Что такое ВМ?
Виртуальная машина (ВМ) — это программная эмуляция или виртуализация реальной вычислительной системы, которая предоставляет все функции физического компьютера, но существует в виде программного обеспечения. Она заменяет необходимость в физической вычислительной инфраструктуре или оборудовании, создавая среду для развертывания программных приложений.
Проще говоря, виртуальная машина — это специализированное программное обеспечение, имитирующее работу физического компьютера.
Виртуальная машина (также называемая гостевой системой) создаётся на базе физического компьютера (хост-машины) и использует его вычислительные ресурсы, такие как процессорные ядра и оперативную память. Одна хост-машина может поддерживать несколько независимых виртуальных машин, каждая из которых обладает:
- Собственной операционной системой
- Выделенной оперативной памятью
- Дисковым хранилищем
- Процессором
- Сетевым интерфейсом
При этом виртуальные машины работают изолированно друг от друга, что предотвращает конфликты между системами и обеспечивает их стабильную работу независимо от других ВМ на том же физическом сервере.
Операционная система, установленная на хост-машине, называется хостовой ОС, а операционная система внутри виртуальной машины — гостевой ОС. Каждая гостевая ОС запускается и работает в отдельном окне на хостовой системе, подобно обычной программе.
С помощью виртуальных машин можно одновременно запускать различные операционные системы на одном физическом устройстве. Например, на одной хост-машине могут работать виртуальные машины с macOS и Linux. Каждая виртуальная машина обеспечивает практически такой же пользовательский опыт, как и работа на физическом компьютере.
Однако виртуальные машины не взаимодействуют напрямую с аппаратными компонентами компьютера. Для этого используется тонкий программный слой — гипервизор, который управляет их работой и координирует взаимодействие между виртуальными машинами и физическим оборудованием.
Гипервизор распределяет ресурсы физического компьютера (например, процессор, оперативную память и хранилище) между виртуальными машинами, обеспечивая их изоляцию и предотвращая взаимное влияние.
Зачем нужны виртуальные машины?
Необходимость виртуальных машин можно объяснить на конкретном примере — разработке и тестировании кроссплатформенных программных приложений.
Представьте, что разработчики и тестировщики создают программное обеспечение, которое должно работать на разных операционных системах, таких как Windows, Linux и macOS. В процессе разработки требуется использовать различные среды, например Windows или macOS. Однако воссоздать эти среды на физических компьютерах может быть затруднительно.
Виртуальные машины решают эту проблему, позволяя создавать идентичные среды разработки, которые можно легко копировать на разные устройства, обеспечивая их единообразие. Это помогает избежать ситуации, когда приложение работает на одной машине, но вызывает ошибки на другой.
Кроме того, если приложение должно функционировать на нескольких платформах, развертывание отдельных физических систем для каждой из них было бы неэффективным. Виртуальные машины позволяют командам создавать изолированные среды с преднастроенными конфигурациями Windows, macOS и Linux на одном физическом сервере.
Таким образом, использование виртуальных машин значительно упрощает процесс разработки и тестирования программного обеспечения.
Характеристики виртуальных машин
Основные функции виртуальных машин включают:
- Возможность создания снапшотов, которые представляют собой мгновенные копии текущего состояния виртуальной машины.
- Поддержку технологии live migration (живая миграция), позволяющей в реальном времени переносить виртуальную машину с одного хоста на другой.
- Использование гипервизора как основного компонента для эффективного управления виртуальными машинами и распределения ресурсов.
- Возможность настройки виртуальных сетевых интерфейсов и подключения к виртуальным сетям.
Преимущества виртуальных машин
- Масштабируемость ресурсов: позволяет запускать программное обеспечение, несовместимое с хост-системой, расширяя функциональность оборудования.
- Повышенная эффективность: одновременная работа macOS и Windows на одном физическом сервере сокращает расходы и экономит пространство.
- Безопасность: компрометация одной виртуальной машины не влияет на другие ВМ, работающие на той же хост-системе.
- Гибкость: быстрое развертывание новых сред для выполнения различных задач, в том числе за счёт клонирования ВМ с предустановленной ОС.
- Дополнительные меры защиты: возможность внешнего сканирования ВМ на наличие вредоносных программ, а также использование снапшотов для мгновенного восстановления системы в случае угрозы.
Ограничения виртуальных машин
Ограничения виртуальных машин зависят от сценария использования и нагрузки. Основные аспекты, которые стоит учитывать:
- Производительность: работа виртуальных машин ограничивается вычислительными ресурсами хоста. При высокой нагрузке возможны задержки из-за необходимости взаимодействия с аппаратной частью через программный слой.
- Совместимость приложений: ПО, требующее специфического оборудования, драйверов или зависимостей, может работать некорректно в виртуальной среде. Например, графически требовательные приложения могут демонстрировать низкую производительность, что ограничивает их использование в таких сферах, как гейминг.
- Лицензионные ограничения: некоторые вендоры требуют отдельную лицензию на каждую виртуальную машину, что увеличивает стоимость эксплуатации (например, Microsoft SQL Server, Adobe Creative Cloud, VMware vSphere).
- Единая точка отказа: концентрация нескольких виртуальных машин на одном физическом сервере повышает риск одновременного выхода из строя всех ВМ при отказе хост-системы. Для минимизации этого риска необходимо предусмотреть резервное копирование и планы аварийного восстановления.
Таким образом, несмотря на преимущества, виртуальные машины сталкиваются с рядом вызовов по сравнению с физическими серверами.
Типы виртуальных машин
Виртуальные машины можно классифицировать по их назначению и функциональности. Рассмотрим основные типы:
Системные виртуальные машины
Системные виртуальные машины имитируют полноценную операционную систему, предоставляя доступ к физическим ресурсам хоста, таким как ОЗУ и хранилище. Например, они позволяют ПК с Windows запускать macOS, эмулируя среду Mac.
Эти виртуальные машины работают в отдельных изолированных разделах на физическом сервере или рабочей станции. Каждый раздел имеет собственную операционную систему, конфигурацию, приложения и службы. Гипервизор управляет распределением ресурсов между виртуальными машинами, обеспечивая их стабильную работу.
Процессные виртуальные машины
Процессные виртуальные машины, также известные как виртуальные машины приложений или среды управляемого выполнения (MRE), позволяют запускать определённые инструменты, как если бы они были встроены в систему. Например, виртуальная машина Java (JVM) даёт возможность Windows-хосту исполнять Java-приложения.
Какие задачи решают виртуальные машины?
Виртуальные машины — это универсальный инструмент, который помогает справляться с различными проблемами. Вот ключевые задачи, которые можно решить с их помощью:
- Недостаточная загрузка серверов. Объединение нескольких приложений на одном сервере повышает его использование, оптимизируя операционные расходы и сокращая количество простаивающего оборудования.
- Высокие затраты на оборудование и неэффективное использование ресурсов. Консолидация нескольких приложений на одном сервере снижает капитальные затраты, а также уменьшает потребность в физическом пространстве и электроэнергии. Например, вместо запуска 10 приложений на отдельных серверах можно разместить 10 виртуальных машин на одном сервере.
- Гибкость и экономическая эффективность для мобильных приложений и удалённой работы. Виртуализация помогает управлять затратами в условиях динамично меняющихся требований бизнеса, позволяя развертывать и масштабировать рабочие среды под конкретные задачи.
- Минимизация простоев во время обновлений и технического обслуживания. Виртуальные машины позволяют обновлять отдельные приложения без влияния на всю серверную инфраструктуру, обеспечивая непрерывность работы критически важных сервисов.
- Изоляция уязвимых приложений и снижение рисков безопасности. Ошибки или уязвимости в одном приложении не оказывают влияния на другие виртуальные машины, что повышает общую устойчивость ИТ-инфраструктуры.
- Упрощение управления сложными корпоративными системами. Виртуальные машины обеспечивают гибкое управление, масштабирование и адаптацию инфраструктуры в соответствии с изменяющимися бизнес-задачами.
- Оптимизация ресурсов в сторонних облачных средах. Виртуализация упрощает управление ресурсами в облаке, обеспечивая гибкость и масштабируемость. Однако необходимо тщательно контролировать развертывание, планировать потребление ресурсов и учитывать затраты, чтобы избежать неожиданных расходов.
Что такое виртуализация?
Виртуализация — это процесс создания абстрактного слоя с помощью программного обеспечения, который отделяет операционную систему от физической аппаратной платформы и приложений.
Виртуализация является ключевым элементом облачных вычислений и позволяет создавать виртуальные ресурсы, такие как серверы, рабочие столы, операционные системы, файлы, хранилище и сети.
В традиционной (невиртуализированной) вычислительной среде операционная система хоста взаимодействует напрямую с физическим оборудованием и его драйверами, а приложения работают поверх ОС.
Однако в виртуализированной среде между операционной системой и оборудованием действует программное обеспечение виртуального мониторинга машин (VMM, гипервизор). Оно выполняет роль посредника, позволяя создавать, управлять и контролировать работу виртуальных машин (ВМ) на физическом сервере.
Преимущества виртуализации
- Создание нескольких виртуальных машин на одном сервере. Позволяет тестировать разные среды без необходимости приобретения отдельного оборудования.
- Функция создания снимков (снапшотов). Позволяет сохранять текущее состояние ВМ и быстро восстанавливать его. Это удобно для тестирования и отладки.
- Масштабируемость. Можно быстро развернуть дополнительные ВМ в зависимости от требований, например, для нагрузочного тестирования.
- Поддержка DevOps. Инструменты, такие как Docker, Kubernetes и Vagrant, упрощают управление виртуальными машинами и их интеграцию в процесс разработки.
Типы виртуализации
Существует несколько видов виртуализации, включая виртуализацию приложений, рабочих столов, сетей, аппаратного обеспечения, хранилища, серверов и центров обработки данных. Рассмотрим ключевые типы:
- Виртуализация приложений. Позволяет пользователям удалённо запускать приложения с серверов. Все данные и настройки хранятся на сервере, но приложение работает на локальном устройстве. Это полезно, например, если требуется использовать две разные версии одной программы.
- Сетевая виртуализация. Позволяет создавать несколько логических сетей на одной физической сети. Это упрощает управление сетевыми ресурсами и ускоряет развертывание виртуальных сетей, маршрутизаторов, межсетевых экранов, VPN и балансировщиков нагрузки.
- Виртуализация рабочих столов. Позволяет пользователям удалённо работать с операционной системой, хранящейся в дата-центре. Это особенно полезно для тех, кому требуется доступ к специфическим ОС, помимо Windows Server. Основные преимущества: мобильность, удобство развертывания и централизованное управление обновлениями.
- Виртуализация хранилища. Объединяет несколько физических накопителей в единый виртуальный пул, упрощая управление ресурсами и повышая отказоустойчивость системы.
- Виртуализация серверов. Позволяет создавать несколько независимых виртуальных серверов на одном физическом сервере. Каждая ВМ имеет собственную ОС, IP-адрес и процессорные ресурсы. Это улучшает использование оборудования, снижает затраты и упрощает перенос ВМ между серверами.
- Виртуализация данных. Объединяет данные из разных источников и предоставляет единый логический доступ без привязки к физическому местоположению. Это упрощает обработку информации и её интеграцию в облачные сервисы.
Кроме того, существуют виртуализация сервисов и паравиртуализация. Их не следует путать:
- Виртуализация серверов делит физическое устройство на несколько изолированных виртуальных серверов, каждый из которых может запускать свою ОС и приложения.
- Виртуализация сервисов позволяет разработчикам имитировать поведение зависимых систем (например, баз данных, API), что упрощает тестирование новых приложений.
Как работают виртуальные машины?
Виртуальная машина использует гипервизор (виртуальный монитор машин, Virtual Machine Monitor, VMM) для преобразования физических ресурсов в виртуальные. Это позволяет запускать несколько виртуальных сред на одном физическом сервере.
Гипервизор эмулирует основные компоненты и аппаратные ресурсы хоста, управляя распределением вычислительных мощностей между виртуальными машинами (ВМ) в зависимости от их потребностей и возможностей оборудования. Таким образом, одна физическая машина может быть разделена на несколько независимых ВМ.
Каждая виртуальная машина работает автономно, имея свою операционную систему и приложения. Однако все они совместно используют аппаратные ресурсы хост-сервера — процессор, оперативную память, дисковое пространство и т. д.
Контейнеры и виртуальные машины
При изучении виртуализации важно понимать разницу между контейнерами и виртуальными машинами.
🔹 Виртуальные машины (ВМ)
- Полностью эмулируют компьютер, включая виртуальное оборудование.
- Каждая ВМ имеет свою операционную систему.
- Используют гипервизор для управления ресурсами.
- Хорошо подходят для изоляции приложений и запуска разных ОС на одном сервере.
🔹 Контейнеры
- Виртуализируют только программное окружение, а не аппаратное обеспечение.
- Запускаются на одном ядре операционной системы хоста.
- Легковесны, запускаются быстрее и потребляют меньше ресурсов.
- Идеальны для микросервисной архитектуры, где каждый контейнер выполняет отдельную функцию.
Так как несколько контейнеров могут работать внутри одной виртуальной машины, эти технологии часто применяются вместе. Хотя это немного увеличивает нагрузку, запуск контейнеров в ВМ добавляет дополнительный уровень безопасности.
Лучшее решение для защиты ВМ - Vinchin Backup & Recovery
Виртуализация стала неотъемлемой частью современной ИТ-инфраструктуры, а виртуальные машины играют ключевую роль в обеспечении бизнес-процессов. Они позволяют эффективно использовать вычислительные ресурсы, обеспечивая гибкость, масштабируемость и высокую доступность. Однако с ростом их значимости возрастает и потребность в надежной защите данных. Любые сбои, утрата информации или простои могут привести к серьезным финансовым и операционным потерям, поэтому обеспечение целостности данных и бесперебойной работы ВМ становится приоритетной задачей для компаний.
Vinchin Backup & Recovery идеально подходит для решения этих задач, предоставляя надежные решения для защиты данных и эффективного управления виртуальными машинами. Программное обеспечение Vinchin совместимо с большинством популярных виртуальных машин, таких как VMware, Hyper-V, Proxmox и других, что делает его универсальным инструментом для защиты данных на различных виртуализированных платформах.
Основные преимущества Vinchin Backup & Recovery:
- Защита данных виртуальных машин:
Vinchin Backup & Recovery эффективно защищает данные, находящиеся на виртуальных машинах, используя как локальное, так и облачное резервное копирование. Это позволяет минимизировать риски потери данных, связанных с аппаратными сбоями, ошибками пользователей или атаками на систему. - Снижение затрат на управление виртуальными машинами:
С помощью централизованного управления резервными копиями и восстановлением данных, Vinchin позволяет значительно сократить затраты на управление виртуальной инфраструктурой. Больше не нужно вручную настраивать и управлять резервным копированием для каждой отдельной виртуальной машины. Это ускоряет процессы администрирования и повышает эффективность работы ИТ-отдела. - V2V миграция (Virtual to Virtual):
Функция V2V миграции от Vinchin помогает предприятиям безболезненно перемещать виртуальные машины с одной платформы на другую. Это особенно полезно при необходимости обновления оборудования или смены провайдера виртуализации. С помощью V2V миграции организациям не нужно беспокоиться о потерях данных или времени, поскольку весь процесс происходит быстро и без сбоев, что существенно ускоряет переход на новую инфраструктуру. - Гибкость и масштабируемость:
Vinchin Backup & Recovery предоставляет возможность масштабирования и адаптации решений под нужды бизнеса. Это позволяет компаниям эффективно управлять резервным копированием и восстановлением в условиях роста виртуализированной среды, независимо от размера организации. - Безопасность и восстановление после атак:
В случае заражения вирусами или других кибератак, Vinchin Backup & Recovery гарантирует, что виртуальные машины можно быстро восстановить до последнего надежного состояния благодаря функции создания снимков (snapshot). Это позволяет минимизировать потери данных и быстро восстановить работу бизнес-систем в случае инцидента.
В заключение, Vinchin Backup & Recovery — это мощное и универсальное решение для защиты данных виртуальных машин, которое помогает организациям сократить затраты на управление виртуальной инфраструктурой, обеспечить надежность данных и упростить процессы миграции. С его помощью можно гарантировать безопасность и целостность данных на всех этапах виртуализации.