الآلة الافتراضية (VM) هي تقنية تتيح إنشاء وتشغيل أنظمة كمبيوتر افتراضية متعددة داخل جهاز فعلي واحد. يعمل كل جهاز افتراضي كبيئة معزولة ومكتفية بذاتها، مما يسمح بتشغيل أنظمة تشغيل وتطبيقات متعددة بشكل متزامن على نفس الجهاز. تُستخدم الأجهزة الافتراضية على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك تطوير البرمجيات والحوسبة السحابية والأمن السيبراني، مما يوفر فوائد عديدة مثل تحسين استخدام الموارد والعزلة والمرونة.
تاريخ أصل الآلة الافتراضية (VM) والذكر الأول
يمكن إرجاع مفهوم المحاكاة الافتراضية والأجهزة الافتراضية إلى أوائل الستينيات عندما قامت شركة IBM بتطوير أنظمة CP-40 وCP-67 لأجهزة الكمبيوتر المركزية الخاصة بها. قدمت هذه الأنظمة مفهوم "الأجهزة الافتراضية" التي سمحت لمثيلات متعددة من نظام التشغيل بالعمل على نفس الجهاز، مما أدى إلى تقسيم موارد الحاسوب المركزي بشكل فعال.
ومع ذلك، فإن مصطلح "الآلة الافتراضية" تمت صياغته رسميًا من قبل جيرالد ج. بوبك وروبرت ب. غولدبرغ في بحثهما الرائد عام 1974 بعنوان "المتطلبات الرسمية لبنيات الجيل الثالث القابلة للمحاكاة الافتراضية". في هذه الورقة، حددوا الشروط اللازمة لبنية الكمبيوتر لدعم المحاكاة الافتراضية بكفاءة. لقد وضع عملهم الأساس لتطوير تقنيات المحاكاة الافتراضية الحديثة.
معلومات تفصيلية حول الجهاز الظاهري (VM)
تعمل الأجهزة الافتراضية من خلال تجريد الأجهزة الأساسية وتوفير بيئة معزولة ومستقلة لكل نظام تشغيل ضيف. يقوم برنامج VM، المعروف باسم برنامج Hypervisor أو جهاز مراقبة الجهاز الظاهري (VMM)، بإدارة التفاعلات بين الأجهزة المادية والأجهزة الافتراضية. يقوم برنامج Hypervisor بتخصيص الموارد مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والتخزين والشبكات لكل جهاز افتراضي، مما يضمن تشغيلها بشكل مستقل عن بعضها البعض.
هناك نوعان رئيسيان من برامج Hypervisor:
-
مراقب الأجهزة الافتراضية من النوع الأول (مراقب الأجهزة المعدنية العارية): يعمل هذا النوع من برامج Hypervisor مباشرة على الأجهزة الفعلية دون الحاجة إلى نظام تشغيل أساسي. تتضمن الأمثلة VMware ESXi وMicrosoft Hyper-V وXen.
-
مراقب الأجهزة الافتراضية من النوع الثاني (مراقب الأجهزة الافتراضية المستضاف): يعمل هذا النوع من برامج Hypervisor أعلى نظام تشغيل مضيف ويعتمد عليه لإدارة الموارد. تتضمن الأمثلة VMware Workstation، وOracle VirtualBox، وParallels Desktop.
الهيكل الداخلي للجهاز الظاهري (VM) وكيف يعمل
يتضمن الهيكل الداخلي للجهاز الظاهري المكونات الرئيسية التالية:
-
مراقب الأجهزة الافتراضية (VMM): برنامج Hypervisor هو البرنامج الأساسي المسؤول عن إدارة الأجهزة الافتراضية وتنظيمها. فهو يلخص الموارد المادية الأساسية ويقدمها إلى كل جهاز افتراضي.
-
مراقب الجهاز الظاهري (VMM): تعد Virtual Machine Monitor مسؤولة عن التحكم في تنفيذ كل جهاز افتراضي والتأكد من أنها تعمل بمعزل عن بعضها البعض.
-
نظام التشغيل الضيف: يقوم كل جهاز افتراضي بتشغيل نظام التشغيل الضيف الخاص به، والذي يمكن أن يكون مختلفًا عن نظام التشغيل المضيف. يتفاعل نظام التشغيل الضيف مع برنامج Hypervisor لتخصيص الموارد وإدارتها.
-
الأجهزة الافتراضية: يوفر برنامج Hypervisor واجهات أجهزة مقلدة أو افتراضية لأنظمة التشغيل الضيف. تتضمن مكونات الأجهزة الافتراضية هذه وحدات المعالجة المركزية (CPU) الافتراضية والذاكرة الظاهرية والأقراص الافتراضية وواجهات الشبكة الافتراضية.
يسمح التفاعل بين هذه المكونات للجهاز الظاهري بتنفيذ تطبيقاته كما لو كان يعمل على جهاز فعلي مخصص.
تحليل الميزات الرئيسية للجهاز الظاهري (VM)
توفر الأجهزة الافتراضية العديد من الميزات الرئيسية التي تجعلها لا تقدر بثمن لمختلف التطبيقات:
-
عزل: يتم عزل الأجهزة الافتراضية عن بعضها البعض وعن النظام المضيف. يوفر هذا العزل الأمان والاستقرار، ويمنع جهازًا افتراضيًا واحدًا من التأثير على الأجهزة الأخرى في حالة حدوث أعطال أو انتهاكات أمنية.
-
تقاسم الموارد: يمكن للأجهزة الافتراضية مشاركة الموارد المادية للجهاز المضيف بكفاءة. يضمن برنامج Hypervisor التوزيع العادل للموارد بين الأجهزة الافتراضية بناءً على قواعد محددة مسبقًا.
-
لقطة والاستنساخ: يمكن استنساخ الأجهزة الافتراضية أو التقاط صور لها بسهولة، مما يسمح بالنشر والاختبار السريع. تلتقط اللقطات حالة الجهاز الافتراضي في لحظة محددة، مما يتيح التراجع بسهولة في حالة حدوث مشكلات.
-
الهجرة الحية: تدعم برامج Hypervisor المتقدمة الترحيل المباشر، مما يسمح بنقل الأجهزة الافتراضية من مضيف فعلي إلى آخر دون توقف.
-
التوافق: توفر الأجهزة الافتراضية التوافق عبر الأنظمة الأساسية والبنيات المختلفة للأجهزة، مما يسهل نقل الأنظمة الافتراضية وتشغيلها.
-
استخدام الموارد: تتيح الأجهزة الافتراضية الاستخدام الأمثل لموارد الأجهزة، مما يقلل التكاليف واستهلاك الطاقة.
أنواع الأجهزة الافتراضية (VM)
تأتي الأجهزة الافتراضية في أنواع مختلفة، كل منها مصمم خصيصًا لحالات استخدام مختلفة. الأنواع الرئيسية للأجهزة الافتراضية هي:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| المحاكاة الافتراضية الكاملة | تحاكي الأجهزة الافتراضية بيئة الأجهزة بأكملها، مما يسمح باستخدام أنظمة تشغيل ضيف مختلفة. تشمل الأمثلة برنامج VMware ESXi وMicrosoft Hyper-V. |
| شبه افتراضية | يتطلب تعديلات على نظام التشغيل الضيف لتحسين الأداء والكفاءة. Xen هو برنامج Hypervisor شائع للمحاكاة الافتراضية. |
| VM بمساعدة الأجهزة | يعتمد على ميزات محددة لوحدة المعالجة المركزية (مثل Intel VT-x وAMD-V) لتحسين أداء الجهاز الافتراضي وعزله. |
| المحاكاة الافتراضية على مستوى نظام التشغيل | تُعرف أيضًا باسم الحاويات، وهي تعمل على محاكاة نظام التشغيل بدلاً من الأجهزة، مما يوفر مثيلات خفيفة الوزن وسريعة. يعد Docker مثالًا معروفًا. |
طرق استخدام الجهاز الظاهري (VM) والمشكلات والحلول
طرق استخدام الجهاز الظاهري (VM):
-
تطوير البرمجيات واختبارها: توفر الأجهزة الافتراضية للمطورين بيئات تطوير واختبار معزولة وقابلة للتكرار، مما يؤدي إلى تسريع عملية تطوير البرامج.
-
توحيد الخادم: تسمح الأجهزة الافتراضية بتشغيل خوادم متعددة على جهاز فعلي واحد، مما يقلل من تكاليف الأجهزة ويبسط الإدارة.
-
دعم التطبيقات القديمة: يمكن للأجهزة الافتراضية استضافة برامج قديمة أو غير متوافقة، مما يوفر جسرًا بين التطبيقات القديمة والأجهزة الحديثة.
-
حوسبة سحابية: يستخدم مقدمو الخدمات السحابية الأجهزة الافتراضية لتقديم بنية تحتية مرنة وقابلة للتطوير لعملائهم.
المشاكل والحلول:
-
النفقات العامة للأداء: قد تقدم الأجهزة الافتراضية بعض الأداء الزائد بسبب المحاكاة الافتراضية. يمكن للمحاكاة الافتراضية بمساعدة الأجهزة والإدارة المناسبة للموارد التخفيف من هذه المشكلة.
-
خلافات الموارد: يمكن أن يؤدي التخصيص غير الصحيح للموارد بين الأجهزة الافتراضية إلى التنافس على الموارد. يمكن أن يساعد الرصد المنتظم وتخطيط القدرات في منع ذلك.
-
أخطار أمنية: إذا لم يتم عزل الأجهزة الافتراضية بشكل صحيح، فقد تؤثر الخروقات الأمنية في إحدى الأجهزة الافتراضية على الأجهزة الأخرى. يعد الحفاظ على تحديث برنامج Hypervisor والأجهزة الافتراضية بتصحيحات الأمان أمرًا بالغ الأهمية.
الخصائص الرئيسية والمقارنات مع المصطلحات المماثلة
| شرط | وصف |
|---|---|
| حاوية | تعمل الحاويات على محاكاة نظام التشغيل بشكل افتراضي ومشاركة نواة نظام التشغيل المضيف، مما يوفر مثيلات خفيفة الوزن مع أوقات بدء تشغيل سريعة. توفر الأجهزة الافتراضية عزلاً أقوى ولكنها أثقل. |
| خادم الافتراضية الخاصة | الخادم الافتراضي الخاص (VPS) هو خادم افتراضي توفره شركة استضافة. يتم تشغيله على خادم فعلي مع مثيلات VPS متعددة. يمكن أن تكون الأجهزة الافتراضية بمثابة مثيلات VPS، ولكن ليست كل حلول VPS تستخدم تقنية VM. |
| محاكي | تقوم المحاكيات بتكرار بيئة الأجهزة والبرامج بالكامل للنظام المستهدف لتشغيل البرامج المخصصة لهذا النظام. من ناحية أخرى، تعمل الأجهزة الافتراضية على محاكاة بيئة الأجهزة ولكنها لا تكرر النظام بأكمله. |
| مراقب الأجهزة الافتراضية | برنامج Hypervisor هو البرنامج المسؤول عن إدارة الأجهزة الافتراضية. يمكن أن يكون إما برنامج Hypervisor من النوع 1 (معدن مجرد) أو من النوع 2 (مستضاف). |
وجهات نظر وتقنيات المستقبل المتعلقة بالآلة الافتراضية (VM)
مستقبل الأجهزة الافتراضية واعد، مع وجود العديد من الاتجاهات والتقنيات التي تقود تطورها:
-
حوسبة الحافة: ستلعب الأجهزة الافتراضية دورًا مهمًا في بيئات الحوسبة المتطورة، حيث توفر حلولاً مرنة وقابلة للتطوير لدعم التطبيقات المتنوعة الأقرب إلى المستخدمين النهائيين.
-
الحوسبة بدون خادم: تستفيد البنى بدون خادم من الأجهزة الافتراضية والحاويات لتمكين المطورين من تشغيل التعليمات البرمجية دون إدارة البنية التحتية الأساسية.
-
المحاكاة الافتراضية لوحدة معالجة الرسومات: ستسمح التطورات في تقنية المحاكاة الافتراضية لوحدة معالجة الرسومات للأجهزة الافتراضية باستخدام التطبيقات كثيفة الرسومات بكفاءة.
-
المحاكاة الافتراضية المتداخلة: ستصبح المحاكاة الافتراضية المتداخلة أكثر شيوعًا، مما يتيح للأجهزة الافتراضية استضافة أجهزة افتراضية أخرى، مما يسهل بيئات الاختبار والتطوير.
-
ميزات الأمان المحسنة: ستستمر الأجهزة الافتراضية في التطور مع ميزات الأمان المحسنة، مما يضمن عزلًا وحماية أفضل ضد الهجمات.
كيف يمكن استخدام الخوادم الوكيلة أو ربطها بالجهاز الظاهري (VM)
ترتبط الخوادم الوكيلة والأجهزة الافتراضية ارتباطًا وثيقًا، خاصة في سياق الأمن السيبراني والخصوصية. يمكن استخدام الأجهزة الافتراضية لإعداد خوادم بروكسي مخصصة، مما يعزز الأمان والخصوصية للمستخدمين. من خلال تشغيل خادم وكيل داخل جهاز افتراضي، يمكن للمستخدمين إخفاء عناوين IP الحقيقية الخاصة بهم، وحماية أنشطتهم عبر الإنترنت، وتجاوز القيود الجغرافية. بالإضافة إلى ذلك، تتيح الأجهزة الافتراضية سهولة إدارة ونشر خوادم الوكيل، مما يجعلها أداة قيمة لمقدمي خدمات الوكيل مثل OneProxy (oneproxy.pro).
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول الأجهزة الافتراضية (VM)، يمكنك استكشاف الموارد التالية:
- نظرة عامة على المحاكاة الافتراضية – برنامج VMware
- مايكروسوفت الافتراضية – تكنيت
- مقدمة إلى الأجهزة الافتراضية – أوراكل
- مشروع Xen – المحاكاة الافتراضية للأنظمة السحابية والمدمجة
ومع الاعتماد المتزايد على المحاكاة الافتراضية والطلب المتزايد على الحوسبة الفعالة والقابلة للتطوير، ستستمر الأجهزة الافتراضية في لعب دور حاسم في تشكيل مستقبل التكنولوجيا. بدءًا من تطوير البرامج والحوسبة السحابية وحتى تعزيز الأمن السيبراني والخصوصية، توفر الأجهزة الافتراضية حلاً قويًا ومتعدد الاستخدامات لمختلف الصناعات والتطبيقات.
