Виртуальная машина (VM): зачем она нужна и когда её использовать?

Виртуальные машины позволяют запускать операционную систему в отдельном окне на вашем компьютере — как полноценное независимое устройство. С их помощью можно работать с разными операционными системами, запускать приложения, несовместимые с основной ОС, и тестировать программы в изолированной виртуальной среде.

Суть виртуальной машины — предоставить среду, которая получает ресурсы реального хоста и распределяет их внутри себя. Выделение ресурсов настраивается под конкретные задачи: можно задать лимиты по CPU, RAM и объёму хранилища. Виртуальные машины используют технологию виртуализации.

Что такое технология виртуализации?

Виртуализация — это способ запуска одного или нескольких виртуальных экземпляров на реальном компьютере. Идея впервые появилась в 1960-х годах, когда разработчики искали способы логически разделить ресурсы мейнфрейма между несколькими приложениями. «Облако» — наглядный пример того, как виртуализация повышает эффективность использования ресурсов и вычислительную мощность. За счёт распределения ресурсов она оказывается весьма экономичной.

До появления виртуализации администратор, которому нужно было работать с двумя операционными системами — например, Windows и Linux, — был вынужден обслуживать две отдельные ОС и переключаться между ними. В каждый момент времени можно было использовать только одну из них, и она занимала максимум доступных ресурсов оборудования.

Виды виртуализации

Технология виртуализации позволяет использовать одну систему сразу в нескольких виртуальных средах. Фреймворки виртуализации применяют специальное программное обеспечение для создания изолированных виртуальных окружений, в которых работают различные ОС и каждому виртуальному экземпляру выделяются собственные ресурсы.

Сегодня практически любой компонент традиционного дата-центра или IT-инфраструктуры можно виртуализировать. Существуют следующие виды виртуализации:

• сервера виртуализация
  Виртуализация серверов позволяет эффективнее использовать вычислительные ресурсы. Она даёт возможность запускать несколько операционных систем на одном компьютере одновременно. При этом создаются виртуальные копии компьютеров и операционных систем (виртуальные машины), которые объединяются на одном физическом сервере.

• Виртуализация операционных систем
  Виртуализация ОС или программного обеспечения создаёт вычислительную среду, в которой одна или несколько гостевых ОС работают на физическом хост-компьютере. Например, Android OS запускается на хост-машине с нативной ОС Microsoft Windows и использует то же оборудование, что и хост. Широко распространённая технология для виртуализации ОС — эмулятор. Подробный обзор эмуляторов можно найти в нашей статье Лёгкие Android-эмуляторы для PC.

• Виртуализация данных
  Технологии виртуализации данных располагаются перед несколькими источниками данных и представляют их как единый источник, предоставляя нужные данные в требуемом формате в нужное время любому приложению или пользователю. Среди преимуществ — повышение производительности и скорости, балансировка нагрузки и снижение затрат.
• Виртуализация сетевых функций
  Виртуализация сети позволяет создавать несколько подсетей на одной физической сети. Она также разделяет доступную пропускную способность на несколько независимых сетей, каждую из которых можно в реальном времени распределять между серверами и компьютерами. Преимущества: повышение надёжности, скорости и стабильности сети, а также улучшенный мониторинг использования данных.
• Виртуализация рабочих столов
  Виртуализация рабочих столов позволяет центральному администратору (или автоматизированному программному обеспечению) разворачивать виртуальные рабочие среды сразу на сотнях физических компьютеров. В отличие от обычных рабочих столов, которые устанавливаются, настраиваются и обновляются на каждом компьютере отдельно, виртуализация даёт администраторам возможность выполнять масштабные настройки, обновления и проверки безопасности на всех виртуальных рабочих столах сразу.

В чём разница между VDI и RDP?

VDI и RDS — альтернативные технологии виртуализации рабочих столов и удалённого доступа. RDS использует протокол удалённого рабочего стола RDP в качестве основы. Обе технологии обеспечивают высокую производительность, безопасность и гибкость для удалённой работы, при этом у каждой есть свои особенности, преимущества и ограничения.

ЧИТАТЬ

Выбор технологии удалённого рабочего стола: VDI, RDP и RDS — в чём разница

Как работают виртуальные машины?

Виртуальная машина работает как процесс — например, в виде окна приложения, аналогичного любому другому приложению на физическом компьютере. Основные файлы, из которых состоит VM, включают файл журнала, файл настроек NVRAM, то файл виртуального диска, и конфигурационный файл.

На хост-машине может работать несколько виртуальных машин. ОС, запущенные внутри них, называются гостевыми. Поскольку гостевая ОС изолирована от родительской системы и других гостевых ОС, любые изменения в ней не затрагивают хост-машину или другие ВМ.

Что такое гипервизор?

Виртуальная машина не может напрямую взаимодействовать с физической машиной. «гипервизор» — это лёгкий программный слой, который обеспечивает взаимодействие между виртуальной машиной и физическим оборудованием. Гипервизор отделяет ВМ от облачной среды. Как правило, он предоставляет гостевым ОС виртуальную операционную платформу и контролирует их работу.

Помимо создания надёжной виртуальной границы между несколькими ОС, гипервизор может эмулировать аппаратные компоненты физических машин. Виртуализированные копии таких ресурсов, как процессор, устройства ввода/вывода, память и другие, доступны в рамках гипервизора. Поскольку гипервизор изолирует каждое эмулируемое устройство от остальных, в виртуальной среде может работать несколько гипервизоров с произвольным количеством виртуальных машин.

2 типа гипервизоров

Существует два основных типа гипервизоров, применяемых для виртуализации:

• Тип 1: гипервизоры на «голом железе» (гипервизоры процессов)
  Гипервизор на «голом железе» работает непосредственно на аппаратном обеспечении хоста. Он отслеживает гостевые ОС и управляет ими. Такие гипервизоры широко используются в бизнес-среде, поскольку позволяют гибко распределять физические ресурсы: с их помощью можно выделять дополнительные ресурсы группам виртуальных машин.

• Тип 2: размещаемые гипервизоры (системные виртуальные машины)
  Размещаемый гипервизор запускается на физическом хост-сервере внутри операционной системы — отсюда и его название. Главное отличие гипервизоров типа 1 от типа 2 в том, что первый работает непосредственно на железе, а второй — внутри операционной системы.

Виртуальным машинам не требуется специализированное оборудование, рассчитанное под конкретный гипервизор. Однако виртуализация в целом потребляет больше пропускной способности, дискового пространства и вычислительных мощностей, чем обычный сервер или компьютер, — особенно если на одном устройстве работает несколько ВМ.

ЧИТАТЬ

Что такое Virtualizor? [Панель управления VPS]

Преимущества использования виртуальной машины

На протяжении последних десяти лет виртуальные машины являются ключевым компонентом облачных вычислениях, позволяя тысячам различных типов программного обеспечения и рабочих нагрузок эффективно работать и масштабироваться.

1. Изолированная среда, отделённая от основной системы

Виртуальная машина предоставляет среду, изолированную от остальной системы: процессы внутри ВМ не конфликтуют ни с чем, что работает на хост-оборудовании. Благодаря независимости ВМ — удобный способ тестировать новые приложения или разворачивать производственную среду. Также можно запустить отдельную ВМ под конкретную задачу.

2. Возможность протестировать новое окружение рабочего стола

Виртуальная машина позволяет опробовать новую ОС на рабочем компьютере, не затрагивая основную систему. ВМ также незаменимы для исследователей вредоносного ПО, которые нередко тестируют зловреды в изолированной среде. Кроме того, виртуальный браузер позволяет посещать сайты, не опасаясь заражения основной системы.

3. Удобный инструмент для разработчиков

Виртуальные машины — отличный инструмент для разработчиков: они могут создавать шаблоны ВМ с нужными настройками для разработки и тестирования ПО, а также запускать отдельные ВМ под конкретные задачи, например для статического тестирования кода.

4. Гибкость виртуальной машины

С точки зрения гибкости, виртуализация позволяет быстро разворачивать самые разные типы виртуальных машин. Каждую из них можно настроить индивидуально: выбрать ОС, задать параметры управления ресурсами и многое другое. Большинство провайдеров гипервизоров также дают возможность создавать собственные шаблоны, которые разворачиваются буквально в один клик.

5. Простота переноса и миграции по сети

Виртуальные машины можно переносить между физическими серверами в сети по мере необходимости. Это позволяет перераспределять нагрузку на серверы с бо́льшим запасом вычислительных ресурсов. ВМ также могут работать как в локальной инфраструктуре, так и в облаке, что делает их идеальным решением для гибридных сервисов: вычислительная нагрузка распределяется между собственным датацентром и облачным провайдером.

6. Виртуальные машины экономически выгодны

Постоянные расходы на обновление оборудования могут стать серьёзной статьёй затрат для любой компании. Виртуальные машины по-прежнему требуют определённого железа и лицензий на ПО, однако остаются экономически выгодной альтернативой: потребление ресурсов ВМ легче контролировать и структурировать, чем при использовании нескольких физических систем.

ЧИТАТЬ

VDI и VM: в чём разница (руководство 2026)

Недостатки использования виртуальной машины

С другой стороны, виртуальные машины могут уступать в производительности выделенным серверам, поскольку не имеют прямого доступа к оборудованию. Иными словами, у них нет собственного железа, поэтому им приходится взаимодействовать с родительской ОС, что замедляет отклик системы.

1. ВМ потребляют системные ресурсы

Виртуальные машины потребляют значительную часть системных ресурсов хоста, особенно если вы запускаете несколько VM одновременно. При неправильной настройке распределения ресурсов хост и все остальные VM могут выйти из строя.

2. Не лучший выбор для игроков

Требовательные игры и другие приложения с высокой нагрузкой на графику и процессор плохо работают на виртуальных машинах. VM — не лучший выбор для запуска PC-игр Windows на Linux или macOS, если только игра не старая или не требовательная к графике.

3. Может потребоваться большой объём хранилища

Развёртывание нескольких виртуальных машин может занять значительный объём дискового пространства физического сервера. По мере роста виртуальной среды и накопления VM следите за расходом ресурсов. Грамотное управление ресурсами — основа стабильной и безопасной виртуальной среды. Как только вы сведёте к минимуму проблемы с потреблением ресурсов VM, ваша инфраструктура станет по-настоящему устойчивой.

Виртуальная машина vs. контейнер

Контейнеры — ещё один инструмент виртуализации, но они не основаны на гипервизоре. По сути, контейнер — это виртуальная ОС без виртуального аппаратного обеспечения полноценной виртуальной машины.

Контейнеры могут работать внутри виртуальных машин и существуют в рамках гипервизора, но являются лишь частью VM. Они удобны, когда нужно запускать несколько программ в одной ОС, не разворачивая при этом несколько операционных систем.

Параметр ключевое преимущество контейнеров в том, что у них меньше простоев, чем у VM. Контейнер включает только исполняемые файлы, библиотеки, необходимые зависимости и само приложение. Контейнеры на одном хосте используют общее ядро ОС, что делает их лёгкими, быстрыми и переносимыми.

Благодаря этому контейнеры быстро запускаются, эффективнее используют ёмкость сервера и упрощают доставку приложений. Они широко применяются для веб-серверов, тестирования в DevOps, микросервисов и увеличения числа приложений, работающих на одном узле.

ЧИТАТЬ

Типы виртуальных машин: факты и возможности, о которых не говорят

Виртуальная машина vs. VPS

Virtual Private Server (VPS) использует технологию виртуализации для разделения физического сервера на виртуальные контейнеры, каждый из которых ведёт себя как отдельный физический сервер. Каждый VPS предоставляет пользователю root-доступ и полный контроль: возможность запускать и останавливать любые процессы, а также перезапускать сам VPS.

Виртуальная машина в облачном сервисе тоже использует виртуализацию для распределения ресурсов сервера по виртуальным контейнерам. На этом уровне различий между VPS и VM нет: обе технологии используют одни и те же механизмы виртуализации.

Главное различие между хостингом на VPS и хостингом на VM — в том, как хранятся данные и как организованы физические серверы и виртуальные контейнеры. В случае VPS контейнеры размещаются на изолированном сервере с собственным набором дисков, как правило объединённых в RAID-массив для повышения надёжности.

Применение виртуальных машин

Существует несколько популярных решений для виртуализации. Вот краткий обзор лучших вариантов программного обеспечения для виртуальных машин, но обязательно ознакомьтесь с нашим подробным руководством для экспертного сравнительного анализа.

• VirtualBox
• KVM с Qemu
• Рабочая станция VMware
• Xen
• Citrix Hypervisor

Заключение

У контейнеров и VM есть свои плюсы и минусы, и выбор зависит от требований конкретного проекта. Тем не менее оба варианта позволяют снизить затраты на вычислительные ресурсы.

Если говорить просто: VM — это более экономичное решение, которое помогает лучше управлять всем рабочим процессом системы и эффективнее распределять ресурсы между отдельными машинами.

Это отличная среда для тестирования операционных систем, включая бета-версии, работы с заражёнными данными в изоляции, создания резервных копий ОС и запуска программ на системах, для которых они изначально не предназначались.

Примечание: Вы можете скачать PDF-версию этой статьи, нажав на кнопку:

[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=""]Скачать[/su_button]