كيف تعمل الآلات الافتراضية ولماذا تعد أداة أساسية في التكنولوجيا الحديثة

الآلات الافتراضية (Virtual Machines) أصبحت جزءًا لا يتجزأ من البنية التحتية التكنولوجية للعديد من الشركات والأفراد. ولكن ما هي بالضبط هذه الآلات الافتراضية؟ وكيف تعمل؟ ببساطة، الآلات الافتراضية تسمح لك بتشغيل أنظمة تشغيل متعددة على جهاز واحد، مما يوفر مرونة وكفاءة في إدارة الموارد. في هذا المقال، سنستعرض مفهوم الآلات الافتراضية، كيفية عملها، والفوائد التي تجعلها أداة لا غنى عنها في عالم التكنولوجيا.

ملخص

• تحاكي الآلات الافتراضية أجهزة الكمبيوتر المادية؛ فهي سهلة الإنشاء والتكوين، ويمكنك إجراء التجارب دون الإضرار بالكمبيوتر المضيف.
• يحتاج الكمبيوتر المضيف إلى ذاكرة وصول عشوائي (RAM) كافية، وقوة وحدة المعالجة المركزية (CPU)، ومساحة القرص الصلب لخدمة الآلات الافتراضية الخاصة بك.
• تعتبر الآلات الافتراضية مثالية لاختبار أنظمة التشغيل، وتجربة تغييرات التكوين في مساحة آمنة قبل طرحها على الكمبيوتر المادي الخاص بك.

ربما سمعت عبارات مثل “قم بتشغيل آلة افتراضية” أو “جربها في آلة افتراضية”. ولكن ما هي الآلات الافتراضية، وكيف يمكنك الاستفادة منها؟

ما هي الآلة الافتراضية؟

الآلة الافتراضية (VM) هي محاكاة تعتمد على البرامج للكمبيوتر. يتم تشغيل برنامج يسمى المشرف الافتراضي على الكمبيوتر الخاص بك. يسمح لك بإنشاء آلات افتراضية – أجهزة كمبيوتر افتراضية – وتكوينها بكمية من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ومساحة القرص الصلب، ونوى وحدة المعالجة المركزية، والتفاصيل الأخرى التي يتم توفيرها عادةً في الأجهزة. بمجرد تكوين الآلة الافتراضية الخاصة بك، يمكنك تشغيلها وتثبيت نظام التشغيل.

يجب أن يحاكي المشرف الافتراضي أجهزة الكمبيوتر المادية، بحيث يعتقد نظام التشغيل أنه يعمل على كمبيوتر مادي عادي. يجب عليه أيضًا تمرير الطلبات التي تحتاج إلى الخدمة بواسطة أجهزة الكمبيوتر الفعلية (المعروفة باسم الكمبيوتر المضيف) إلى المضيف. على سبيل المثال، إذا حاول تطبيق في جهاز VM الخاص بك الوصول إلى موقع ويب، فإنه يتفاعل مع بطاقة الشبكة الافتراضية في جهاز VM، ولكن يتم التعامل مع طلبات الشبكة الفعلية بواسطة بطاقة الشبكة الخاصة بالمضيف.

نظرًا لأن أجهزة VM سهلة الإنشاء، ويمكن التخلص منها، ومثلها كمثل استخدام الكمبيوتر الحقيقي، فهي تُستخدم عادةً للاختبار والتطوير والتدريب. يمكنك إيقاف تشغيل أجهزة VM وإعادة تشغيلها بسرعة كبيرة، وحفظ لقطات من حالتها الحالية.

ولأن أجهزة VM لا يمكنها إلحاق الضرر بجهاز الكمبيوتر المضيف، فمن الآمن أن تجربها. غالبًا ما يتم اقتراحها كطريقة رائعة للتحقيق في توزيع Linux الذي يثير فضولك، وهذه حالة استخدام رائعة لجهاز VM.

يمكنك استخدام الآلات الافتراضية على أنظمة التشغيل macOS وWindows وأنظمة التشغيل الشبيهة بـUnix مثل Linux وBSD وOpenIndiana. ستجد على جميع المنصات إصدارات مجانية من برامج التشغيل الافتراضية التجارية، مثل VMware Workstation، وعروض مفتوحة المصدر مثل Oracle VirtualBox.

لقد استخدمت آلات افتراضية على Windows وLinux، وكانت أغلبها على Linux. ولكن في الواقع، فإن استخدام آلة افتراضية على أي منصة هو نفس الشيء. قم بتثبيت برنامج التشغيل الافتراضي الخاص بك، وتكوين آلة افتراضية، وتثبيت نظام تشغيل فيها. وبصرف النظر عن بعض الملاحظات الخاصة بنظام Linux، فإن كل شيء هنا ينطبق على جميع المنصات.

يجب أن يكون جهاز الكمبيوتر الخاص بك على مستوى المهمة

قد تكون الآلات الافتراضية افتراضية، ولكنها تتطلب أجهزة حقيقية للعمل. ومن المؤسف أننا لا نستطيع استحضار الأجهزة من الهواء. لذا، إذا كان جهاز الكمبيوتر الخاص بك يحتوي على 16 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي، فلا يمكنك تخصيص 32 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي للآلة الافتراضية. ولا يمكنك تخصيص كل ذاكرة الوصول العشوائي التي لديك للآلة الافتراضية ولا تترك أي شيء للمضيف للعمل عليه.

تحتاج أيضًا إلى مساحة كافية خالية على القرص الصلب لتخزين محركات الأقراص الصلبة للآلات الافتراضية الخاصة بك. تتيح لك برامج التشغيل الافتراضية الحديثة تحديد الحد الأقصى لحجم القرص الصلب للآلة الافتراضية. وبهذه الطريقة، تخزن الآلة الافتراضية الجزء المستخدم فقط من القرص الصلب للآلة الافتراضية.

إذا كنت تريد تخزين لقطات من الآلات الافتراضية الخاصة بك، فستحتاج إلى مساحة على القرص الصلب لهذا أيضًا. تلتقط اللقطة الحالة الكاملة للآلة الافتراضية، مما يسمح لك بإغلاقها مع فتح التطبيقات وتشغيلها، واستعادتها إلى نفس الحالة تمامًا عند إعادة تنشيطها.

توفر اللقطات الفورية شبكة أمان لتجاربك. إذا كنت على وشك القيام بشيء قد يؤثر سلبًا على جهازك الافتراضي، فالتقط لقطة أولًا. إذا فشلت تجربتك بشكل سيء، فاستعد لقطة المحفوظة وستكون جهازك الافتراضي في الحالة التي كانت عليها قبل التغييرات التي أجريتها.

يجب أن يدعم وحدة المعالجة المركزية لديك المحاكاة الافتراضية، وفي بعض الأحيان يتعين عليك تشغيل المحاكاة الافتراضية في BIOS. تدعم معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة المحاكاة الافتراضية، بما في ذلك عائلات Intel VT-x وAMD AMD-V من وحدات المعالجة المركزية.

تحتاج أيضًا إلى طاقة وحدة المعالجة المركزية الكافية للسماح لأجهزة VM ومضيفك بالعمل بسرعة كافية. إذا كنت بحاجة إلى إعداد شبكات صغيرة من أجهزة VM وتشغيلها على نفس المضيف في نفس الوقت، فستحتاج إلى وحدة معالجة مركزية سريعة ومساحة كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي.

الآلات الافتراضية على Linux

منذ عام 2007، تدعم نواة Linux الآلات الافتراضية المستندة إلى النواة (KVM). وهذا يعني أن النواة يمكن أن تتصرف كمشرف افتراضي. يتم إنشاء أجهزة KVM الافتراضية والتحكم فيها باستخدام برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية، مثل QEMU.

يسمح لك QEMU بمحاكاة أجهزة معينة، بما في ذلك وحدات المعالجة المركزية ذات البنية المعمارية المختلفة عن البنية المادية في جهاز الكمبيوتر المضيف. QEMU هو برنامج سطر أوامر. قد يشعر المبتدئون بمزيد من الراحة مع واجهة أمامية رسومية مثل GNOME Boxes. يغلف GNOME Boxes تعقيدات QEMU في عرض رسومي سهل الوصول إليه وبديهي.

بالنسبة لي، يحقق VirtualBox النقطة المثالية من حيث وجود وظائف كافية وقابلية للتكوين دون أن يكون إعداده صعبًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً.

الشبكات والوصول إلى الأجهزة

في بعض الأحيان قد ترغب في أن تتفاعل الآلة الافتراضية الخاصة بك مع جهاز آخر على شبكتك، مثل الطابعة. هناك عدة طرق للقيام بذلك باستخدام الشبكات، ومن المحتمل أن يحتوي المشرف الافتراضي الخاص بك على قائمة من الخيارات تتيح لك اختيار نموذج الشبكات للآلة الافتراضية الخاصة بك.

غالبًا ما يكون الوضع الافتراضي هو ترجمة عنوان الشبكة (NAT)، والتي تسمح للآلة الافتراضية الخاصة بك بالوصول إلى الإنترنت وتنزيل الملفات وما إلى ذلك. لا يمكنها رؤية أي من الشبكات التي يتصل بها الكمبيوتر المضيف الخاص بك. إذا كان عزل الآلات الافتراضية الخاصة بك هو الأهم بالنسبة لك، فاستخدم هذا الوضع.

الطريقة الأبسط للوصول إلى إحدى الشبكات التي يتصل بها الكمبيوتر المضيف الخاص بك هي استخدام الشبكات الجسرية. إذا كان الوصول إلى أجهزة الشبكة الأخرى على شبكتك المادية مهمًا بالنسبة لك، فقم بتكوين الآلة الافتراضية الخاصة بك باستخدام الشبكات الجسرية. يضع هذا الآلة الافتراضية الخاصة بك على نفس الشبكة التي يتصل بها المضيف الخاص بك.

قد يكون من المفيد السماح للآلة الافتراضية الخاصة بك بالوصول إلى أجهزة USB المتصلة بالمضيف الخاص بك. يتطلب هذا عادةً تشغيل وظيفة USB في الآلة الافتراضية الخاصة بك. يمكنك الاختيار بين استخدام USB 1.0، أو 2.0، أو 3.0.

عند توصيل جهاز USB بجهاز المضيف، ستتاح الفرصة لجهازك الافتراضي للمطالبة به. وعندما تفعل ذلك، سيعتقد الكمبيوتر المضيف أن الجهاز قد تم فصله. ويبدو لجهازك الافتراضي وكأن جهاز USB المادي قد تم توصيله بأحد منافذ USB الافتراضية.

فضائل الجهاز الافتراضي

يعتبر الجهاز الافتراضي وسيلة رائعة لتقييم أنظمة التشغيل الأخرى، طالما أنك تفهم بعض النقاط.

يعمل نظام التشغيل في جهاز افتراضي دائمًا بشكل أبطأ قليلاً مما يعمل عليه على الجهاز العادي. ستحصل على إحساس جيد بسرعة أدائه، لكن لن يكون ذلك قياسًا دقيقًا. ولن يتم تجهيز جهازك الافتراضي بنفس بطاقة الرسومات الموجودة في جهاز المضيف، لذا لن تتمكن من اختبار كيفية عمل تطبيقات الرسومات الفائقة أو الألعاب المتطورة على نظام التشغيل هذا على جهاز كمبيوتر مادي مزود ببطاقة رسومات للألعاب.

ولكن، كوسيلة للتحقق من سهولة تثبيت توزيعات Linux والتحقق مما إذا كانت بيئة سطح مكتب معينة أو مدير نوافذ التبليط يناسب تفضيلاتك وسير عملك، فإن أجهزة VMs مثالية. هل تقوم بتشغيل Linux ولكنك تحتاج إلى الوصول إلى Windows من حين لآخر؟ قم بتشغيله في جهاز VM.

والأفضل من ذلك كله، يمكنك تجربة نظام تشغيل جديد تمامًا وترك جهاز الكمبيوتر المضيف الخاص بك دون مساس.