Ос как виртуальная машина: Страница не найдена | REG.RU

1. Ос как виртуальная машина

Чтобы успешно
решать свои задачи, современный
пользователь может обойтись без
досконального знания аппаратного
устройства компьютера. Ему не обязательно
быть в курсе того, как функционируют
различные электронные блоки и
электромеханические узлы компьютера.
Пользователь может не знать даже системы
команд процессора. Программист также
имеет дело с высокоуровневыми функциями,
которые ему предоставляет операционная
система.

Операционная
система скрывает от программиста большую
часть особенностей аппаратуры и
предоставляет возможность простой
работы с ресурсами компьютера и избавляет
программистов от необходимости напрямую
работать с аппаратурой и берет на себя
все другие операции, связанные с
управлением аппаратными устройствами
компьютера.

В результате
реальная машина, способная выполнять
только небольшой набор элементарных
действий, определяемых ее системой
команд, превращается в виртуальную
машину, выполняющую широкий набор более
мощных функций. Виртуальная машина тоже
управляется командами, но это уже команды
более высокого уровня: удалить файл с
определенным именем, запустить на
выполнение прикладную программу,
повысить приоритет задачи. Назначение
ОС состоит в предоставлении
пользователю/программисту некоторой
расширенной виртуальной машины, которую
легче программировать и с которой легче
работать, чем непосредственно с
аппаратурой, составляющей реальный
компьютер или реальную сеть.

В соответствии со
вторым подходом функцией ОС является
распределение процессоров, памяти,
устройств и данных между процессами,
конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна
управлять всеми ресурсами вычислительной
машины таким образом, чтобы обеспечить
максимальную эффективность ее
функционирования. Критерием эффективности
может быть, например, пропускная
способность или реактивность системы.

Ресурсы вычислительной
системы распределяются между процессами.
Процесс
(задача) – это единица вычислительной
работы, создаваемая ОС в результате
запуска программы на выполнение.
Программа – статический объект – файл
с кодами и данными на носителе. Процесс
– динамический объект, возникающий
после запуска программы на выполнение.

Управление ресурсами
включает решение общих, не зависящих
от типа ресурса задач:

— планирование
ресурса — то есть определение, какому
процессу, когда и в каком количестве
(если ресурс может выделяться частями)
следует выделить данный ресурс;

— удовлетворение
запросов на ресурсы;

— отслеживание
состояния и учет использования ресурса
— то есть поддержание оперативной
информации о том, занят или свободен
ресурс и какая доля ресурса уже
распределена;

— разрешение
конфликтов между процессами.

Для решения этих
общих задач управления ресурсами разные
ОС используют различные алгоритмы, что
и определяет их облик в целом, включая
характеристики производительности,
область применения и даже пользовательский
интерфейс. Например, алгоритм управления
процессором в значительной степени
определяет, является ли ОС системой
разделения времени, системой пакетной
обработки или системой реального
времени.

Сложность задачи
организации эффективного использования
ресурсов определяется случайным
характером возникновения запросов на
потребление ресурсов. В мультипрограммной
системе создаются очереди заявок от
процессов к разделяемым ресурсам. ОС
организует обслуживание этих очередей
по различным алгоритмам.

Управление ресурсами
составляет важную часть функций любой
операционной системы, в особенности
мультипрограммной. В отличие от функций
расширенной машины большинство функций
управления ресурсами выполняются
операционной системой автоматически
и программисту недоступны.

Типы виртуальных машин | Smart Office

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.

Сегодня задачи и цели использования ВМ изменились, однако принцип остался прежним.

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.

Что касается инструмента для создания ВМ, то это простое приложение, которое можно установить под любую популярную ОС. Операционная система, внутри которой создается виртуальное пространство, называется хозяйской.

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.

Однако полная виртуализация не является унифицированным решением для всех, к примеру, не подходит для облака.

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.

Данный метод имеет наибольшую производительность, так как не предполагает мощной эмуляции и сильного контроля над доступом к железу компьютера. Все решается средствами хостовой операционной системы. При этом собирать программы в таких ВМ достаточно просто.

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.

Контейнеры

и виртуальные машины (ВМ): в чем разница?

Все, что вам нужно знать, чтобы разобраться в спорах о контейнерах и виртуальных машинах и о том, почему популярность контейнеров растет.

Если вы только недавно начали знакомиться с инструментами виртуализации, вам может быть интересно, в чем разница между технологиями контейнеров и виртуальных машин (ВМ). Контейнеры стали доминирующей силой в облачной разработке, поэтому важно понимать, чем они являются, а чем нет. Хотя контейнеры и виртуальные машины имеют разные и уникальные характеристики, они похожи тем, что повышают эффективность ИТ, обеспечивают переносимость приложений и улучшают DevOps и жизненный цикл разработки программного обеспечения.

Как работает виртуализация

Виртуализация — это процесс, при котором программное обеспечение используется для создания уровня абстракции над компьютерным оборудованием, что позволяет разделить аппаратные элементы одного компьютера на несколько виртуальных компьютеров.

Используемое программное обеспечение называется гипервизор – небольшой уровень, позволяющий нескольким операционным системам работать параллельно друг с другом, используя одни и те же физические вычислительные ресурсы. Когда гипервизор используется на физическом компьютере или сервере (также известном как сервер без операционной системы) в центре обработки данных, он позволяет физическому компьютеру отделить свою операционную систему и приложения от своего оборудования. Затем он может разделиться на несколько независимых «виртуальных машин».

В следующем видеоролике более подробно рассматривается технология виртуализации:

Что такое виртуальные машины?

Виртуальные машины (ВМ) — это технология для создания виртуализированных вычислительных сред. Они существуют уже довольно давно и считаются основой облачных вычислений первого поколения.

Проще говоря, виртуальная машина – это эмуляция физического компьютера. Виртуальные машины позволяют командам запускать несколько компьютеров с несколькими операционными системами на одном компьютере. Виртуальные машины взаимодействуют с физическими компьютерами с помощью облегченных программных уровней, называемых гипервизорами. Гипервизоры могут отделять виртуальные машины друг от друга и распределять между ними процессоры, память и хранилище.

ВМ также называются виртуальными серверами, экземплярами виртуальных серверов и виртуальными частными серверами.

Что такое контейнеры?

Контейнеры — это более легкий и гибкий способ управления виртуализацией. Поскольку они не используют гипервизор, вы можете быстрее выделять ресурсы и быстрее получать доступ к новым приложениям.

Вместо того, чтобы запускать всю виртуальную машину, контейнеризация объединяет все необходимое для запуска одного приложения или микросервиса (вместе с библиотеками среды выполнения, которые им необходимы). Контейнер включает в себя весь код, его зависимости и даже саму операционную систему. Это позволяет запускать приложения практически где угодно — на настольном компьютере, в традиционной ИТ-инфраструктуре или в облаке.

Контейнеры используют форму виртуализации операционной системы (ОС). Проще говоря, они используют функции основной операционной системы для изоляции процессов и контроля доступа процессов к процессорам, памяти и рабочему пространству.

Контейнеры существуют уже несколько десятилетий, но все согласны с тем, что современная эра контейнеров началась в 2013 году с появлением Docker, платформы с открытым исходным кодом для создания, развертывания и управления контейнерными приложениями. Узнайте больше о Docker, контейнерах Docker, Dockerfiles (файле сборки образа контейнера) и о том, как экосистема развивалась с технологией контейнеров за последнее десятилетие.

Контейнеры и виртуальные машины: в чем разница?

В традиционной виртуализации гипервизор виртуализирует физическое оборудование. В результате каждая виртуальная машина содержит гостевую ОС, виртуальную копию оборудования, необходимого ОС для работы, а также приложение и связанные с ним библиотеки и зависимости. ВМ с разными операционными системами можно запускать на одном физическом сервере. Например, виртуальная машина VMware может работать рядом с виртуальной машиной Linux, которая работает рядом с виртуальной машиной Microsoft и т. д.

Вместо виртуализации базового оборудования контейнеры виртуализируют операционную систему (обычно Linux или Windows), поэтому каждый отдельный контейнер содержит только приложение, его библиотеки и зависимости. Контейнеры маленькие, быстрые и портативные, потому что, в отличие от виртуальной машины, контейнеры не должны включать гостевую ОС в каждом экземпляре, а вместо этого могут просто использовать функции и ресурсы хост-ОС.

Как и виртуальные машины, контейнеры позволяют разработчикам улучшить использование ЦП и памяти физических машин. Однако контейнеры идут еще дальше, поскольку они также позволяют создавать микросервисные архитектуры, в которых компоненты приложений можно развертывать и масштабировать более детально. Это привлекательная альтернатива масштабированию всего монолитного приложения, потому что один компонент борется с нагрузкой.

В следующем видео Найджел Браун подробно рассматривает, чем контейнеры отличаются от ВМ:

Почему именно контейнеры?

Хотя причин для использования виртуальных машин по-прежнему много, контейнеры обеспечивают уровень гибкости и переносимости, идеально подходящий для многооблачного мира. Когда разработчики создают новые приложения, они могут не знать всех мест, где их нужно будет развернуть. Сегодня организация может запускать приложение в своем частном облаке, но завтра ей может потребоваться развернуть его в общедоступном облаке от другого поставщика. Контейнеризация приложений обеспечивает командам необходимую гибкость для работы с многочисленными программными средами современных ИТ.

Контейнеры также идеально подходят для конвейеров автоматизации и DevOps, включая реализацию непрерывной интеграции и непрерывного развертывания (CI/CD).

Управление контейнерами для многооблачной среды

Несмотря на многочисленные преимущества контейнеров и множество вариантов использования, в которых они являются лучшим вариантом, у них есть свои проблемы. Крупные корпоративные приложения могут включать в себя огромное количество контейнеров, а управление контейнерами создает серьезные проблемы для команд. Как получить представление о том, что и где выполняется? Как вы решаете такие важные вопросы, как безопасность и соответствие требованиям? Как вы последовательно управляете своими приложениями?

Большинство предприятий обращаются к решениям с открытым исходным кодом, таким как Kubernetes, и Kubernetes уже запускает контейнеры в большинстве ситуаций для многих организаций.

Чтобы узнать о решении корпоративного уровня для Kubernetes, прочитайте о IBM Cloud Kubernetes Service.

Виртуальная машина — Javatpoint