Все о виртуальных машинах
Виртуальные машины: что это, как работают и чем отличаются от контейнеров
Виртуализация физического оборудования позволяет эффективнее использовать его ресурсы и получить большую свободу в установке нужного программного обеспечения. В статье расскажем о «единице виртуализации» — виртуальной машине, разберемся, что это такое и как работает.
Что такое виртуальная машина и как она работает
Виртуальная машина (VM, ВМ) — это виртуальная копия реального оборудования, приложение, которое функционирует как физический компьютер или сервер. Ее еще называют виртуальным сервером.
С точки зрения пользователя виртуальная машина выглядит как настоящее оборудование — как будто вы используете программы или приложения, установленные на вашем компьютере, вот только этот компьютер не реальный, а виртуальный.
ВМ не зависит от реального оборудования и может использовать только те ресурсы, которые были в нее добавлены. Например, воспроизводит внутри себя код установленной на ней операционной системы.
Просто так виртуальная машина работать не будет, между ней и физическим оборудованием должна быть прослойка — специализированная программа под названием гипервизор. Она как бы копирует (эмулирует) процессорное время, память, жесткий диск, сеть и другие аппаратные ресурсы физического устройства, позволяя виртуальным машинам совместно ими пользоваться.
Виртуальные машины работают на гипервизоре и каждая из них может содержать свою ОС. Другие приложения, помимо гипервизора, установлены на хостовом оборудовании и используют его основную ОС. Источник
Зачем нужны виртуальные машины
С помощью них можно эффективнее использовать физическое оборудование — значит, для решения поставленных задач его нужно меньше. Также при использовании виртуальной машины снижается потребность в электроэнергии и охлаждении.
Кроме того, преимуществами виртуальных машин пользуются, чтобы упростить резервное копирование, аварийное восстановление инфраструктуры, новые развертывания приложений и базовые задачи системного администрирования — новую ВМ с нужной ОС и кодом легко развернуть из виртуального образа.
Виртуальные машины легко перемещать между физическими серверами, например, когда надо заменить оборудование на новое или перераспределить нагрузку между серверами. Это упрощает управление кластером, то есть группой из нескольких серверов. Также ВМ можно копировать для оптимизации использования аппаратных ресурсов.
Разные виртуальные машины на одном физическом сервере обычно потребляют разное количество ресурсов, то есть одна из них может использовать всё доступное физическое хранилище, а другая хранить мало файлов, поэтому требуется балансировка распределения доступных ресурсов между ВМ.
Как используют виртуальные машины
Для чего еще нужны виртуальные машины? Есть много вариантов их использования. Часто их развертывают, если для одновременно работающих приложений требуются разные операционные системы и вычислительная мощность.
Вот еще несколько вариантов использования виртуальных машин:
Виртуальные машины и контейнеры: в чем разница?
Контейнеризация — другой вид виртуализации, контейнеры виртуализируют только операционную систему, а не все базовое оборудование. При этом одно и то же ядро операционной системы, то есть ее центральный модуль, может обслуживать не одно, а несколько изолированных экземпляров пространства пользователя — областей ОС, предназначенных для приложений и данных конкретного пользователя. Эти области и называют контейнерами.
Эти контейнеры содержат код, системные инструменты, среду выполнения, системные библиотеки и параметры, необходимые для запуска приложений. Их часто используют, когда требуется работа нескольких приложений на одной и той же операционной системе. Контейнеры полностью изолированы, программы из разных контейнеров не могут воздействовать друг на друга.
Контейнеры применяют в распределенных приложениях на инфраструктуре частного или публичного облака, а также для упаковки устаревших приложений, чтобы упростить их развертывание, в том числе при переносе на другой сервер.
В отличие от виртуальных машин, все контейнеры используют одно и то же ядро операционной системы, которая установлена на сервере. В этом и недостаток, и преимущество контейнеризации:
Одним из ведущих разработчиков контейнеров в настоящее время является Docker, который впервые появился на рынке в 2013 году как контейнерная платформа на базе Linux.
Слева — контейнеры, они находятся как бы над операционной системой, вместо Docker может быть и другая система контейнеризации. А вот справа — виртуальные машины, которые сами содержат гостевые ОС. Источник
Облачные вычисления и виртуальные машины
Виртуальными машинами можно пользоваться не только на своем оборудовании. Их можно брать в аренду у облачных провайдеров — они сами покупают оборудование, настраивают системы виртуализации, а потом выделяют своим клиентам нужное количество виртуальных серверов. В облаке можно развернуть не только одну-две виртуальных машины, но и целую IT-инфраструктуру с множеством таких ВМ, связями между ними и сложными настройками.
Облачные вычисления добавляют к виртуализации дополнительные технологии, например, сервис самостоятельного администрирования и автоматический биллинг — подсчет стоимости потраченных ресурсов. Так, в облачном дата-центре инженеры могут создавать новые виртуальные машины в зависимости от потребностей пользователей или нового проекта. А обычный пользователь в облачной среде выбирает ресурсы из каталога в личном кабинете и создает виртуальные машины, не взаимодействуя с реальным физическим оборудованием.
Для многих бизнес-задач использовать виртуальные серверы в облаке проще и выгоднее, чем покупать и настраивать собственное оборудование. Облачная инфраструктура дает широкие возможности для разработки программного обеспечения, подходит как для стартапов и небольшого бизнеса, так и для развертывания IT-систем крупных проектов.
Виртуальные машины дома и в бизнесе
Стремительное развитие технологий виртуализации оказало значительное влияние не только на развитие ИТ-инфраструктуры крупных предприятий. Мощности настольных персональных компьютеров достигли такого уровня, когда одна физическая машина может поддерживать несколько одновременно запущенных операционных систем в виртуальных машинах. Еще несколько лет назад виртуальные машины были чем-то экзотическим для конечных пользователей, которые устанавливали их, большей частью, в ознакомительных целях. Теперь многоядерные процессоры и большие объемы оперативной памяти на домашнем или офисном компьютере не редкость, и это позволяет придумывать новые варианты их использования в контексте технологий виртуализации.
Множество пользователей находят разнообразные применения настольным платформам виртуализации, как дома, так и на работе. Ведь виртуальная машина, по сравнению с физической, обладает существенно большей гибкостью в отношении переносимости на другую физическую платформу. К тому же, за последние пару лет существенно выросло качество настольных платформ виртуализации в отношении функциональности, простоты использования и быстродействия. Появившаяся сравнительно недавно поддержка аппаратной виртуализации в настольных системах говорит, что ведущие производители процессоров, такие как Intel и AMD, верят в будущее технологий виртуализации на персональных компьютерах.
Безусловно, такие громоздкие и требовательные к аппаратным ресурсам операционные системы, как Windows Vista, способны поглотить мощности пользовательских десктопов, какими бы высокими они не были, однако прогресс не стоит на месте, и дальнейшее развитие настольных аппаратных платформ вскоре даст возможность поддерживать несколько таких систем одновременно, удовлетворяя требованиям по быстродействию. Тем не менее, многие пользователи считают, что применение технологий виртуализации дома не является необходимым и считают виртуализацию еще одной специфической технологией, которая не окажет на них большого влияния. Большей частью, это связано с тем, что они не видят достойных путей применения виртуальных машин.
В сфере бизнеса, технологии виртуализации внедряются в основном для поддержания виртуальной инфраструктуры серверов компании и на конечных пользователей оказывают весьма малое влияние. В этой статье мы покажем, что практически любой пользователь персонального компьютера может применять технологии виртуализации, чтобы повысить эффективность своей работы за персональным компьютером дома, а также для повседневных задач на рабочем месте.
Как использовать виртуальные машины дома
Большинство пользователей персональных компьютеров часто сталкиваются с проблемой использования потенциально опасных или нестабильных приложений, которые могут либо повредить операционную систему, либо оказать влияние на работу других программ. Зачастую домашний компьютер, на котором расположены также и рабочие документы, используется несколькими людьми, среди которых не все понимают, как правильно с ним обращаться, чтобы не повредить важные данные или операционную систему. Создание учетных записей типа «User» не решает этой проблемы, поскольку для установки многих приложений необходимы административные права, и работа за компьютером в таком режиме существенно ограничивает его использование. Безусловно, многие сталкиваются также и с проблемой перенесения операционной системы и установленных приложений на другой компьютер при его покупке. Категория пользователей, активно использующих ноутбуки, сталкивается с проблемой синхронизации данных между ним и стационарным компьютером. Ведь необходима не только синхронизация файлов, но требуется также использовать одни и те приложения на работе и дома. Для множества людей, немаловажна также возможность обучения работе с различными операционными системами, от которых в этом случае не требуется высокого быстродействия. При этом, например, работая в Linux, пользователю требуется обращаться к Windows-приложениям, и для этого приходится перезагружать компьютер. И главной проблемой при обучении является невозможность моделирования реальной сети между несколькими компьютерами при наличии в распоряжении одного. Все эти и множество других проблем, позволяет решить использование виртуальных машин в настольных системах виртуализации.
Мы перечислили лишь основные варианты использования виртуальных машин дома, конечно, есть и другие, более специфические сферы их применения. Но настоящие перспективы при использовании настольных систем виртуализации открываются в бизнесе, где важны, прежде всего, доступность и экономия времени, и затрат на приобретение дополнительного оборудования.
Настольные платформы виртуализации в бизнесе
Сравнительный обзор настольных платформ виртуализации
Ведущие компании в сфере производства настольных платформ виртуализации за последние два года много сделали, чтобы максимально упростить их использование и сделать доступными даже самому неискушенному пользователю. Лидерами в производстве систем виртуализации для конечных пользователей на данный момент являются компании: VMware с продуктами VMware Workstation, VMware ACE и VMware Fusion, Microsoft с продуктом Virtual PC, Parallels, продвигающая свою платформу виртуализации для Mac OS с продуктом Parallels Desktop for Mac, и компания InnoTek с бесплатной платформой с открытым исходным кодом VirtualBox. Кратко рассмотрим возможности некоторых из этих продуктов.
VMware Workstation
Стоит также отметить, что продукт VMware Workstation является на данный момент единственной платформой виртуализации, экспериментально поддерживающей Direct-3D в гостевых операционных системах. Основным и, пожалуй, единственным недостатком этой платформы является тот факт, что она не бесплатна.
Microsoft Virtual PC
Появившись как конкурент VMware Workstation, продукт компании Connectix, купленный впоследствии корпорацией Microsoft вместе с компанией, не получил в ее руках достойного развития. В результате, на данный момент, практически по всем параметрам он проигрывает платформе VMware Workstation и может быть запущен только в хостовой операционной системе Windows. Однако достаточное количество пользователей применяют его в качестве настольной платформы виртуализации, поскольку Virtual PC является бесплатным и удовлетворяет основные потребности в отношении использования виртуальных машин. Процесс установки гостевой системы также весьма прост и интуитивен. После того, как операционная система будет установлена, необходимо установить Virtual Machine Additions (аналог VMware Tools в VMware Workstation), существенно повышающие быстродействие гостевой ОС, за счет улучшения техники виртуализации. VM Additions также можно установить и в гостевых операционных системах Linux.
Нужно отметить, что продукт Virtual PC направлен, скорее, на применение домашними пользователями, нежели IT-профессионалами и разработчиками программного обеспечения, в то время как VMware Workstation, обладая значительно большей функциональностью, способен покрыть потребности последних. В то же время, Virtual PC бесплатен и предназначен в основном для упрощения миграции на новые операционные системы Microsoft и поддержки их устаревших версий. И, безусловно, на популярность платформы Virtual PC оказывает ее бесплатность, создавая определенную нишу для применения этого продукта.
Parallels Workstation и Parallels Desktop for Mac
Как и большинство продуктов для платформы Mac OS X, Parallels Desktop предоставляет пользователю простой и удобный интерфейс. Не секрет, что многие пользователи платформы Mac зачастую испытывают потребность в использовании продуктов для Windows, и Parallels Desktop предоставляет им такую возможность, позволяя чувствовать себя «в двух мирах».
Также можно упомянуть такие продукты компании Parallels, как Parallels Compressor Workstation и Parallels Compressor Server, позволяющие сжимать диски не только виртуальных машин Parallels, но и VMware, что является решением одной из проблем, часто возникающих у пользователей.
VirtualBox
Компания InnoTek недавно появилась на рынке настольных систем виртуализации с неожиданным бесплатным решением с открытым исходным кодом. В то время, когда, казалось бы, новую платформу виртуализации сложно вывести на достойный уровень, компания InnoTek добилась неожиданно быстрого успеха и народного признания.
Безусловно, касательно функциональности, VirtualBox является весьма незрелым продуктом, однако показатели его быстродействия говорят, что у платформы есть будущее, и сообщество Open Source приложит все усилия к его совершенствованию и развитию.
Что выбрать в качестве настольной системы виртуализации?
Подводя итоги, можно сказать, что каждая из описанных выше платформ занимает на данный момент свою нишу в области применения технологий виртуализации на настольных компьютерах. Каждая из систем виртуализации имеет достоинства и недостатки. Со временем, конечно, многие из них приобретут необходимый функционал, удовлетворяющий большинство потребностей пользователей. Хочется также надеяться на то, что будут предоставлены средства для конвертирования форматов виртуальных машин между платформами.
Бесспорно, когда речь идет об использовании настольной системы виртуализации дома на Windows хостах, следует выбирать между платформами Microsoft Virtual PC или VirtualBox, поскольку они бесплатны и обладают необходимым функционалом для поддержки виртуальных машин дома. Однако когда речь идет о применении виртуальных машин в бизнесе, в корпоративной среде предприятия, где развертывание настольных систем виртуализации предъявляет высокие требования к функциональности и надежности, не обойтись без VMware Workstation, существенно превосходящего другие описанные платформы. Здесь также может найти свое место и продукт VirtualBox, как наиболее оптимизированный по быстродействию.
Технологии виртуализации для персональных компьютеров становятся все ближе к конечному пользователю и сейчас могут использоваться как повседневной работе сотрудников организаций, так и на домашних компьютерах для создания защищенных или изолированных персональных сред. К тому же использование виртуальных машин на десктопах не ограничивается описанными вариантами. Например, в виртуальной машине VMware, в оконном режиме консоли гостевой операционной системы, можно выставить большее поддерживаемого монитором разрешение, при этом у окна гостевой системы появятся полосы прокрутки. Это позволит протестировать веб-сайт или приложение на высоких разрешениях при отсутствии соответствующего монитора. Этот пример показывает, что варианты использования виртуальных машин на настольных компьютерах зависят от вашей фантазии. А стремительно развивающиеся пользовательские платформы виртуализации помогут вам в удовлетворении ваших потребностей.