тех случаях, когда необходимо обеспечить максимальную гибкость и масштабируемость приложений.

Виртуальные машины без лишних усилий масштабируют ресурсы сервера и повышают эффективность использования ресурсов — идеальное решение для перемещения данных из одной виртуальной машины в другую, изменения размера наборов данных и разделения динамических задач.

Сравнение виртуальных машин и контейнеров

Самый простой способ понять, что такое контейнер, — это понять, чем он отличается от традиционной виртуальной машины (ВМ). При традиционном подходе к виртуализации — на локальных ресурсах или в облаке — для виртуализации физического оборудования применяется гипервизор. В этом случае каждая виртуальная машина содержит гостевую ОС, виртуальный экземпляр оборудования для работы ОС, а также приложение вместе со связанными библиотеками и зависимостями.

Вместо виртуализации базового оборудования контейнеры виртуализируют операционную систему (обычно Linux), т. е. каждый отдельный контейнер содержит только приложение, его библиотеки и зависимости. Легкость, высокая скорость и переносимость контейнеров объясняется именно отсутствием гостевой ОС.

Контейнеры и управляющий ими механизм координации, Kubernetes, прекрасно подходят для современных, облачных архитектур и микросервисов. Хотя контейнеры обычно применяются вместе с услугами без отслеживания состояния, они могут быть адаптированы к услугам с отслеживанием состояния.

Кроме того, контейнеры все чаще встречаются в гибридных облачных средах, поскольку их отличает согласованная работа на портативных компьютерах, в облаке и в традиционных, локальных средах.

Более подробная информация приведена в статье блога Сравнение контейнеров и виртуальных машин: в чем отличия?

В следующем видеоролике Сай Веннам подробно разбирает основные принципы контейнеризации и ее отличия от виртуальных машин (8:09):

Стратегия выбора поставщика виртуальных машин

Выбор поставщика облачных услуг и виртуальных машин не станет для вас большой проблемой, если вы понимаете, каким критериям должен соответствовать поставщик. Конечно, виртуальная машина должна соответствовать вашим задачам и бюджету, но есть и ряд других факторов, играющих важную роль при выборе среды виртуализации. Ниже перечислены десять пунктов, которые следует учитывать при выборе поставщика виртуальных машин.

Виртуальные машины и IBM Cloud

IBM Cloud предлагает для работы с виртуальными машинами различные конфигурации как относительно технических возможностей, так и с точки зрения ценообразования. Технический профиль виртуальной машины можно выбрать, исходя из ваших требований к вычислительной мощности, памяти, объему локального хранилища, возможностям GPU, т. е. настроить систему для своих конкретных задач. Кроме того, для управления виртуальными машинами VMware можно использовать решения IBM Cloud for VMware.

В зависимости от нормативных требований и требований к безопасности можно выбрать общедоступный или частный узел. Частная среда с одним арендатором может быть размещена на выделенном хосте, выбранном вами из более чем 60 ЦОД IBM в 19 странах по всему миру.

Вам доступен огромный выбор вариантов развертывания для разного бюджета. Общедоступный экземпляр виртуальной машины, резервируемый на определенное время, обходится дешевле незарезервированной системы. Также можно выбрать виртуальную машину на основе «оперативного» тарифа для выполнения временных задач.

Кроме того, IBM Cloud позволяет настроить комбинацию ресурсов виртуального сервера и физического сервера, которая удовлетворит любые требования и подойдет для любых задач.

Для просмотра дополнительных сведений посетите страницу IBM Cloud и создайте IBMid.

Источник