ما هو الجهاز الظاهري؟

A virtual machine (VM) is an emulated or digital version of a physical computer. Virtual machines can be used to run different operating systems and applications, store data, connect to networks, as well as perform other tasks like a physical device. Virtual machines run on a physical device called a host or parent server. And a virtual machine is called a guest or child.

في هذه المقالة، سأشرح كيفية عمل الآلات الظاهرية وكيف تختلف عن الحاويات. سأوضح أيضًا بعض أهم حالات الاستخدام للآلات الظاهرية، بما في ذلك تطوير البرمجيات عبر الأنظمة والتحقيق في البرمجيات الخبيثة.

كيف تعمل الآلة الظاهرية؟

أساسًا، تتيح تقنية الافتراض تكوين عدة آلات ظاهرية وتشغيلها في وقت واحد على جهاز مضيف واحد. على سبيل المثال، يمكن لجهاز مضيف يعمل بنظام ويندوز تشغيل آلات ظاهرية مختلفة تعمل بنظام ويندوز، CentOS، Ubuntu، وتوزيعات Linux الأخرى.

A virtual server uses hypervisor software to interact with the underlying physical hardware. It makes it possible to keep VMs separate and evenly allocate host resources (CPUs, storage, and memory) to each VM guest as needed. The hypervisor can also schedule operations to prevent deadlocks.

نوعا البرمجيات المضيفة

هناك نوعان رئيسيان من البرمجيات المضيفة التي تستخدم في التقنية الظاهرية.

النوع 1 من برمجيات المضيفة (آلة ظاهرية للعملية)

أولًا، يعمل Hypervisor من النوع 1، المعروف أيضًا بـ bare-metal hypervisor ، بشكل أصلي على الحاسوب الفعلي. عادةً ما يتطلب استخدام أداة إدارة منفصلة لإنشاء/إدارة الآلات الافتراضية وإدارة الصلاحيات على Hypervisor. Microsoft Hyper-V و Citrix Hypervisor هما أمثلة على Hypervisors من النوع 1.

Hypervisors من النوع 2 (أنظمة الآلات الافتراضية)

A type 2 hypervisor, also known as a hosted hypervisor, can run as an application on the host OS. It allows users to manually create a virtual machine instance and install a guest operating system.

يعمل Hypervisor من النوع 2 بشكل أبطأ نسبيًا لأن كل طلب لآلة افتراضية يجب توجيهه إلى نظام التشغيل المضيف. إنه مناسب للأفراد والمطورين والشركات الصغيرة التي لا تستطيع شراء خوادم مخصصة. وتشمل بعض الأمثلة الشائعة على Hypervisors من النوع 2 Oracle VirtualBox و VMware Workstation .

ما هي التقنية الافتراضية؟

التقنية الافتراضية هي تقنية تشمل إنشاء طبقة تجريد فوق الجهاز المضيف الفعلي. إنها تساعد في تقسيم موارد الأجهزة (المعالج، الذاكرة العشوائية، والتخزين) لجهاز كمبيوتر واحد إلى أجهزة كمبيوتر افتراضية مختلفة تسمى الآليات الافتراضية.

كل آلية افتراضية تعمل كجهاز مستقل بنظام تشغيل خاص به. إنها حلاً فعالاً من حيث التكلفة للمؤسسات التي ترغب في تشغيل أنظمة تشغيل متعددة وتطبيقات على خادم فيزيائي واحد.

خمسة أنواع من التقنية الافتراضية

هناك خمسة أنواع شائعة للتقنية الافتراضية: تقنية الأجهزة، وتقنية البرمجيات، وتقنية التخزين، وتقنية الشبكات، وتقنية سطح المكتب.

1. تقنية الأجهزة الافتراضية

تقنية الأجهزة الافتراضية، المعروفة أيضًا باسم تقنية خوادم الافتراضيات، هي تقنية تسمح للمستخدمين بإنشاء نسخ افتراضية من الحواسيب وأنظمة التشغيل. إنها تُمكّن من تشغيل عدة أنظمة تشغيل متزامنة على نفس الجهاز الفعلي. كما تحسن تقنية الأجهزة الافتراضية استخدام موارد الأجهزة.

2. تقنية البرمجيات الافتراضية

تعتبر تقنية الافتراض البرمجي هي طريقة تمكن الجهاز الرئيسي من تشغيل عدة حواسب افتراضية. وتستغل هذه التقنية برامج الهايبرفايزر لتوزيع الموارد العتادية (مثل التخزين والمعالجات والذاكرة) بين حواسب الافتراضية المختلفة. على سبيل المثال، يمكن تشغيل توزيعة لينكس في حاسب افتراضي على حاسب يعمل بنظام تشغيل ويندوز.

3. افتراض التخزين

يقوم افتراض التخزين بدمج التخزين العتادي من أجهزة التخزين الشبكية المتعددة ليبدو كقرص افتراضي واحد. وله فوائد مختلفة بما في ذلك تقليل التكاليف وتوازن العبء والتخطيط للاستعادة من الكوارث، وتحسين الأداء والسرعة.

4. افتراض الشبكة

يعد افتراض الشبكة هو عملية تُستخدم لتجميع الشبكات الفعلية في شبكة افتراضية معتمدة على البرمجيات من أجل توزيع النطاق الترددي المتاح في قنوات مختلفة وتخصيصها للأجهزة والخوادم. وهو يقدم فوائد مثل تحسين الأمان والموثوقية وسرعة الشبكة.

5. افتراض سطح المكتب

يُمكن افتراض سطح المكتب المستخدمين من محاكاة حمل العمل حتى يمكن الوصول إليه من أي مكان على أي جهاز. وتشمل الفوائد الأساسية لهذه التقنية توفير التكاليف وتحسين تحسين الاستفادة من الموارد وتعزيز أمان البيانات وتسهيل الإدارة.

ما هي الفوائد الرئيسية لاستخدام حواسب افتراضية؟

توفر آليات التشغيل الظاهري فوائد متعددة لكل من المستخدمين النهائيين ومسؤولي تكنولوجيا المعلومات. إليك قائمة ببعض الميزات التي تجعل الأجهزة الظاهرية جذابة للغاية في بيئات الشركات:

1. الحوسبة السحابية

توفر تكنولوجيا الظاهرة الهندسة المعمارية الأساسية للحوسبة السحابية. تُمكّن الشركات من نشر وترحيل الأجهزة الظاهرية الخاصة بالسحابة إلى بيئات الخوادم داخل الشركة والاستفادة من السحابات الهجينة.

ومن الممكن أيضًا على المؤسسات تخصيص وتغيير موارد السحابة في الوقت الفعلي لتلبية متطلبات الاستخدام الديناميكية لديهم. تُعد خدمات الأجهزة الظاهرية القائمة على السحابة شائعة لتشغيل تطبيقات SaaS ونسخ احتياطية للبيانات، واستضافة خدمات البريد الإلكتروني وإدارة الوصول.

2. كفاءة التكلفة

تتيح الأجهزة الظاهرية للمؤسسات إنشاء وتشغيل عدة حالات للأجهزة الظاهرية على خادم واحد. نظرًا لأن تكاليف تكنولوجيا المعلومات يمكن أن تكون تحديًا حقيقيًا للشركات، يمكن للأجهزة الظاهرية المساعدة في زيادة كفاءة التكلفة من خلال استخدام أدنى موارد للأجهزة المادية. على سبيل المثال، يمكن لمسؤولي تكنولوجيا المعلومات استخدام جهاز خادم واحد لنشر تطبيقات مختلفة في بيئة الشركة.

3. الأمان

المستخدمون يمكنهم إنشاء بيئات افتراضية لتعزيز الأمان ومنع البرمجيات الضارة من التأثير على الأجهزة الأساسية ونظام التشغيل. من الممكن أن يعود المستخدمون بسرور وبسهولة إلى إصدارات سابقة للأماكن الافتراضية المخربة في حالة هجوم إلكتروني.

أما المطورون فيمكنهم استخدام الأماكن الافتراضية لاختبار تحديثات البرامج والتطبيقات قبل إطلاقها للمستخدمين الإنتاجيين. تساعد الأماكن الافتراضية أيضًا الباحثين على اختبار البرمجيات الضارة.

4. القابلية للتوسعة والنقل

يتيح التكنولوجيا الافتراضية للعملاء نشر أنواع مختلفة من الأماكن الافتراضية بسرور وبسرعة بنظام التشغيل الذي يختارونه ومجموعة معينة من الموارد. يمكن أن تساعد الأماكن الافتراضية المنظمات أيضًا على الاستجابة للتغيرات في حجم العمليات. يمكن أن توفر أيضًا الوقت والجهد الإضافي اللازم لتثبيت أنظمة التشغيل المختلفة على الخوادم المادية.

5. نقل العمليات

تُشار إلى الأجهزة الافتراضية بأنها “الحزم المكونة من أجزاء” المفصولة عن الكمبيوتر المادي. هذا يجعل من السهل على فرق الأمن السيبراني نقل العمليات إلى أجهزة أسرع، ونقل الأماكن الافتراضية من خادم إلى آخر، وكذلك التعافي من الإخفاقات.

6. استعادة الكوارث

يمكن للمنظمات استخدام الأجهزة الافتراضية لنسخ أنظمتهم في بيئات السحابة. هذه القدرة توفر طبقة إضافية من الأمان وتقلل من خطر خسارة البيانات في سيناريوهات مثل فشل الأجهزة.

7. دعم DevOps

الأجهزة الافتراضية توفر أقصى درجة من المرونة في دعم مطوري الشركات. يمكنهم إنشاء بيئات معزولة بكامل وظائفها لعملية التطوير والاختبار البرمجيات. تسمح الأجهزة الافتراضية للمطورين أيضًا بتشغيل واختبار برامج غير متوافقة على أنظمة التشغيل المختلفة.

آليات التشغيل الافتراضية مقابل الحاويات

تمامًا مثل الأجهزة الافتراضية، الحاويات تجعل من الممكن تشغيل التطبيقات التي معزولة عن النظام الأساسي للمضيف. ومع ذلك، دعونا نلقي نظرة فاحصة على الاختلافات الرئيسية بين الأجهزة الافتراضية والحاويات:

Virtual Machines	Containers
Hardware-level process isolation	Operating system-level process isolation
A virtual machine offers complete isolation of apps from the host OS	Containers can share some resources with the host OS
VMs use a few GBs of system memory	Containers require less memory space (KBs or MBs)
Each VM has a dedicated OS	Containers can share OS resources
VM is more secure	Containers are less secure
Boots in minutes	Boots in seconds
VMs consume more system resources	Containers consume fewer resources
VMs can move between hardware	Containers are destroyed and recreated
VM creation takes a considerable amount of time	Users can create containers within a few seconds
Users can run any OS inside the VM	Users can only run containers on the same OS version as the host
Some popular use cases of VMs are running multiple applications, monolithic applications, and legacy apps on older OS.	Containers are best for running web apps, DevOps testing, and microservices.

الاستخدامات الرئيسية للأجهزة الافتراضية

تتضمن الأجهزة الافتراضية العديد من الاستخدامات لكل من المستخدمين النهائيين ومسؤولي النظام الأوروبي. وفيما يلي بعض الأمثلة:

1. اختبار أنظمة تشغيل جديدة

تمكن الأجهزة الافتراضية المستخدمين من تشغيل أنظمة تشغيل مختلفة على جهاز مادي واحد. وهذا يعني أنه يمكن للمستخدمين اختبار ميزات جديدة دون التأثير على نظامهم الأساسي.

إذا كنت Windows Insider، قد تشعر بالإغراء لاستخدام الآلات الافتراضية لاختبار بناءات Windows 11 الاستعراضية القادمة من قناة التطوير. يمكن أن تكون هذه البناءات غير مستقرة بشكل كبير، على أي حال يمكن إعادة إنشاء الآلة الافتراضية وإعادة تثبيت نظام التشغيل إذا فشلت الآلة الافتراضية في التمهيد لأي سبب ما.

2. تشغيل البرامج القديمة أو البرامج غير المتوافقة

حالة استخدام شائعة أخرى للآلات الافتراضية هي القدرة على استخدام تطبيقات البرامج القديمة في بيئات المؤسسات. تسمح الآلات الافتراضية للمستخدمين بتشغيل البرامج التي لا تدعمها أنظمتهم التشغيلية الحالية.

3. التحقيق في البرمجيات الخبيثة

غالبًا ما يحتاج الباحثون في البرامج الخبيثة إلى آلات جديدة لاختبار البرامج الضارة أو التطبيقات. هنا تأتي الآلات الافتراضية بفائدتها. يمكنهم اختبار البرمجيات في آلة افتراضية بدلاً من خطر الإصابة على الجهاز المضيف الفعلي.

4. تطوير البرمجيات متعددة المنصات

تمكّن تقنية التشغيل الافتراضي المطورين ومختبري البرمجيات من اختبار تطبيقاتهم عبر عدة منصات. على سبيل المثال، يمكن لفريق من المطورين استخدام آلات افتراضية متنوعة لاختبار إصدارات مختلفة من تطبيق في بيئة محاكاة.

5. جلسات تدريبية

من المهم أن تعمل أجهزة الكمبيوتر في غرف التدريب بنظام تشغيل متعدد. تتيح الآلات الظاهرية للمدربين إجراء جلسات تدريبية تقلّد سيناريوهات الأعمال والبيئات المختلفة.

6. التصفح الآمن

وأخيرًا، يمكن للآلات الظاهرية أن تساعد في ضمان تجربة تصفح آمنة للمستخدمين. يُمكن أخذ لقطة للآلة الظاهرية في حالتها الحالية ثم إعادتها في حالة الإصابة بالبرمجيات الخبيثة. يمكن للمستخدمين إما إعداد مراقب النوع 2 أو طلب من مسؤول تكنولوجيا المعلومات منحهم وصولًا مؤقتًا إلى سطح مكتب افتراضي مستضاف على سيرفر.

الاستنتاج

باختصار، الآلات الظاهرية هي حلاً فعالاً من حيث التكلفة يتيح لفرق تكنولوجيا المعلومات توزيع موارد النظام بكفاءة وإدارة مجموعات كبيرة من الكمبيوترات. لكن الآلات الظاهرية لها مزايا وعيوب مختلفة، وعادةً ما تستخدم المؤسسات نهجًا هجينًا (آلات فعلية وظاهرية) اعتمادًا على احتياجاتها التجارية.