Разновидности виртуальных машин

ВМ может быть построена практически на любой доступной платформе, с применением разных технологических решений. При этом тип виртуализации прямо зависит от выбранного аппаратного обеспечения и взаимодействия между гостевыми и хостовой операционной системой.

Зачем нужна виртуальная машина

Виртуальная машина представляет собой программу, с помощью которой можно запустить имитацию ПК, к примеру, на другой операционной системе, с другой конфигурацией аппаратных ресурсов и архитектурой. ВМ во многом схожа с ОС, запущенной из-под другой ОС.

Это может быть необходимо в самых разных ситуациях:

1. Облачные сервисы. Используя сервер с мощным аппаратным обеспечением и программы виртуализации можно распределить доступ к ресурсам сервера и даже продавать их пользователям. Такой сервис может предоставить пользователю из любой точки страны или даже мира доступ к ВМ, которая будет иметь необходимую мощность и работать на подходящей для решения тех или иных задач операционной системе.
2. ВМ для программирования. Некоторые языки программирования предполагают подготовку кода с последующей компиляцией в специальный файл, исполнить который можно только с использованием подходящей виртуальной машины.
3. Безопасность. Запуск любого приложения через ВМ можно сравнить с запуском этого же ПО, но на совсем иной платформе, другом ПК. Даже при наличии каких-то проблем с безопасностью пользователь не будет подвергаться никакой угрозе. Если хакер получит доступ к компьютеру через имеющуюся уязвимость, он буквально будет заперт внутри этой виртуальной оболочки, потому не будет иметь даже теоретической возможности навредить данным и программам за ее пределами, то есть на реальном ПК, за которым сидит пользователь.
4. Дистрибуция программного обеспечения. Чтобы запустить некоторое серверное ПО, требуется прописывать дополнительные настройки в разных конфигурационных файлах, а также делать новых пользователей, выдавать им определенный уровень доступа и т.д. Все это требует существенных временных затрат, которых можно избежать с помощью ВМ. В ВМ можно в любое время запустить программное обеспечение в подходящей среде и не тратить зря ресурсы.

Из истории

Сам термин «виртуальная машина» был впервые озвучен более 50-ти лет назад — в конце шестидесятых. В те времена он использовался в сфере работы с крупными ЭВМ, предназначенными для сложных вычислений. В тех условиях ВМ использовались для разделения аппаратных мощностей компьютера и выделения части этой мощности каждому пользователю для выполнения различных операций.

Принцип работы

Если говорить о принципе работы ВМ, необходимо рассматривать ее с двух разных сторон: со стороны пользователя и изнутри. Если смотреть на ВМ глазами обычного пользователя, то ничего сложного в ней нет. Как это работает? Человек просто запускает на компьютере программу в отдельном окне, где и происходит вся работа.

Однако с практической точки зрения все намного сложнее, так как ВМ имеет свои собственные, хоть и эмулированные аппаратные ресурсы — жесткий диск, оперативную память и т.д. По сути эти виртуальные аппаратные мощности являются вполне реальными, так как они выделяются настоящим компьютером, который просто делится своей мощностью.

ОС компьютера не распознает виртуальности аппаратного обеспечения — она видит ресурсы, новое оборудование, которое и отображается в свойствах системы. Более того, точно так же эти ресурсы видят все установленные на компьютер приложения, которые могут взаимодействовать с ними, как с вполне реальными ресурсами. При этом ВМ сохраняет свою полную изолированность от настоящего ПК, несмотря на наличие доступа к оборудованию.

Если смотреть на ВМ глазами пользователя, она является виртуальной вычислительной средой, которая создается программными ресурсами. Сегодня на компьютере можно создать, запустить и работать с практически неограниченным числом ВМ. Единственное ограничение — аппаратная мощность настоящего ПК. Мощность созданных внутри компьютера виртуальных машин, работающих на основе его ресурсов, не может быть выше мощности этого компьютера.

Внутри программного обеспечения по созданию и работе с ВМ обязательно имеется спецмодуль ВМ, отвечающий за управление виртуальными машинами. У обычного пользователя нет прямого доступа к нему. Он лишь может работать с графическим интерфейсом, возможностей которого достаточно для того, чтобы можно было своими руками и всего парой кликов создать и запустить ВМ.

При использовании ВМ пользователь волен установить на нее выбранную ОС, которая будет называться гостевой. Одна из важнейших характеристик ВМ — список поддерживаемых гостевых ОС. Самые мощные современные ВМ обеспечивают поддержку около десяти популярных версий ОС, включая не только Windows, но также Linux и MacOS.

При работе с ВМ у пользователя может возникнуть стойкое ощущение, что он работает с самым обыкновенным ПК, у которого есть собственное аппаратное обеспечение, включая процессор, память и т.д.

Однако в реальности ВМ не имеет доступа к ресурсам настоящего ПК. Работа с компьютером возлагается на модуль и драйвер ВМ.

Если рассмотреть архитектуру ВМ, то она будет выглядеть следующим образом:

• хостовая ОС и монитор ВМ разделяют права на управление аппаратными ресурсами ПК, ресурсы между программами распределяются ОС;
• монитор контролирует распределение ресурсов между запущенными ВМ, из-за чего у пользователя может возникнуть ощущение, что он работает с реальными аппаратными ресурсами;
• гостевые ОС управляют собственными приложениями, используя выделенные на них мощности ПК.

Типы и отличия VM

Существует три типа виртуальных машин, которые отличаются по «глубине» виртуализации.

Полная

Виртуализация может считаться полной в случае, если ВМ полностью копирует реальный ПК со всеми элементами и оборудованием. Обычно такие ВМ используются службами безопасности, которым необходимо в изолированных условиях использовать виртуальную ОС, к примеру, при работе с опасными приложениями и вредоносными программами. Естественно, в условиях виртуальной машины ни один вирус не может навредить реальному компьютеру и хозяйской ОС.

Также полная виртуализация используется тестировщиками, которые могут на одном компьютере запустить с десяток различных версий операционных систем, чтобы проверять на них работоспособность и отказоустойчивость приложения.

Виртуализация с доступом к аппаратным ресурсам

Этот вид виртуальных машин дает ОС возможность обращаться к аппаратным ресурсам компьютера напрямую, без эмулирования.

Такая методика виртуализации используется многочисленными облачными решениями, к примеру, Xen, Virtualbox и другими. Продукты применяются для построения надежных облачных сервисов, позволяющих запускать виртуальные машины для клиентов. Их основное преимущество — максимальная скорость. Запросы гостевых ОС выполняются напрямую на аппаратных мощностях без затрат ресурсов на эмуляцию.

Уровень ОС

Самый распространенный облачный метод виртуализации, который часто используется для запуска программного обеспечения в облаке и для дистрибуции серверных программ. Методика не предполагает жесткой виртуализации. Ядро хостовой ОС выделяет несколько независимых пространств на уровне самой хостовой ОС и пускает в эти области другие приложения на выполнение. Каждая программа при этом получает собственную изолированную среду.

Эта методика применяется в контейнеризации приложений. Она хорошо известна в узком кругу благодаря таким решениям, как OpenVZ, jails и Docker, которые стали важной причиной широкого распространения виртуальных машин.

Уровень ОС в виртуализации дает возможность контролировать поведение гостевых контейнеров, определять политику доступа гостей к ресурсам и данным хостовой ОС.

Как выбрать виртуальную машину?

Рассмотрев вопрос, какие есть виртуальные машины, закономерно возникает следующий: какую из них выбрать? Однако нельзя выделить какой-то один тип виртуализации и сказать, что такая виртуальная машина лучше других.

Все методики виртуализации используются для различных целей:

1. Полная. Применяется безопасниками и тестировщиками.
2. Частичная с доступом к железу. Подходит для администраторов и управленцев, которые планируют строить собственные облачные решения.
3. Контейнеризация. Наиболее распространенный тип ВМ, который подходит всем пользователям, участвующим в разработке крупных систем.

Виртуализация уровня ОС так популярна, что сегодня умение работать в данной среде стало важным навыком программиста, который обязательно учитывается при найме на работу в крупные компании, где предстоит взаимодействовать с серверным ПО.