الجهاز الافتراضي (VM): لماذا تحتاجه ومتى؟

الأجهزة الافتراضية تتيح لك تشغيل نظام تشغيل داخل نافذة تطبيق على سطح المكتب، ليعمل كجهاز مستقل وكامل. يمكنك استخدامها لتجربة أنظمة تشغيل مختلفة، وتشغيل تطبيقات لا يدعمها نظامك الأساسي، واختبار التطبيقات في بيئة افتراضية آمنة.

يقوم مفهوم الجهاز الافتراضي على توفير جهاز يوزع موارد المضيف الحقيقي على بيئتنا الافتراضية. يُحدَّد توزيع الموارد وفق احتياجات المستخدم، مما يعني إمكانية ضبط قيود محددة على CPU أو RAM أو سعة التخزين المخصصة للجهاز الافتراضي. تستخدم الأجهزة الافتراضية تقنية الافتراضية.

ما هي تقنية الافتراضية؟

الافتراضية هي تقنية تتيح تشغيل نسخة أو أكثر من الأنظمة الافتراضية على جهاز حاسوب آخر. ظهر هذا المفهوم لأول مرة في ستينيات القرن الماضي، حين كان مطورو الأنظمة يبحثون عن طرق لتقسيم موارد النظام منطقياً داخل أجهزة الحاسب المركزي بين التطبيقات المختلفة. تُعدّ "السحابة" مثالاً على كيفية استخدام الافتراضية لتعزيز استثمار الموارد وزيادة الطاقة الحسابية، إذ تُوزَّع الموارد بكفاءة مما يجعلها خياراً اقتصادياً بامتياز.

قبل ظهور تقنية الافتراضية، كان المشغّل الذي يحتاج إلى تشغيل نظامَي تشغيل مختلفَين كـ Windows و Linux مضطراً إلى إدارة نظامَين منفصلَين والتنقل بينهما. ولم يكن بالإمكان تشغيل أكثر من نظام واحد في أي وقت، مع استنزاف كامل لطاقة الأجهزة.

أنواع الافتراضية المختلفة

تتيح تقنية الافتراضية مشاركة النظام الواحد بين بيئات افتراضية متعددة ومتنوعة. وتعتمد أطر الافتراضية على برمجيات متخصصة لبناء بيئات افتراضية معزولة بكفاءة، تعمل داخلها أنظمة تشغيل مختلفة مع تخصيص موارد مستقلة لكل نسخة افتراضية.

اليوم، يمكن تطبيق الافتراضية على جميع مكونات مركز البيانات التقليدي أو البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات، وذلك من خلال الأشكال المختلفة التالية:

• الخادم الافتراضية
  تُمكّن افتراضية الخوادم من توظيف الموارد الحسابية بصورة أكثر كفاءة، إذ تتيح لجهاز واحد تشغيل أنظمة تشغيل متعددة في آنٍ واحد. ويتمثّل ذلك في إنشاء نسخ افتراضية من الحواسيب وأنظمة التشغيل، أي الأجهزة الافتراضية، ودمجها في خادم مادي مركزي واحد.

• افتراضية نظام التشغيل
  تُنتج افتراضية نظام التشغيل أو البرمجيات بيئةً حسابية بأجهزة تتيح تشغيل نظام تشغيل ضيف أو أكثر على جهاز مضيف فعلي. على سبيل المثال، يمكن تشغيل Android OS على جهاز مضيف يعمل أصلاً بنظام Microsoft Windows، مع مشاركة نفس الأجهزة التي يستخدمها الجهاز المضيف. ومن أبرز التقنيات المستخدمة في افتراضية نظام التشغيل المحاكي. للاطلاع على نظرة تفصيلية حول المحاكيات، يمكنك مراجعة مقالتنا حول أخف محاكيات Android للحاسب الشخصي.

• افتراضية البيانات
  تتموضع تقنيات افتراضية البيانات أمام مصادر بيانات متعددة وتُتيح التعامل معها كمصدر واحد موحّد، مما يوفر البيانات المطلوبة بالتنسيق المناسب في الوقت المحدد لأي تطبيق أو مستخدم. وتشمل الفوائد تحسين الكفاءة والسرعة، وموازنة الأحمال، وخفض التكاليف.
• افتراضية وظائف الشبكة
  تُنشئ افتراضية الشبكة شبكات فرعية متعددة على نفس الشبكة المادية، كما تُقسّم النطاق الترددي المتاح إلى شبكات منفصلة متعددة يمكن توزيعها على الخوادم والحواسيب في الوقت الفعلي. وتشمل المزايا تحسين الموثوقية وسرعة الشبكة واستقرارها، فضلاً عن تعزيز مراقبة استخدام البيانات.
• افتراضية سطح المكتب
  تُمكّن افتراضية سطح المكتب المسؤول المركزي، أو برنامج الإدارة الآلية، من نشر بيئات سطح مكتب محاكاة على مئات الأجهزة المادية في آنٍ واحد. على عكس بيئات سطح المكتب التقليدية التي تُثبَّت وتُضبَط وتُعدَّل على كل جهاز على حدة، تُتيح افتراضية سطح المكتب للمسؤولين تنفيذ إعدادات شاملة وترقيات واختبارات أمنية على جميع أسطح المكتب الافتراضية دفعةً واحدة.

ما الفرق بين VDI و RDP؟

يُعدّ كلٌّ من VDI و RDS تقنيتَين بديلتَين لافتراضية سطح المكتب والوصول إلى سطح المكتب عن بُعد. يعتمد RDS على بروتوكول سطح المكتب البعيد أو RDP أساساً له. يوفّر كلاهما أداءً عالياً وأماناً ومرونة في العمل عن بُعد، مع اختلافات وتشابهات ونقاط قوة وقيود خاصة بكل منهما.

اقرأ

اختيار تقنية سطح المكتب البعيد: مقارنة بين VDI وRDP وRDS

كيف تعمل الأجهزة الافتراضية؟

يعمل الجهاز الافتراضي كعملية مستقلة، على غرار نافذة تطبيق، مماثلاً لأي تطبيق آخر على الجهاز المادي. وتشمل الملفات الرئيسية التي يتكوّن منها الجهاز الافتراضي ملف السجل، و ملف إعداد NVRAM، فإن ملف القرص الافتراضي، و ملف الإعداد.

يمكنك تشغيل عدة أجهزة افتراضية على جهازك المضيف، وتُسمَّى أنظمة التشغيل العاملة تحته بالأنظمة الضيفة. بما أن نظام التشغيل الضيف معزول عن الجهاز الأصلي وعن الأنظمة الضيفة الأخرى، فإن أي تعديلات تُجرى عليه لا تؤثر في الجهاز الأصلي أو الأجهزة الافتراضية الأخرى.

ما هو Hypervisor؟

لا يمكن للجهاز الافتراضي التواصل مباشرةً مع جهاز فيزيائي. و"مراقب الآلة الافتراضية" هو طبقة برمجية خفيفة ضرورية للتنسيق بين الجهاز الافتراضي والعتاد الفيزيائي الأساسي. يُستخدم المشرف الافتراضي لعزل الجهاز الافتراضي عن بيئة الحوسبة السحابية، وعادةً ما يوفر لأنظمة التشغيل الضيفة منصة تشغيل افتراضية ويتحكم في تنفيذها.

إلى جانب إقامة حاجز افتراضي منيع بين الأنظمة المتعددة، يستطيع المشرف الافتراضي محاكاة مكونات العتاد للأجهزة التقليدية. ستكون نسخ افتراضية من موارد العتاد - كالمعالج، والإدخال/الإخراج، والذاكرة وغيرها - متاحةً ضمن بيئة المشرف الافتراضي. ونظرًا لقدرته على عزل كل جهاز محاكى عن غيره، يمكن للبيئة الافتراضية احتواء عدة مشرفين افتراضيين مع عدد متنامٍ من الأجهزة الافتراضية.

نوعا Hypervisor

يوجد نوعان رئيسيان من المشرفين الافتراضيين يمكن استخدامهما للمحاكاة الافتراضية:

• النوع الأول: مشرفو المعدن الخام (Bare Metal Hypervisors) - الأجهزة الافتراضية العمليّة
  يعمل مشرف المعدن الخام مباشرةً على عتاد الجهاز المضيف، ويتولى مراقبة نظام التشغيل الضيف وإدارته. يُستخدم هذا النوع على نطاق واسع في بيئات الأعمال لأنه يتيح التخصيص الزائد للموارد الفيزيائية، إذ يمكن تخصيص موارد إضافية لمجموعة من الأجهزة الافتراضية بواسطته.

• النوع الثاني: المشرفون الافتراضيون المستضافون (Hosted Hypervisors) - الأجهزة الافتراضية النظامية
  يعمل المشرف الافتراضي المستضاف على خادم مضيف فيزيائي داخل نظام التشغيل، وهذا هو سبب تسميته بالمشرف المستضاف. أبرز فرق بين النوع الأول والثاني هو أن النوع الأول يعمل مباشرةً على العتاد، بينما يعمل النوع الثاني داخل نظام التشغيل.

لا تحتاج الأجهزة الافتراضية إلى عتاد خاص بالمشرف الافتراضي. غير أن المحاكاة الافتراضية تستلزم نطاق ترددي أكبر وسعة تخزين أعلى وقدرة حوسبة أكبر مقارنةً بالخادم أو الحاسوب التقليدي، لا سيما عند تشغيل عدة أجهزة افتراضية على الجهاز نفسه.

اقرأ

ما هو Virtualizor؟ [لوحة تحكم VPS]

ما مزايا استخدام الجهاز الافتراضي؟

على مدار السنوات العشر الماضية، كانت الأجهزة الافتراضية ركيزةً أساسية في الحوسبة السحابية، مما أتاح لآلاف أنواع البرمجيات وأعباء العمل العمل والتوسع بكفاءة.

١- بيئة معزولة عن بقية النظام

يوفر الجهاز الافتراضي بيئة معزولة عن بقية النظام، بحيث لا يتعارض أي شيء يعمل داخل الجهاز الافتراضي مع ما يعمل على عتاد الجهاز المضيف. ولكون الأجهزة الافتراضية مستقلة، فهي طريقة عملية لاختبار التطبيقات الجديدة أو إعداد بيئة الإنتاج. كما يمكنك تشغيل جهاز افتراضي مخصص لمهمة واحدة لدعم عملية بعينها.

٢- إمكانية اختبار سطح مكتب جديد

يتيح لك الجهاز الافتراضي تجربة نظام تشغيل جديد على سطح مكتبك دون المساس بنظام التشغيل الأساسي. كما تفيد الأجهزة الافتراضية باحثي البرمجيات الخبيثة الذين يستخدمون أجهزة جديدة لاختبار الكود الضار. علاوةً على ذلك، يتيح لك استخدام جهاز افتراضي للتصفح الوصولَ إلى المواقع دون قلق من الإصابة بالبرمجيات الخبيثة.

٣- خيار مناسب لمطوري الأعمال

يُعدّ الجهاز الافتراضي خياراً مثالياً لمطوري الأعمال، إذ يمكنهم إعداد قوالب افتراضية بإعدادات مناسبة لعمليات تطوير البرمجيات واختبارها. ويمكنهم إنشاء أجهزة افتراضية لمهام محددة، كاختبار البرمجيات الثابتة.

٤- مرونة الجهاز الافتراضي

من حيث المرونة، تتيح المحاكاة الافتراضية نشر أنواع متعددة من الأجهزة الافتراضية بسرعة، مع إمكانية تخصيص كل منها من حيث نظام التشغيل وإدارة الموارد وعوامل أخرى. كما يتيح لك معظم موفري المشرفين الافتراضيين بناء قوالب مخصصة يمكن نشرها بنقرة زر واحدة.

٥- سهولة النقل والترحيل عبر الشبكة

يمكن ترحيل الأجهزة الافتراضية بين الحواسيب الفيزيائية على الشبكة عند الحاجة، مما يتيح إعادة توزيع أعباء العمل على خوادم ذات موارد معالجة فائضة. كما يمكن للأجهزة الافتراضية التنقل بين البيئات المحلية والسحابية، مما يجعلها مثاليةً للخدمات الهجينة القائمة على السحابة، حيث تتشارك موارد المعالجة بين مركز البيانات وموفر الخدمة السحابية.

٦- الأجهزة الافتراضية فعّالة من حيث التكلفة

تحديثات الأجهزة المستمرة تُكلّف الشركات أموالاً طائلة. وعلى الرغم من أن الأجهزة الافتراضية (VMs) قد تستلزم هي الأخرى معدات وتراخيص برمجية، فإنها تظل خياراً أكثر اقتصاداً. والسبب أن استهلاك الموارد في VMs يمكن ضبطه وتنظيمه بصورة أدق مقارنةً بالأنظمة القائمة على أجهزة متعددة.

اقرأ

ما الفرق بين VDI وVM؟ (دليل ٢٠٢٦)

ما هي عيوب استخدام الجهاز الافتراضي؟

في المقابل، قد تكون الأجهزة الافتراضية أقل كفاءة من الخوادم المخصصة، لأنها لا تصل إلى الأجهزة مباشرةً. بمعنى آخر، لا تمتلك VMs أجهزتها الخاصة، وتضطر إلى التواصل مع نظام تشغيل رئيسي، مما قد يُبطئ استجابة الأجهزة.

١- تستهلك الأجهزة الافتراضية موارد النظام

تستهلك الأجهزة الافتراضية قدراً كبيراً من موارد النظام المضيف، خاصةً عند تشغيل عدة VMs في آنٍ واحد. فضلاً عن ذلك، إذا لم يُضبط توزيع الموارد بالشكل الصحيح، فقد يؤدي ذلك إلى تعطّل النظام المضيف وجميع الأجهزة الافتراضية الأخرى.

٢- ليست خياراً مناسباً للاعبي ألعاب الفيديو

الألعاب المتطلبة أو التطبيقات التي تحتاج إلى قدرة معالجة رسومية عالية لا تعمل بشكل جيد على الأجهزة الافتراضية. لذا فإن VMs ليست الخيار الأمثل لتشغيل ألعاب الكمبيوتر على Linux أو macOS، إلا إذا كانت الألعاب قديمة أو غير مطلبة رسومياً.

٣- قد تكون هناك حاجة إلى مساحة تخزينية كبيرة

تشغيل عدة أجهزة افتراضية يستهلك مساحة تخزينية كبيرة من الخادم الفعلي. وكلما تراكمت VMs في بيئتك الافتراضية، كان عليك مراقبة مؤشرات استنزاف الموارد بعناية. إدارة الموارد هي الركيزة الأساسية لضمان بيئة افتراضية مستقرة وآمنة. حين تتحكم في استهلاك موارد VMs وتُقلّص المشكلات المتعلقة بها، تكون قد أسّست منظومة افتراضية مستدامة.

الجهاز الافتراضي مقابل الحاوية

الحاويات جزء آخر من عالم المحاكاة الافتراضية، غير أنها لا تعتمد على برمجيات hypervisor. في جوهرها، الحاوية هي نظام تشغيل افتراضي خالٍ من مكونات الأجهزة الافتراضية التي يتضمنها الجهاز الافتراضي الكامل.

يمكن تشغيل الحاويات داخل الأجهزة الافتراضية، وهي تعمل ضمن بيئة hypervisor، لكنها تمثل جزءاً واحداً فقط من الـ VM. تُفيد الحاويات حين تحتاج إلى تشغيل برامج متعددة على نظام تشغيل واحد دون الحاجة إلى أنظمة تشغيل متعددة.

الـ أبرز ميزة للحاويات هي أن وقت توقفها عن العمل أقل مقارنةً بـ VMs. تحتوي الحاويات فقط على الملفات الثنائية والمكتبات والمكونات الضرورية إضافةً إلى التطبيق نفسه. وبما أن الحاويات على المضيف نفسه تشترك في نواة نظام التشغيل ذاتها، فإنها تكون خفيفة الوزن، وبالتالي سريعة وقابلة للنقل.

ونتيجةً لذلك، تتميز الحاويات بسرعة الإقلاع وتحسين استخدام طاقة الخادم وتبسيط نشر التطبيقات. وقد اتسع انتشارها في حالات الاستخدام كخوادم الويب واختبارات DevOps والخدمات المصغّرة، وتعظيم عدد التطبيقات القابلة للتثبيت في كل node.

اقرأ

أنواع الأجهزة الافتراضية المختلفة: حقائق وميزات لم تُذكر من قبل

الجهاز الافتراضي مقابل VPS

يستخدم الخادم الافتراضي الخاص (VPS) تقنية المحاكاة الافتراضية لتقسيم الخادم الفعلي إلى حاويات افتراضية، تعمل كل منها كخادم مستقل. يمنح كل VPS المستخدمَ صلاحيات root وتحكماً كاملاً، بما في ذلك بدء أي عملية وإنهاؤها، وإيقاف الـ VPS وإعادة تشغيله.

تعتمد الأجهزة الافتراضية في الخدمات السحابية هي الأخرى على المحاكاة الافتراضية لتوزيع الخادم على حاويات افتراضية. عند هذا المستوى، لا يوجد فارق جوهري بين الـ VPS والـ VM، إذ يستخدمان تقنية المحاكاة الافتراضية ذاتها.

الفرق الجوهري بين استضافة VPS واستضافة VM يكمن في طريقة إدارة البيانات والتعامل مع الخوادم الفعلية والحاويات الافتراضية. في استضافة VPS، تقع حاويات الـ VPS على خادم مستقل بذاته مزوّد بمجموعة أقراص تخزين خاصة به، وعادةً ما تكون منظّمة في مصفوفة RAID لتحقيق كفاءة أعلى.

تطبيقات الأجهزة الافتراضية

ثمة عدة تطبيقات VM شائعة يمكنك الاختيار من بينها. إليك نظرة سريعة على أفضل خيارات برامج الأجهزة الافتراضية، مع التوصية بمراجعة دليلنا التفصيلي للاطلاع على مقارنة متخصصة شاملة.

• VirtualBox
• KVM مع Qemu
• محطة عمل VMware
• Xen
• Citrix Hypervisor

خلاصة

على الرغم من أن للحاويات والـ VMs مزايا وعيوباً على حدٍّ سواء، يبقى الخيار الأنسب لشركتك رهيناً بمتطلبات المشروع الحالي. بيد أن كلا الخيارين قد يكون حلاً مثالياً لحوسبة أكثر اقتصاداً.

ببساطة، تُعدّ VMs حلاً أكثر فاعلية من حيث التكلفة، إذ تُساعد على إدارة سير عمل النظام بالكامل بصورة أكثر كفاءة، وتوزيع الموارد بشكل أمثل بين الأجهزة الفردية.

إنها بيئة مثالية لاختبار أنظمة التشغيل المختلفة، بما في ذلك الإصدارات التجريبية، وعزل البيانات المصابة بالفيروسات، وإنشاء نسخ احتياطية لأنظمة التشغيل، وتشغيل البرامج والتطبيقات على أنظمة غير تلك التي صُمِّمت لها أصلاً.

ملاحظة: يمكنك تحميل نسخة PDF من هذا المقال بالنقر على الزر:

[su_button url="https://cloudzy.com/wp-content/uploads/Virtual-Machine-Why-and-When-Do-You-Need-One.pdf" target="self" style="default" background="#fac802" color="#2f3856" size="3" wide="no" center="no" radius="auto" icon="" icon_color="#FFFFFF" text_shadow="none" desc="" download="" onclick="" rel="" title="" id="" class=""]تنزيل[/su_button]