ماشین مجازی یا Virtual Machines به عنوان یکی از تکنولوژی های کلیدی در دنیای فناوری اطلاعات، تحول بزرگی در چگونگی استفاده از کامپیوترها و منابع سخت افزاری ایجاد کرده است. ماشین مجازی امکان اجرای چندین سیستم عامل را به صورت همزمان بر روی یک کامپیوتر فراهم می‌کند، به طوری که هر کدام از آن ها به صورت کاملا مستقل عمل می‌کنند و با رشد روزافزون نیاز به انعطاف پذیری، امنیت و صرفه جویی در منابع، به انتخابی محبوب میان توسعه دهندگان، مدیران شبکه و سازمان ها تبدیل شده‌اند. این فناوری نه تنها در توسعه و آزمایش نرم افزار کاربرد دارد، بلکه پایه و اساس ایجاد سرور مجازی نیز محسوب می‌شود. در واقع با استفاده از ماشین های مجازی می‌توان منابع یک سرور فیزیکی را به چندین سرور مجازی تقسیم کرد، که هر کدام قابلیت میزبانی وبسایت ها و اپلیکیشن ها را به صورت جداگانه دارند. در این مقاله با مفهوم ماشین های مجازی، نحوه عملکرد، مزایا، معایب و کاربردهای آن ها آشنا خواهیم شد و نرم افزارهای مجازی ساز مطرح در این حوزه را بررسی خواهیم کرد.
ماشین مجازی و نحوه عملکرد آن
ماشین مجازی (Virtual Machine) یک محیط نرم افزاری است که رفتار یک کامپیوتر فیزیکی را شبیه سازی می‌کند. این محیط به شما اجازه می‌دهد که سیستم عامل ها و برنامه های مختلف را به صورت مستقل روی یک کامپیوتر یا سرور فیزیکی اجرا کنید. هر ماشین مجازی شامل منابع مجازی مانند پردازنده، حافظه، هارد دیسک و کارت شبکه است. در واقع ماشین های مجازی این امکان را می‌دهند که چندین سیستم عامل مانند ویندوز، لینوکس یا مک به طور همزمان روی یک سخت افزار واحد اجرا شوند، بدون اینکه تداخلی با یکدیگر داشته باشند.
ماشین مجازی با استفاده از فناوری مجازی سازی (virtualization) کار می‌کند. مجازی سازی فرآیندی است که در آن منابع سخت افزاری یک سیستم فیزیکی، که به آن میزبان یا Host گفته می‌شود، به چندین بخش مستقل تقسیم می‌شود تا چندین سیستم عامل مختلف که به آن ها مهمان یا Guest گفته می‌شود، روی یک سخت افزار واحد اجرا شوند. فرآیند ساخت ماشین مجازی توسط هایپروایزر (Hypervisor) انجام می‌شود. هایپروایزر نرم افزاری است که بین سخت افزار فیزیکی و ماشین های مجازی قرار می‌گیرد و منابع را بین آن ها تقسیم و مدیریت می‌کند.
هنگام ایجاد یک ماشین مجازی، هایپروایزر منابعی مانند پردازنده، حافظه، فضای ذخیره سازی و کارت شبکه را به ماشین مجازی اختصاص می‌دهد. پس از آن هر ماشین مجازی می‌تواند سیستم عامل مستقل خود را اجرا کند. سیستم عامل مهمان می‌تواند با سیستم عامل میزبان یا سایر ماشین های مجازی ایجاد شده یکسان باشد.
انواع هایپروایزر
همانطور که پیش تر هم به آن اشاره کردیم، هایپروایزر نرم افزاری است که امکان ایجاد و مدیریت ماشین های مجازی را روی یک سیستم فیزیکی فراهم می‌کند. در واقع هایپروایزر نقش واسطه‌ای بین سخت افزار و ماشین مجازی را ایفا می‌کند و منابع سیستم مانند پردازنده (CPU)، حافظه (RAM)، دیسک و شبکه را بین ماشین های مجازی مختلف تقسیم می‌کند. هایپروایزرها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- هایپروایزر نوع 1 (Bare-Metal)این نوع از هایپروایزر مستقیما روی سخت افزار نصب می‌شود و برای دیتاسنترها و سرورهای بزرگ مناسب هستند.
- هایپروایزر نوع 2 (Hosted) روی سیستم عامل میزبان اجرا می‌شود و برای کاربران معمولی و محیط های آزمایشی مناسب است.
کاربردهای ماشین مجازی
ماشین های مجازی به دلیل انعطاف پذیری بالا، کاهش هزینه ها و افزایش امنیت در دیتاسنترها، توسعه نرم افزار و ... به کار می‌روند. در ادامه مهم ترین کاربردهای ماشین مجازی را بررسی می‌کنیم.
مجازی سازی سرورها
یکی از مهم ترین کاربردهای ماشین مجازی، مجازی سازی سرورها است که به شرکت ها و دیتاسنترها اجازه می‌دهد چندین سرور مجازی را روی یک سرور فیزیکی اجرا کنند. با مجازی سازی سرورها هزینه های سخت افزاری کاهش می‌یابد و باعث استفاده بهینه از منابع می‌شود. همچنین انعطاف پذیری سرورها افزایش پیدا کرده و مدیریت آن ها آسان تر می‌شود.
اجرای چندین سیستم عامل روی یک کامپیوتر
با استفاده از ماشین مجازی کاربران می‌توانند چندین سیستم عامل را به صورت همزمان روی یک کامپیوتر داشته باشند. با وجود این ویژگی اجرای نرم افزارهای ناسازگار روی سیستم عامل های مختلف امکان پذیر است؛ همچنین یادگیری و آموزش سیستم عامل های جدید با استفاده از ماشین مجازی راحت تر است و دیگر نیازی به تغییر یا حذف سیستم عامل اصلی نمی‌باشد.
تست و توسعه نرم افزار
برنامه نویسان و توسعه دهندگان از ماشین های مجازی برای تست نرم افزار و آزمایش برنامه ها در محیط های مختلف استفاده می‌کنند. با این کار از آسیب دیدن سیستم عامل اصلی در هنگام تست نرم افزارها جلوگیری می‌شود.
امنیت و ایزوله سازی
ماشین های مجازی محیطی ایزوله را برای تست و اجرای بدافزارها یا نرم افزارهای ناامن و مشکوک فراهم می‌کند و باعث جلوگیری از آلوده شدن سیستم عامل اصلی به بدافزارها یا ویروس ها می‌شود.
اجرای نرم افزارها و بازی های قدیمی
برخی از نرم افزارها و بازی های قدیمی فقط روی نسخه های خاصی از سیستم عامل اجرا می‌شوند. به عنوان مثال برای اجرای بازی های ویندوز XP روی ویندوز 10 می‌توان از یک ماشین مجازی استفاده کرد.
مزایا و معایب ماشین مجازی
ماشین های مجازی می‌توانند مزایا و معایب خاص خود را داشته باشند که در ادامه به بررسی آن ها می‌پردازیم.
مزایا
- یکی از مهم ترین مزایای ماشین های مجازی کاهش نیاز به سخت افزارهای متعدد است. در واقع به جای خرید چندین سرور فیزیکی می‌توان چندین سرور مجازی را روی یک سرور راه اندازی کرد.
- ماشین های مجازی دارای قابلیت مقیاس پذیری هستند که یکی از ویژگی های کلیدی و مهم محسوب می‌شوند. به این معنا که امکان استفاده بهینه از پردازنده (CPU)، حافظه (RAM) و فضای ذخیره سازی یا همان هارد دیسک را فراهم می‌کنند و می‌توان منابع را به صورت پویا بین ماشین های مجازی توزیع کرد.
- ماشین های مجازی از امنیت خوبی برخوردارند. هر ماشین مجازی کاملا مستقل از سایر ماشین های مجازی دیگر عمل می‌کند، همین امر باعث شده که اگر یک ماشین مجازی به بدافزار آلوده شود، سایر ماشین ها تحت تاثیر قرار نگیرند.
- یکی دیگر از مزایای ماشین مجازی، کاهش هزینه های عملیاتی و مصرف انرژی است. به دلیل کاهش تعداد سرورهای فیزیکی، مصرف برق و هزینه های نگهداری کمتر می‌شود.
معایب
- ماشین های مجازی به دلیل اجرای چندین سیستم عامل روی یک دستگاه یا سرور فیزیکی، عملکرد پایین تری نسبت به سرورهایی که تنها یک سیستم عامل روی آن ها اجرا می‌شود، دارند.
- برای اجرای ماشین های مجازی سرور به منابع بیشتر و قوی تری نیاز دارد. به ویژه CPU و RAM.
- اگر مشکلی در نرم افزار مجازی ساز به وجود بیاید، ممکن است تمامی ماشین های مجازی روی آن تحت تاثیر قرار بگیرند و دچار مشکل شوند.
- مدیریت تعداد زیادی از ماشین های مجازی در یک سرور فیزیکی می‌تواند پیچیده باشد و نیاز به دانش فنی داشته باشد.
بدون دیدگاه