Виртуальная машина: сфера применения и настройка

Термин «виртуальная машина» появился в 1960-х годах благодаря компании IBM. В то время единственной сферой применения ВМ было сохранение предыдущих версий ОС. С развитием цифровизации и ростом аппаратных мощностей сфера применения виртуальных машин существенно расширилась. Сегодня их используют для создания программных версий физических устройств: компьютеров, хранилищ данных, серверов и т.д. В этом материале мы разберем, что такое виртуальные машины, какими они бывают, для чего используются и как создаются.

Что такое виртуальная машина?

Виртуальная машина (ВМ, VM) — это абстрактная вычислительная среда, которая создается программным способом на физическом оборудовании и имитирует компьютер или сервер с полноценной ОС и аппаратным обеспечением. Говоря простыми словами, специальная программа создает виртуальное устройство, которое работает как физическое и использует физические ресурсы: CPU, место в хранилище и др.

Каждая виртуальная машина имеет свою операционную систему и набор приложений. Несколько виртуальных машин могут располагаться на одном физическом устройстве и при этом быть полностью изолированы друг от друга. Для этого нужно разделить между ними аппаратные ресурсы. От количества этих ресурсов зависит то, сколько виртуальных машин и какой конфигурации можно одновременно разместить на компьютере или сервере.

Принципы работы ВМ

Работа виртуальной машины основана на технологии виртуализации. Виртуализация — это технология, которая позволяет создавать виртуальные версии физических ресурсов, таких как компьютеры, серверы, сети, хранилища данных и операционные системы. Она позволяет одному физическому ресурсу работать как несколько изолированных виртуальных ресурсов. Она имитирует аппаратное обеспечение, чтобы обеспечить возможность создания нескольких полноценных операционных систем на одном устройстве. При этом аппаратное обеспечение называют хостом, а ВМ — гостевой ОС.

Для распределения физических ресурсов между виртуальными машинами используют гипервизор. Это программное обеспечение, которое находится между ВМ и физическим оборудованием. Оно помогает изолировать виртуальные машины друг от друга, разделить между ними ресурсы физического устройства (оперативную память или пространство на жестком диске) и контролировать процессы, запущенные в виртуальных машинах.

Виды виртуальных машин

Есть несколько принципов деления виртуальных машин на отдельные виды.

ВМ для виртуализации операционной системы и виртуализации процесса

• При виртуализации операционной системы ВМ эмулирует полноценные ОС, хранилища данных, серверы или компьютерные сети. Такие виртуальные машины почти не отличаются от физических устройств или систем.
• При виртуализации процесса виртуальная машина отвечает только за корректную работу конкретного процесса или приложения. Такой вариант еще часто называют контейнерами.

ВМ по типу виртуализации

• Аппаратная виртуализация предусматривает взаимодействие ВМ с физическим оборудованием.
• Программная виртуализация основана на генерации ВМ на уровне ПО и использовании ее для запуска других систем.

Для чего нужна виртуальная машина

В настоящее время виртуальные машины активно применяются в самых разных сферах. Без них не обходится разработка сервисов, разработчики с их помощью обеспечивают масштабируемость и высокую производительность решений. Расскажем подробнее о наиболее популярных областях применения ВМ.

Тестирование ПО

Использование ВМ позволяет легко организовать тестирование программ и приложений в разных операционных системах и графических средах без использования дополнительного аппаратного обеспечения. Тестировщик может параллельно запускать несколько виртуальных машин с разными ОС на одном устройстве, чтобы проверить работу написанного приложения. Также с помощью виртуальных машин можно протестировать, как поведет себя программа на устройствах с различными характеристиками.

Разработка приложений в безопасной среде

Иногда для безопасной разработки кода его нужно изолировать от остальных приложений. Прямое подключение к корпоративной сети, активность других программ или особенность самого кода могут создать дополнительные риски, которых можно избежать, используя ВМ. В ней можно быстро организовать безопасную рабочую среду, лишенную доступа к некоторым компонентам ПК или к сети, и поместить в нее разрабатываемое приложение.

Работа в разных ОС

После запуска виртуальной машины, в ней можно установить любую ОС. Это позволит расширить свои знания об операционных системах и протестировать условия работы в них. Также ВМ позволяет установить одновременно Windows и macOS, чтобы иметь доступ к эксклюзивным продуктам, разработанным для обеих систем.

Развертывание копий приложения

После создания виртуальной машины в ней можно параллельно запускать действующие копии одной программы. Такая возможность пригодится на этапе тестирования или запуска онлайн-сервиса.

Девять преимуществ виртуальных машин

Популярность виртуальных машин обусловлена их достоинствами, которые делают их полезными в различных областях. Перечислим восемь преимуществ использования виртуальных машин.

1. ВМ универсальны. Их можно установить почти на любой компьютер или сервер. Это позволяет экономить средства на покупку дополнительного оборудования и время на его установку. Возможности ВМ не зависят от того, на какой хост-платформе они работают.
2. ВМ обеспечивают высокую степень изоляции между различными операционными системами и приложениями. Это позволяет избежать взаимных влияний и конфликтов между ними.
3. Несколько ВМ могут работать на одном физическом сервере, деля его ресурсы (процессорное время, память, дисковое пространство и др.). Это позволяет оптимально использовать вычислительные мощности и уменьшить затраты на аппаратное оборудование.
4. ВМ можно легко создавать, клонировать и удалять. Это облегчает масштабирование инфраструктуры и развертывание новых сред без значительных затрат времени.
5. ВМ позволяют создавать изолированные среды для тестирования и разработки, где можно проверять программное обеспечение без риска повреждения рабочей инфраструктуры.
6. Виртуальные машины можно сохранять в виде образов или снимков состояния. Это позволяет быстро восстанавливать системы в случае сбоев или ошибок.
7. ВМ можно архивировать и переносить с одного физического устройства на другое. Как правило, виртуальная машина представлена в виде единого файла, который можно сохранить на любой доступный носитель информации. Это упрощает балансировку нагрузки, обслуживание и обновление.
8. На виртуальные машины можно устанавливать почти любые операционные системы, в том числе устаревшие. Это пригодится в том случае, когда для работы приходится использовать архаичное программное обеспечение. Вместо того, чтобы содержать устаревшие компьютеры и серверы и вкладываться в дорогостоящую техническую поддержку снятого с производства оборудования, достаточно разместить такое ПО в виртуальной машине.

Недостатки использования ВМ

У виртуальных машин немного минусов. Как правило, эксперты выделяют два наиболее значимых недостатка: производительность и стабильность.

1. Большинство ВМ работают медленнее, чем физические устройства даже на мощном аппаратном обеспечении. Это происходит из-за дополнительных уровней абстракции и управления, которые присутствуют в виртуальной среде.
2. Запуск слишком большого количества виртуальных машин на одном устройстве может снизить стабильность и скорость работы.

Также к недостаткам виртуальных машин можно отнести необходимость приобретать лицензии на некоторое ПО отдельно для каждой ВМ и проблемы совместимости приложений и сервисов, которые возникают в очень редких случаях.

Решения для создания и управления ВМ

Для полноценной работы с виртуальными машинами нужна специальная платформа, которая позволяет использовать аппаратное обеспечение для запуска дополнительных ОС в изолированном программном пространстве. На сегодняшний день в России существует множество таких программ. Рассмотрим самые заметные из них.

vStack

vStack — это гиперконвергентная платформа для виртуализации, которая объединяет три традиционно разрозненных компонента в одно программно-определяемое решение. Современное решение разработано специалистами ГК ITGLOBAL.COM, имеющими большой опыт в создании облачных сервисов. Платформа основана на передовых технологиях и позволяет создать виртуальный дата-центр корпоративного уровня на базе стандартного серверного оборудования.

Платформа vStack позволяет создавать, запускать или останавливать, модифицировать, удалять ВМ и создавать снапшоты. С ее помощью можно гибко настраивать ВМ в соответствии с конкретными потребностями: выбирать ОС и пул хранения, определять ресурсы процессора и оперативной памяти. Управление ВМ на платформе vStack происходит через единый интерфейс, где можно работать с новыми и уже созданными ВМ.

При ее разработке был сделан упор на обеспечение высокой производительности ВМ благодаря собственному механизму бюджетирования квантов vCPU и высокой экономической эффективности при значениях CPU overcommit до 900%. Разработчики vStack добились сокращения времени доступности создаваемой виртуальной машины до 15-30 секунд и уменьшения разницы между производительностью CPU физического сервера и виртуальной машины до 2-5% вместо 10-15%.

VMWare vSphere

VMware — крупнейший американский разработчик программного обеспечения, разработавший платформу для виртуализации промышленного уровня VMware vSphere. Компании принадлежит большая часть мирового рынка виртуализации облачных сред и ЦОДов.

VMware vSphere была разработана в 2009 году. Платформа позволяет более эффективно распределять ресурсы. В нее входит гипервизор ESXi и решение для управления vCenter Server. ESXi устанавливается на физический сервер и оптимизирует распределение аппаратных ресурсов. vCenter Server — это приложение для управления средами VMware vSphere и создания виртуальной облачной инфраструктуры.

Nutanix

Nutanix — американская компания, разрабатывающая аппаратно-программные кластерные виртуализированные комплексы и ПО для построения гиперконвергентной инфраструктуры на базе оборудования доступного сегмента. Компании по всему миру используют платформу Nutanix для частных, гибридных и мультиоблачных сред для запуска любых приложений в любом месте. Платформа оптимизирует структуру ЦОДа, объединяя хранение, виртуализацию, вычисление и сеть в единый программно-аппаратный комплекс.

Microsoft Hyper-V

Microsoft Hyper-V — технология виртуализации, которая встроена в Windows для создания и работы с виртуальными машинами. Сервис можно активировать в консоли Power Shell с помощью команды для активации виртуализации. Hyper-V позволяет быстро создавать ВМ, которые будут стабильно и предсказуемо работать в среде Windows.

Как настроить виртуальную машину

Настройка виртуальной машины может немного различаться в зависимости от используемой платформы для виртуализации. Более точные рекомендации по настройке виртуальных машин зависят от используемого аппаратного и программного обеспечения и типа гипервизора. Почти всегда процесс упирается в выбор образа гостевой системы и параметров аппаратного обеспечения.

Вот несколько стандартных шагов для создания и настройки ВМ:

1. Установка платформы.
2. Создание новой виртуальной машины.
3. Выделение ресурсов.
4. Выбор типа и указание размера жесткого диска.
5. Настройка сети.
6. Запуск виртуальной машины.
7. Установка операционной системы.
8. Настройка дополнительных компонентов и других параметров.

Виртуальные машины позволяют экономить деньги и время, поэтому их популярность будет только увеличиваться. На сегодняшний день они применяются во многих сферах, включая разработку и тестирование приложений. Несмотря на то, что ВМ немного проигрывают в производительности физическим устройствам, их преимущества перевешивают недостатки. Виртуализация позволяет запускать несколько ВМ на одном физическом сервере, легко создавать, клонировать и удалять виртуальные машины, восстанавливать системы в случае сбоев и переносить с одного физического устройства на другое. Чтобы воспользоваться преимуществами ВМ, важно выбрать подходящую платформу для виртуализации.