Что такое виртуальная машина и зачем она нужна
Выясняем, что представляют собой виртуальные машины, как ими пользоваться и зачем они вообще нужны.
Что такое виртуальная машина?
Виртуальная машина (ВМ, VM) – это виртуальная среда, работающая как настоящий компьютер, но внутри другого компьютера. Если выражаться проще, то это приложение, которое имитирует компьютер с полноценной операционной системой и аппаратным обеспечением.
Она запускается на изолированном разделе жесткого диска, установленного в компьютере-хосте (так называют системы, в рамках которых запускают ВМ). Благодаря виртуальным машинам пользователи могут тестировать программное обеспечение в различных окружениях (системах, конфигурациях и т.п.) на своем ПК без необходимости запускать и настраивать отдельное устройство.
Как работают виртуальные машины?
Определение виртуальной машины дает базовое понимание того, как все устроено, но мы пойдем чуть дальше. Запуск VM возможен благодаря технологии виртуализации. Она позволяет использовать существующее «железо» для создания его виртуальных копий. Виртуализация имитирует аппаратное обеспечение в цифровом виде для запуска нескольких полноценных операционных систем на одном компьютере поочередно или одновременно. Физическое «железо» в этом случае называется хостом, а виртуальное – гостевой ОС.
Весь процесс управляется приложением, которое называют гипервизором. Гипервизор отвечает за распределение физических ресурсов между виртуальными системами, выделении определенного количества оперативной памяти или пространства на жестком диске. Также он контролирует все процессы, запущенные в гостевых ОС, чтобы не произошло избыточной нагрузки и сбоев в работе систем из-за нехватки ресурсов.
Типы виртуальных машин
По типу ВМ делятся на виртуализацию процесса и виртуализацию ОС. В первом случае виртуальная машина отвечает только за работу конкретного приложения/процесса. По такому принципу работает язык программирования Java. Утилиты, написанные на нем, запускаются только в специальных виртуальных машинах – «прослойках» между аппаратной частью ПК и непосредственно приложением. Во втором случае речь идет об эмуляции полноценной системы.
Также ВМ иногда делят на категории по типу виртуализации:
Аппаратная виртуализация. Когда ВМ взаимодействует с физическим оборудованием ПК.
Программная. Когда виртуальная машина генерирует «новый ПК» на уровне ПО и использует его для запуска других систем.
Также есть виртуализация накопителей (когда несколько физических хранилищ данных объединяются в одно) и сети (когда несколько физически разных сетей формируют одну виртуальную).
Зачем нужны ВМ?
Виртуальные машины используются в бизнес-среде. Разработка большого количества сервисов сейчас не обходится без ВМ или контейнеров. Разработчики используют их, чтобы гарантировать легкую расширяемость продукта и высокую производительность независимо от количества пользователей.
Некоторые разработчики используют ВМ в утилитарных целях, чтобы проверять работоспособность своих проектов. А кто-то таким образом знакомится с новыми для себя операционными системами. Впрочем, обо всем подробнее.
Тестирование ПО
Благодаря виртуальным машинам, можно тестировать написанный код в различных операционных системах и графических средах, не используя для этого отдельные компьютеры.
Можно запустить на одном ПК несколько ВМ параллельно и запускать в них разрабатываемое приложение. С помощью виртуальных машин можно создать несколько «цифровых компьютеров» с различными характеристиками, чтобы узнать, как ваша программа/сервис будет работать на более слабых устройствах.
Разработка в безопасной среде
Иногда вести разработку на хостовой операционной системе небезопасно. Из-за прямого подключения к корпоративной сети, из-за активности других приложений либо из-за непредсказуемого поведения написанного кода.
Поэтому можно быстро и дешево (или даже бесплатно) организовать безопасную рабочую среду, где можно тестировать любой код, не переживая, что он как-то навредит основной системе или к нему кто-то получит доступ извне.
Виртуальную машину можно лишить доступа к некоторым компонентам ПК или к сети.
Знакомство и работа с новыми ОС
Используя ВМ, можно из праздного интереса установить на ПК какой-нибудь дистрибутив Linux или другую ОС. Неплохой вариант для тех, кто ничем кроме Windows не пользовался и хочет узнать, как там поживают пользователи Linux.
Еще один распространенный сценарий – установка Windows параллельно с macOS в качестве виртуальной машины, чтобы пользоваться эксклюзивными для системы Microsoft продуктами.
Развертывание дополнительных инстансов приложения
Виртуальные машины можно использовать для параллельного запуска нескольких инстансов (то есть действующих копий) одной программы. Это может быть полезно как на этапах тестирования, так и после запуска какого-либо онлайн-сервиса. По такому принципу (если говорить совсем уж обобщенно и абстрактно) работают контейнеры Docker.
Размещение ПО на удаленных серверах
Технологии виртуализации используются на хостинговых платформах. Например, VDS (или VPS) – это Virtual Dedicated Server, то есть виртуальный сервер, имитирующий реальное железо.
На одном физическом сервере несколько VDS запускаются параллельно и работают как отдельные компьютеры для вебмастеров, заплативших за услуги хостинг-провайдера.
Преимущества ВМ
Исходя из описанных выше сценариев применения, можно вывести три основных преимущества виртуальных машин над реальным аппаратным обеспечением:
ВМ можно установить на любой компьютер. ВМ поддерживают любые ОС, поэтому можно сэкономить окружающее пространство, деньги на покупку дополнительного оборудования и время на установку и настройку компьютеров. 
На виртуальные машины можно устанавливать устаревшие операционные системы, поддерживающие разного рода архаичное программное обеспечение. Не придется содержать устаревшие компьютеры для их запуска и использования.
ВМ легче перезапустить/перенастроить и заново вернуть к работе в случае форс-мажора.
Недостатки ВМ
Из минусов виртуальных машин обычно выделяют два наиболее значимых. Во-первых, стабильность. Большое количество виртуальных машин, запущенных на одном устройстве, могут привести к снижению стабильности и скорости работы основной операционной системы. Хост-компьютер должен соответствовать высоким системным требованиям, что может дорого стоить и ограничивать пользователей в выборе форм-фактора устройства.
Во-вторых, производительность. Даже на мощных ПК виртуальные машины работают ощутимо медленнее, чем хост-система. Нет полноценного контакта ПО с аппаратным обеспечением. Поэтому заставить работать приложения в ВМ так же быстро, как на стандартной ОС, не получится.
Сравнение контейнеров с виртуальными машинами
Принципиальное отличие контейнеров от ВМ заключается в масштабе. Виртуальные машины имитируют полноценный ПК. В них устанавливается система для решения задач пользователя. Контейнеры созданы для изолированного запуска единичных приложений и зависимых компонентов, необходимых для запуска и работы этого приложения.
Контейнеры легче как в плане физического размера, так и в плане скорости освоения. Настроить контейнеры для решения задач бизнеса проще, а возможность взаимодействовать напрямую с ядром системы позволяет загружать изолированные программы быстрее.
Виртуальные же машины куда функциональнее и позволяют запускать в отдельном программном окружении большое количество систем, программ и т.п.
Лучшие программы для создания и настройки ВМ
Чтобы начать работу с виртуальными машинами, нужна специальная программа. Это инструмент, задействующий системные технологии виртуализации, чтобы использовать аппаратное обеспечение хост-системы для запуска дополнительных ОС в изолированном программном пространстве.
Их довольно много, но мы рассмотрим лишь несколько ключевых, использующихся чаще всего.
VirtualBox
Бесплатный продукт компании Oracle, позволяющий создавать ВМ на Windows, macOS и Linux. VirtualBox не обладает высокой производительностью и функционально отстает от конкурентов, но это та цена, которую необходимо заплатить за безвозмездное использование программы.
Ограничений по выбору ОС для запуска в VirtualBox почти нет. Можно найти образ практически любой операционной системы и спокойной установить ее в ВМ. Это касается даже проприетарных разработок компании Apple (но не всех; некоторые современные версии macOS все еще не поддерживаются).
В VirtualBox можно тонко настроить выделенные на ВМ ресурсы и выдать разрешение на использование гостевой системой тех или иных аппаратных составляющих.
VMWare Workstation
Продвинутое решение для профессионалов, нуждающихся в удобном и эффективном рабочем пространстве для виртуализации.
Из важных преимуществ VMWare Workstation стоит выделить поддержку Windows Hyper-V и кластеров Kubernetes. Первое позитивно сказывается на совместимости различных видов оборудования с системами, установленными в ВМ. Второе – позволяет создавать контейнеры и управлять ими из командной строки Windows и Linux.
Стандартная версия VMWare Workstation обойдется примерно в 15 тысяч рублей. Есть бесплатный тестовый период. Можно опробовать все функции утилиты в течение 30 дней.
Parallels Desktop
Лучшая утилита для создания и настройки ВМ на компьютерах Apple. Parallels Desktop – самый быстрый и эффективный способ запустить Windows или отдельные приложения для Windows в macOS.
Из важных плюсов PD стоит выделить тесную интеграцию с компонентами Windows. Можно запускать отдельные win-приложения в графической среде macOS, будто это нативные программы, а не утилиты из виртуальной машины.
В Parallels Desktop есть функция автоматической загрузки, установки и настройки ВМ. Нужно просто указать нужную ОС (на выбор есть Windows, Debian, Fedora, Ubuntu, Android и т.п.) и нажать на кнопку «Установить».
Базовая лицензия Parallels Desktop стоит 4788 рублей.
Microsoft Hyper-V
Microsoft Hyper-V – это встроенная в Windows технология виртуализации, объединенная с одноименным приложением для создания новых ВМ и работы с ними.
Для активации Hyper-V нужно установить последнюю версию Windows 10 Pro, а затем прописать в консоли Power Shell команду для активации технологии виртуализации.
Здесь, как и в случае с Parallels, есть функция быстрого создания виртуальных машин. Можно выбрать одну из предложенных систем (Windows, Ubuntu) или установить систему на выбор, загрузив подходящий образ из сети.
Плюсы Hyper-V кроются в тесной интеграции оного с другими компонентами Windows и аппаратным обеспечением компьютера. Это положительно сказывается на стабильности и производительности виртуальных машин.
Кроссплатформенный и быстрый эмулятор для запуска виртуальных машин. С помощью QEMU можно запускать Windows параллельно с Ubuntu или Fedora параллельно с macOS.
Также QEMU можно задействовать для виртуализации на серверных ПК. Поддерживается KVM-виртуализация для развертывания на удаленном компьютере сразу нескольких VDS.
Главное преимущество QEMU – высокая производительность. Разработчики обещают скорость работы гостевых ОС на уровне хост-систем.
Как настроить виртуальную машину?
Процесс настройки зависит от выбранного инструмента для создания ВМ. Почти всегда процесс упирается в выбор образа гостевой системы и установку параметров аппаратного обеспечения. Многие инструменты предлагают опции для быстрого запуска ВМ. Такие есть в VMWare Workstation, Parallels и Hyper-V.
Немного сложнее устроена программа QEMU. О том, как ее настроить, мы писали ранее.
Самый простой способ:
Заходим на сайт Oracle.
Скачиваем и устанавливаем VirtualBox.
Загружаем образ системы, которую нужно установить в ВМ (в формате ISO).
Запускаем VirtualBox и нажимаем кнопку «Создать новую…».
Указываем путь до ISO-файла с системой и жмем «Установить…».
Теперь с виртуальной системой можно работать, как с настоящей.
Вместо заключения
На этом все. Теперь вы знаете, что такое виртуальная машина и какие задачи она помогает решить. Но что еще важнее, теперь вы можете сами создать ВМ!
Исследование на тему «Применение виртуальной машины»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Для чего нужна виртуальная машина
Стремительное развитие технологий виртуализации оказало значительно влияние на развитие ИТ-инфраструктуры. Мощность компьютеров достигла такого уровня, когда одна физическая машина может поддерживать несколько операционных систем, запущенных одновременно в виртуальных машинах. Еще несколько лет назад виртуальная машина была редкостью.
Множество пользователей находят разнообразные применения виртуализации, как дома, так и на работе. Ведь сейчас виртуальная машина обладает большей гибкостью, функциональностью, простотой использования и быстродействием.
Виртуальная машина – это точная копия реального компьютера с любой операционной системой, которая запускается как программа в отдельном окне и имеет свое выделенное место на жестком диске, а так же все возможности, которые вам доступны в вашей реально операционной системе.
Виртуальные машины могут использоваться для:
Защиты информации и ограничение возможностей программ
Исследования производительности ПО и новой компьютерной архитектуры
Эмуляции различных архитектур (например, эмулятор игровой приставки)
Оптимизации использования ресурсов мейнфреймов и прочих мощных компьютеров
Вредоносного кода для управления информационной системой
Моделирования информационных систем с клиент-серверной архитектурой на одной ЭВМ
Упрощения управлением кластерами – виртуальные машины могут просто мигрировать с одной физической машины на другую во время работы
Тестирования и отладки системного программного обеспечения
Существует большое количество различных программ для создания и управления виртуальными компьютерами. Мы рассмотрели три самых популярных из них и проанализировали по следующим характеристикам (см. таблица 1)
Windows Virtual PC
Совместимость с ОС
Практически с любой современной ОС
Для MacOS не предназначена
Простой и понятный интерфейс
Менее удобный и функциональный интерфейс
Грамотно организованный интерфейс
Хорошо сделан перевод на русский язык
Поддерживает любой язык мира
Полностью поддерживает русский язык
Будет понятен даже начинающим пользователям
Удобен только опытным пользователям
Каждому будет легко освоиться с ее богатым функционалом
Делает «снимки» ОС, к которым можно написать комментарии
Возможность задать, какая из запущенных виртуальных машин будет приоритетной
В любой момент может сохранить текущее состояние виртуальной машины.
Проанализировав таблицу, мы сделали следующие выводы, что VMware Workstation из представленных виртуальных машин по характеристикам превосходит и является эмулятором невероятной мощности, но с Mac платформой они поссорятся. Для большинства пользователей эта машина будет не доступна, т.к. является платной программой.
Рис1. Интерфейс VirtualBox 
Рис2. Интерфейс Windows Visual PC
Рис3. Интерфейс VMware Workstation
Виртуальные машины очень удобны и их популярность с каждый днем растет. Ведь раньше виртуальные машины использовались только для решения проблем с совместимость. На данный момент она является распространенной программой, которую используют каждый день, т.к. разработчики пытаются сделать ее более понятной и функциональной в использовании.
Программное обеспечение виртуальные машины конспект
Код ОГЭ: 1.4.3. Программное обеспечение, его структура. Программное обеспечение общего назначения
♦ Программное обеспечение (ПО) — это совокупность программ, предназначенных для решения определенных задач на компьютере.
В зависимости от области использования программ их можно разделить на 3 класса:
Системное ПО
Системное программное обеспечение (СПО) состоит из двух компонентов:
Базовое программное обеспечение содержит минимальный набор программ, обеспечивающих работу компьютера. Сервисное программное обеспечение включает программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового ПО и организуют более удобную среду работы пользователя.
В базовое ПО входят: BIOS, операционная система и операционные оболочки (текстовые и графические).
BIOS отвечает за взаимодействие с основными аппаратными средствами и хранится в специальных микросхемах (ПЗУ).
Операционная система (ОС) — комплекс программ, предназначенный для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами. Операционная система загружается при включении компьютера и организует диалог с пользователем.
Сетевые операционные системы — комплекс программ, обеспечивающий обработку, передачу и хранение данных в сети.
Операционные оболочки — специальные программы для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки могут иметь текстовый и графический варианты интерфейса.
Основное назначение сервисных, или служебных, программ (утилит) — проверка и настройка компьютерной системы. Обычно утилиты дополнительно устанавливаются на ПК и служат для расширения ее функций:
Операционная система
Операционная система (ОС) — главная составляющая системного программного обеспечения. Это комплекс программ, которые загружаются при включении компьютера и осуществляют управление компьютером, диалог с пользователем, запускают другие программы на выполнение.
ОС состоят из следующих категорий программ:
Программы, предназначенные для работы под управлением данной операционной системы, принято называть приложениями. ОС обеспечивает интерфейсы (связь) между пользователем, приложениями и аппаратурой.
ОС осуществляет следующие операции:
Сейчас на IBM–совместимые компьютеры устанавливаются ОС Windows и Linux, на персональные компьютеры Macintosh — Mac OS.
Прикладное ПО
Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой прикладные программы (или их пакет), с помощью которых пользователь выполняет конкретные задания — от производственных до творческих, обучающих и развлекательных. Эти программные средства наиболее многочисленны.
Программы общего назначения
Этот класс содержит широкий перечень программ для пользователей. Среди них — текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных и пр.
Основные функции текстовых редакторов и процессоров: ввод и редактирование текстов в различных форматах, подготовка печатных документов — статей, справок, отчетов, ведомостей и т. п. Текстовые редакторы позволяют вводить и редактировать тексты и могут содержать некоторые ограниченные возможности их форматирования (оформления). Примеры текстовых редакторов: Блокнот (Notepad), WordPad. Текстовые процессоры содержат большой перечень возможностей форматирования документов, а также средства объединения текста, графики, таблиц, формул и других объектов в итоговый документ. Часто текстовые процессоры включают различные средства автоматизации, составления оглавлений и указателей, проверки орфографии, подготовки шаблонов документов и др. Примеры текстовых процессоров: Microsoft Word, WordPerfect, OpenOffice.org Writer, AbiWord. Издательские системы, например Adobe InDesign, служат для подготовки и тиражирования газет, журналов, рекламных буклетов, проспектов, книг.
Табличные процессоры, или электронные таблицы предоставляют среду для обработки информации, представленной в виде таблиц, с использованием встроенных функций. Эти программы широко применяются в бухгалтерском учете, при анализе данных, всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных. Кроме этого, такие программы помогают строить двух– или трехмерные графики, диаграммы. Примерами таких программ являются: Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc, Lotus Symphony Spreadsheets и др.
Графические редакторы и процессоры предназначены для просмотра, обработки, редактирования, упорядочения и публикации цифровых фотографий, создания графических файлов, преобразования их из одного формата в другой и (или) обработки графических изображений — рисунков, чертежей, графиков, диаграмм, иллюстраций, в том числе и трехмерных. Пользователь может изменять палитру, масштаб, работать с многослойными изображениями, получать изображения со сканера и другой цифровой техники и т. д. Любой графический редактор включает в себя текстовый редактор и позволяет набирать тексты.
Системы управления базами данных (СУБД) обеспечивают организацию и хранение баз данных. Базами данных называют большие массивы данных о группе объектов с одинаковым набором свойств. СУБД обеспечивают ввод данных, поиск, сортировку записей, создание отчетов. Примерами СУБД являются Microsoft Access, Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle, Sybase, Firebird, Interbase.
К средствам презентационной графики относятся специализированные программы для создания изображений и их показа на экране, подготовки слайд–фильмов, мультфильмов, видеофильмов, их редактирования. Презентация может включать показ диаграмм и графиков.
Существуют программные средства, объединяющие возможности текстовых, графических редакторов, электронных таблиц, систем управления базами данных. Такие средства называются интегрированными системами, или пакетами. Они могут включать также органайзер, средства поддержки электронной почты, программу для создания презентаций и др. Эти средства предусматривают единые правила работы с программами (унифицированный интерфейс). Компоненты интегрированных пакетов могут работать отдельно друг от друга, но основные достоинства этих пакетов проявляются при их разумном сочетании друг с другом. Примерами интегрированных пакетов являются Microsoft Office, OpenOffice.org, Lotus SmartSuite, StarOffice, Corel WordPerfect Office.
К прикладному программному обеспечению относятся также:
Офисные пакеты могут включать программы планирования (органайзеры), системы автоматического перевода, средства проверки орфографии и распознавания текста. К специализированным (проблемно–ориентированным) средствам относятся математические пакеты, системы деловой и научной графики, системы автоматизированного проектирования, бухгалтерские системы и т. д.
Коммуникационные средства предназначены для взаимодействия пользователей в компьютерных сетях и включают браузеры (программы для просмотра содержимого веб–страниц), почтовые программы, средства скачивания файлов из сетей, программы для видео-общения и обмена текстовыми, голосовыми сообщениями, средства прослушивания онлайн–радио и просмотра онлайн–телевидения и др. Основное назначение мультимедийных программ — создание, обработка и проигрывание аудио– и видеоинформации. Современные обучающие программы обычно являются мультимедийными, включают не только звук и работу с микрофоном, но и отрывки из видеофильмов.
Системы искусственного интеллекта реализуют отдельные функции интеллекта человека; к ним относятся экспертные системы для принятия решений в предметной области (медицина, математика, статистика и т. д.), системы анализа и распознавания речи и др. Игровые программы используются не только для отдыха и соревнований, но и для тренажерной тренировки навыков и умений, тренировки логического мышления, а также обучения.
Инструментальное ПО
Инструментальные системы, или системы программирования предназначены для создания новых программ. Они различаются в первую очередь по языкам программирования, которые они поддерживают.
В настоящее время широко распространены системы визуального программирования, которые позволяют создавать программы с использованием графического интерфейса.
Конспект урока по информатике «Программное обеспечение».