ماشین مجازی (VM) یک فناوری است که ایجاد و عملکرد چندین سیستم کامپیوتری مجازی شده را در یک ماشین فیزیکی واحد امکان‌پذیر می‌سازد. هر ماشین مجازی به عنوان یک محیط مجزا و مستقل عمل می کند و به چندین سیستم عامل و برنامه اجازه می دهد تا همزمان بر روی یک سخت افزار اجرا شوند. ماشین های مجازی به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله توسعه نرم افزار، رایانش ابری و امنیت سایبری استفاده می شوند و مزایای متعددی مانند استفاده از منابع افزایش یافته، ایزوله سازی و انعطاف پذیری را ارائه می دهند.
تاریخچه پیدایش ماشین مجازی (VM) و اولین ذکر
مفهوم مجازی سازی و ماشین های مجازی را می توان به اوایل دهه 1960 ردیابی کرد، زمانی که IBM سیستم های CP-40 و CP-67 را برای رایانه های اصلی خود توسعه داد. این سیستم‌ها مفهوم «ماشین‌های مجازی» را معرفی کردند که به چندین نمونه از یک سیستم عامل اجازه می‌داد تا روی یک سخت‌افزار اجرا شوند و به طور موثر منابع اصلی را پارتیشن بندی کنند.
با این حال، اصطلاح "ماشین مجازی" به طور رسمی توسط جرالد جی پوپک و رابرت پی گلدبرگ در مقاله پیشگامانه خود در سال 1974 با عنوان "الزامات رسمی برای معماری های نسل سوم مجازی سازی" ابداع شد. در این مقاله، آنها شرایط لازم برای یک معماری کامپیوتر را برای پشتیبانی کارآمد از مجازی سازی بیان کردند. کار آنها پایه و اساس توسعه فناوری های مجازی سازی مدرن را ایجاد کرد.
اطلاعات دقیق در مورد ماشین مجازی (VM)
ماشین‌های مجازی با انتزاع سخت‌افزار زیربنایی و ارائه یک محیط مجزا و مستقل برای هر سیستم عامل مهمان کار می‌کنند. نرم افزار VM که به عنوان هایپروایزر یا مانیتور ماشین مجازی (VMM) شناخته می شود، تعاملات بین سخت افزار فیزیکی و ماشین های مجازی را مدیریت می کند. Hypervisor منابعی مانند CPU، حافظه، ذخیره سازی و شبکه را به هر ماشین مجازی اختصاص می دهد و اطمینان حاصل می کند که آنها مستقل از یکدیگر عمل می کنند.
دو نوع اصلی هایپروایزر وجود دارد:
-
Hypervisor نوع 1 (Bare-Metal Hypervisor): این نوع هایپروایزر مستقیماً روی سخت افزار فیزیکی بدون نیاز به سیستم عامل زیربنایی اجرا می شود. به عنوان مثال می توان به VMware ESXi، Microsoft Hyper-V و Xen اشاره کرد.
-
Hypervisor نوع 2 (Hosted Hypervisor): این نوع هایپروایزر در بالای سیستم عامل میزبان اجرا می شود و برای مدیریت منابع به آن متکی است. به عنوان مثال می توان به VMware Workstation، Oracle VirtualBox و Parallels Desktop اشاره کرد.
ساختار داخلی ماشین مجازی (VM) و نحوه عملکرد آن
ساختار داخلی یک ماشین مجازی شامل اجزای کلیدی زیر است:
-
هایپروایزر (VMM): Hypervisor نرم افزار اصلی است که مسئول مدیریت و هماهنگی ماشین های مجازی است. منابع فیزیکی زیربنایی را انتزاع می کند و به هر ماشین مجازی ارائه می کند.
-
مانیتور ماشین مجازی (VMM): مانیتور ماشین مجازی مسئول کنترل اجرای هر ماشین مجازی و اطمینان از عملکرد آنها جدا از یکدیگر است.
-
سیستم عامل مهمان: هر ماشین مجازی سیستم عامل مهمان خود را اجرا می کند که می تواند با سیستم عامل میزبان متفاوت باشد. سیستم عامل مهمان برای تخصیص و مدیریت منابع با هایپروایزر تعامل دارد.
-
سخت افزار مجازی: Hypervisor رابط های سخت افزاری شبیه سازی شده یا مجازی سازی شده را برای سیستم عامل های مهمان فراهم می کند. این اجزای سخت افزار مجازی شامل CPU های مجازی، حافظه مجازی، دیسک های مجازی و رابط های شبکه مجازی است.
تعامل بین این مؤلفه ها به VM اجازه می دهد تا برنامه های کاربردی خود را به گونه ای اجرا کند که گویی روی یک ماشین فیزیکی اختصاصی اجرا می شود.
تجزیه و تحلیل ویژگی های کلیدی ماشین مجازی (VM)
ماشین های مجازی چندین ویژگی کلیدی را ارائه می دهند که آنها را برای برنامه های مختلف ارزشمند می کند:
-
جداسازی: ماشین های مجازی از یکدیگر و سیستم میزبان جدا شده اند. این انزوا امنیت و پایداری را فراهم می کند و از تأثیرگذاری یک ماشین مجازی روی دیگران در صورت خرابی یا نقض امنیت جلوگیری می کند.
-
به اشتراک گذاری منابع: ماشین های مجازی می توانند منابع فیزیکی ماشین میزبان را به طور موثر به اشتراک بگذارند. Hypervisor توزیع عادلانه منابع را در بین ماشین های مجازی بر اساس قوانین از پیش تعریف شده تضمین می کند.
-
عکس فوری و شبیه سازی: ماشین‌های مجازی را می‌توان به راحتی شبیه‌سازی کرد یا عکس‌های فوری گرفت، که امکان استقرار و آزمایش سریع را فراهم می‌کند. عکس‌های فوری وضعیت ماشین مجازی را در یک لحظه خاص ثبت می‌کنند و در صورت بروز مشکل، امکان بازگشت آسان را فراهم می‌کنند.
-
مهاجرت زنده: هایپروایزرهای پیشرفته از مهاجرت زنده پشتیبانی می‌کنند و به ماشین‌های مجازی اجازه می‌دهند بدون توقف از یک میزبان فیزیکی به میزبان دیگر منتقل شوند.
-
سازگاری: ماشین های مجازی سازگاری با پلتفرم ها و معماری های سخت افزاری مختلف را ارائه می دهند و انتقال و اجرای سیستم های مجازی را آسان تر می کنند.
-
بهره برداری از منابع: ماشین های مجازی امکان استفاده بهینه از منابع سخت افزاری، کاهش هزینه ها و مصرف انرژی را فراهم می کنند.
انواع ماشین مجازی (VM)
ماشین های مجازی انواع مختلفی دارند که هر کدام برای موارد استفاده متفاوت طراحی شده اند. انواع اصلی ماشین های مجازی عبارتند از:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| مجازی سازی کامل | ماشین های مجازی کل محیط سخت افزاری را شبیه سازی می کنند و امکان استفاده از سیستم عامل های مهمان مختلف را فراهم می کنند. به عنوان مثال می توان به VMware ESXi و Microsoft Hyper-V اشاره کرد. |
| پارا مجازی سازی | نیاز به تغییراتی در سیستم عامل مهمان برای بهبود عملکرد و کارایی دارد. Xen یک هایپروایزر فرا مجازی سازی محبوب است. |
| VM با کمک سخت افزار | برای بهبود عملکرد VM و ایزوله کردن، به ویژگی‌های خاص CPU (مثلاً Intel VT-x، AMD-V) متکی است. |
| مجازی سازی در سطح سیستم عامل | این کانتینرها به جای سخت افزار، سیستم عامل را مجازی می کنند و نمونه های سبک و سریعی را ارائه می دهند. Docker یک نمونه شناخته شده است. |
راه های استفاده از ماشین مجازی (VM)، مشکلات و راه حل ها
روش های استفاده از ماشین مجازی (VM):
-
توسعه و تست نرم افزار: VM ها محیط های توسعه و آزمایش ایزوله و قابل تکرار را در اختیار توسعه دهندگان قرار می دهند و روند توسعه نرم افزار را سرعت می بخشند.
-
یکپارچه سازی سرور: ماشین‌های مجازی به چندین سرور اجازه می‌دهند تا روی یک ماشین فیزیکی واحد اجرا شوند و هزینه‌های سخت‌افزاری را کاهش داده و مدیریت را ساده‌تر می‌کنند.
-
پشتیبانی از برنامه های قدیمی: ماشین های مجازی می توانند میزبان نرم افزارهای قدیمی یا ناسازگار باشند و پلی بین برنامه های کاربردی قدیمی و سخت افزار مدرن ایجاد کنند.
-
پردازش ابری: ارائه دهندگان خدمات ابری از ماشین های مجازی برای ارائه زیرساخت های مقیاس پذیر و انعطاف پذیر به مشتریان خود استفاده می کنند.
مشکلات و راه حل ها:
-
سربار عملکرد: VM ها ممکن است به دلیل مجازی سازی مقداری سربار عملکرد را معرفی کنند. مجازی سازی به کمک سخت افزار و مدیریت صحیح منابع می تواند این مشکل را کاهش دهد.
-
مطالب منابع: تخصیص نادرست منابع بین ماشین های مجازی می تواند منجر به اختلاف منابع شود. نظارت منظم و برنامه ریزی ظرفیت می تواند به جلوگیری از این امر کمک کند.
-
خطرات امنیتی: اگر ماشین های مجازی به درستی ایزوله نشده باشند، نقض های امنیتی در یک ماشین مجازی می تواند روی دیگران تاثیر بگذارد. به روز نگه داشتن هایپروایزر و ماشین های مجازی با وصله های امنیتی بسیار مهم است.
ویژگی های اصلی و مقایسه با اصطلاحات مشابه
| مدت، اصطلاح | شرح |
|---|---|
| ظرف | کانتینرها سیستم عامل را مجازی می کنند و هسته سیستم عامل میزبان را به اشتراک می گذارند و نمونه های سبک وزن را با زمان راه اندازی سریع ارائه می دهند. VM ها انزوای قوی تری را ارائه می دهند اما سنگین تر هستند. |
| سرور خصوصی مجازی | سرور خصوصی مجازی (VPS) یک سرور مجازی است که توسط یک شرکت میزبان ارائه می شود. بر روی یک سرور فیزیکی با چندین نمونه VPS اجرا می شود. VM ها می توانند نمونه های VPS باشند، اما همه راه حل های VPS از فناوری VM استفاده نمی کنند. |
| شبیه ساز | شبیه سازها کل محیط سخت افزاری و نرم افزاری یک سیستم هدف را برای اجرای نرم افزاری که برای آن سیستم در نظر گرفته شده است، تکرار می کنند. از طرف دیگر ماشین های مجازی محیط سخت افزاری را مجازی می کنند اما کل سیستم را تکرار نمی کنند. |
| هایپروایزر | Hypervisor نرم افزاری است که وظیفه مدیریت ماشین های مجازی را بر عهده دارد. این می تواند یک هایپروایزر نوع 1 (فلز خالی) یا نوع 2 (میزبان) باشد. |
دیدگاه ها و فناوری های آینده مرتبط با ماشین مجازی (VM)
آینده ماشین‌های مجازی امیدوارکننده است، با چندین روند و فناوری که تکامل آن را هدایت می‌کنند:
-
محاسبات لبه: ماشین‌های مجازی نقش مهمی در محیط‌های محاسباتی لبه خواهند داشت و راه‌حل‌های انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر را برای پشتیبانی از برنامه‌های کاربردی متنوع و نزدیک به کاربران نهایی ارائه می‌کنند.
-
محاسبات بدون سرور: معماری‌های بدون سرور از ماشین‌های مجازی و کانتینرها استفاده می‌کنند تا توسعه‌دهندگان را قادر به اجرای کد بدون مدیریت زیرساخت‌های اساسی کنند.
-
مجازی سازی GPU: پیشرفت‌ها در فناوری مجازی‌سازی GPU به ماشین‌های مجازی اجازه می‌دهد تا به طور موثر از برنامه‌های گرافیکی فشرده استفاده کنند.
-
مجازی سازی تودرتو: مجازی سازی تودرتو رایج تر خواهد شد و VM ها را قادر می سازد تا سایر VM ها را میزبانی کنند و محیط های آزمایش و توسعه را تسهیل می کند.
-
ویژگی های امنیتی پیشرفته: ماشین های مجازی با ویژگی های امنیتی بهبود یافته به تکامل خود ادامه خواهند داد و از ایزوله سازی بهتر و محافظت در برابر حملات اطمینان حاصل می کنند.
چگونه می توان از سرورهای پروکسی استفاده کرد یا با ماشین مجازی (VM) مرتبط شد
سرورهای پروکسی و ماشین های مجازی به خصوص در زمینه امنیت سایبری و حریم خصوصی ارتباط نزدیکی دارند. VM ها را می توان برای راه اندازی سرورهای پروکسی اختصاصی، افزایش امنیت و حریم خصوصی کاربران استفاده کرد. با اجرای یک سرور پراکسی در یک ماشین مجازی، کاربران می توانند آدرس IP واقعی خود را پنهان کنند، از فعالیت های آنلاین خود محافظت کنند و محدودیت های جغرافیایی را دور بزنند. علاوه بر این، ماشین های مجازی مدیریت و استقرار آسان سرورهای پروکسی را امکان پذیر می کنند و آنها را به ابزاری ارزشمند برای ارائه دهندگان خدمات پراکسی مانند OneProxy (oneproxy.pro) تبدیل می کنند.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد ماشین های مجازی (VM)، می توانید منابع زیر را بررسی کنید:
- نمای کلی مجازی سازی – VMware
- مجازی سازی مایکروسافت – TechNet
- مقدمه ای بر ماشین های مجازی – اوراکل
- پروژه Xen – مجازی سازی برای سیستم های ابری و جاسازی شده
با اتکای فزاینده به مجازی سازی و افزایش تقاضا برای محاسبات مقیاس پذیر و کارآمد، ماشین های مجازی همچنان نقش مهمی در شکل دادن به آینده فناوری ایفا خواهند کرد. از توسعه نرم افزار و رایانش ابری گرفته تا افزایش امنیت سایبری و حریم خصوصی، VM ها راه حلی همه کاره و قدرتمند برای صنایع و برنامه های مختلف ارائه می دهند.
