ماشین‌های مجازی و مجازی‌سازی در پردازش ابری

دسترسی به قدرت پردازشی تا به امروز پیشرفت‌های زیادی داشته است. در گذشته، برای داشتن قدرت پردازشی، باید سرورهای فیزیکی با مشخصات ثابت خریداری می‌کردید، منتظر تحویل می‌ماندید و تکنسین‌ها آن‌ها را در رک‌ها با برق و تهویه مناسب نصب می‌کردند. افزایش ظرفیت به معنی هفته‌ها تأخیر در خرید و نصب دستی سخت‌افزار بود و کاهش ظرفیت هم به معنی نگه داشتن سرورهای گران‌قیمت بدون استفاده یا صرف زمان برای خارج کردن آن‌ها از مدار بود.

اکنون، زمانی که کاربران می‌خواهند یک محیط پردازشی جدید راه‌اندازی کنند، ارائه‌دهندگان ابری مانند پارمین کلود تمام پیچیدگی‌های زیرساخت را در پس‌زمینه مدیریت می‌کنند. شما فقط مشخصات را انتخاب می‌کنید، چند کلیک می‌کنید و ظرف چند دقیقه یک ماشین مجازی (VM) عملیاتی ایجاد می‌شود.

ماشین‌های مجازی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند: ماشین‌های مجازی سیستمی که کل کامپیوتر را شبیه‌سازی می‌کنند (همان چیزی که ارائه‌دهندگان ابری معمولاً عرضه می‌کنند) و ماشین‌های مجازی پروسه‌ای مانند Java Virtual Machine که برای اجرای برنامه‌های خاص در سیستم‌عامل‌های مختلف طراحی شده‌اند. در این مقاله، به انواع ماشین‌های مجازی، مجازی‌سازی، مزایای ماشین‌های مجازی و نحوه کاهش هزینه‌های منابع VM می‌پردازیم.

آیا می‌خواهید با ماشین‌های مجازی شروع کنید و از مزایای مجازی‌سازی بهره‌مند شوید؟ به سرعت زیرساخت مجازی خود را با پلن‌های پارمین کلود راه‌اندازی کنید. این پلن‌ها مناسب بارهای کاری عمومی تا آموزش‌های AI/ML هستند که می‌توانید مناسب‌ترین VM را برای نیازهای خود بیابید.

یک ماشین مجازی (VM) یک کامپیوتر مبتنی بر نرم‌افزار است که داخل یک کامپیوتر فیزیکی دیگر اجرا می‌شود و محیطی ایزوله با سیستم‌عامل و برنامه‌های اختصاصی خود ایجاد می‌کند. برای کاربر، دقیقا مثل این است که از یک ماشین فیزیکی استفاده می‌کند. نیازی به مدیریت مجزای سخت‌افزار پایه (مانند CPU یا حافظه) نیست. با ماشین‌های مجازی، کاربران می‌توانند چندین سیستم‌عامل را روی یک سیستم اجرا کرده و برنامه‌ها و فرآیندها را به‌طور مؤثر اجرا کنند.

مجازی‌سازی یک کامپیوتر مبتنی بر نرم‌افزار با حافظه، ذخیره‌سازی و پردازنده اختصاصی از کامپیوتر میزبان ایجاد می‌کند. این فناوری از هایپروایزر برای میزبانی VM‌ها، تخصیص منابع و زمان‌بندی عملیات استفاده می‌کند تا از هم‌پوشانی یا استفاده بیش از حد منابع جلوگیری شود.

دو نوع هایپروایزر وجود دارد:

• نوع 1 (bare metal) مستقیماً روی ماشین فیزیکی اجرا می‌شود و به سخت‌افزار دسترسی مستقیم دارد بدون اینکه سیستم‌عامل واسطی داشته باشد. این نوع برای مجازی‌سازی سرور، دسکتاپ و برنامه‌ها ایده‌آل است.
• نوع 2 (hosted) روی سیستم‌عامل میزبان اجرا می‌شود و سیستم‌عامل میزبان درخواستی منابع را مدیریت می‌کند. این گزینه برای موارد خاص کامپیوتر کاربر، مانند اجرای لینوکس روی ویندوز مناسب است.

کاربران اغلب هر دو نوع را در زیرساخت خود اجرا می‌کنند و بر اساس نوع و حجم بار کاری، هایپروایزر مناسب را انتخاب می‌کنند. برای انتخاب ارائه‌دهنده مناسب، باید سازگاری سخت‌افزار، نیازهای عملکرد، ابزار مدیریت و هزینه را در نظر گرفت.

هایپروایزرها پایه محیط‌های مجازی‌سازی هستند و می‌توانند از ماشین‌های مجازی پشتیبانی کنند که اجزای سخت‌افزاری، نرم‌افزاری، شبکه و ذخیره‌سازی را شبیه‌سازی می‌کنند. نمونه‌ها شامل:

• مجازی‌سازی سخت‌افزار: این امکان را می‌دهد که چندین سیستم‌عامل روی یک سرور اجرا شود و دسترسی به CPU و فضای دیسک از طریق هایپروایزر امکان‌پذیر باشد.
• مجازی‌سازی نرم‌افزار: به کاربران اجازه می‌دهد چندین سیستم‌عامل میهمان روی یک دستگاه فیزیکی نصب کنند (مثلاً لینوکس روی ویندوز). همچنین برنامه‌ها را از سرور به دستگاه‌های انتهایی می‌رساند یا به کاربران راه دور اجازه می‌دهد نرم‌افزارهای میزبانی شده مرکزی را اجرا کنند.
• مجازی‌سازی شبکه: به کاربران امکان می‌دهد چند شبکه روی یک سخت‌افزار شبکه ایجاد کنند، پهنای باند بین چند دستگاه تقسیم شود و ترافیک به منابع خاص تخصیص یابد.
• مجازی‌سازی ذخیره‌سازی: چندین دستگاه ذخیره‌سازی فیزیکی را به یک دستگاه ذخیره‌سازی مشترک تبدیل می‌کند. کاربران می‌توانند ظرفیت کل ذخیره‌سازی را مشاهده کرده و به میزان نیاز از آن استفاده کنند، بدون اینکه لازم باشد ظرفیت هر سرور جداگانه را بدانند.

دو نوع اصلی ماشین مجازی وجود دارد: سیستمی و پروسه‌ای. تفاوت اصلی آن‌ها در میزان منابع و جریان‌های کاری است که پشتیبانی می‌کنند، اما می‌توانند به طور هم‌زمان در محیط تولید استفاده شوند.

ماشین‌های مجازی سیستمی نسخه کاملی از سیستم‌عامل را ارائه می‌دهند. محیطی ایزوله برای اجرای برنامه‌ها هستند و امکان اجرای چند سیستم‌عامل روی یک سرور یا ماشین را می‌دهند. نمونه آن پلن‌های پارمین کلود است.

مزایای ماشین‌های مجازی سیستمی شامل:

• ایجاد محیط سخت‌افزاری شبیه‌سازی شده کاملاً متمایز از معماری دستورالعمل میزبان.
• امکان میزبانی چندین سیستم‌عامل روی یک درایو اصلی با پارتیشن مجازی و پشتیبانی از اشتراک فایل.
• انجام وظایف بدون تغییر دادن سیستم‌عامل؛ تمامی داده‌ها روی درایو میزبان ذخیره می‌شوند.
• سهولت در ارائه نرم‌افزار، بازیابی در مواقع بحرانی، نگهداری و برنامه‌های با دسترسی بالا.

معایب ماشین‌های مجازی سیستمی شامل:

• ناسازگاری بین سیستم‌عامل میهمان و میزبان در مباحث امنیت و نرم‌افزار.
• تفاوت عملکرد بین ماشین‌های مجازی متعدد روی یک میزبان.
• کاهش کارایی زمانی که ماشین‌های مجازی به درایو میزبان متصل می‌شوند.

ماشین‌های مجازی پروسه‌ای سیستم‌عامل VM را به صورت محیطی موقتی شبیه‌سازی می‌کنند. برای اجرای یک فرآیند خاص طراحی شده و بعد از انجام فرآیند خودپاک می‌شوند. مثالی از آن Wine (لایه سازگاری اجرای برنامه‌های ویندوز روی لینوکس) یا ماشین مجازی جاوا است.

مزایای ماشین‌های مجازی پروسه‌ای:

• ارائه سیستم‌عاملی سبک و ایزوله که روی پلتفرم‌های مختلف اجرا می‌شود و محدود به مدل خاص سیستم نیست.
• فقط برای اجرای یک فرآیند استفاده می‌شود و پس از پایان فرآیند پاک می‌شود.
• محیط ایزوله برای مواردی مانند اشکال‌زدایی یا تست.

نکات مهم در مورد ماشین‌های مجازی پروسه‌ای:

• موقتی‌تر از ماشین‌های مجازی سیستمی و امکانات کمتری دارند.
• گاهی مصرف منابع آن‌ها بیشتر از اجرای مستقیم فرآیند روی ماشین اصلی است.

ماشین‌های مجازی و کانتینرها هر دو فناوری مجازی‌سازی هستند اما عملکرد متفاوتی دارند. تفاوت اصلی چیست؟

کانتینرها اجزای لازم برای اجرای یک برنامه یا بخشی از آن را بسته‌بندی می‌کنند. بیشتر برنامه‌های مدرن از چند کانتینر ساخته شده‌اند که هر کانتینر برای سرویس خاصی اختصاص یافته است. کانتینرها به هایپروایزر نیاز ندارند و سبک‌تر از ماشین‌های مجازی هستند.

ماشین‌های مجازی منابع را کنار هم می‌آورند و یک سیستم‌عامل جداگانه دارند. این امکان را می‌دهد که برنامه‌های سنگین‌تر و سیستم‌ها و زیرساخت‌های مختلف مانند ذخیره‌سازی، شبکه و نرم‌افزار را شبیه‌سازی کرد.

مزایای اصلی ماشین‌های مجازی عبارتند از:

• هزینه: به دلیل اجرای چند ماشین مجازی روی یک ماشین فیزیکی، سازمان‌ها می‌توانند فضای فیزیکی را کاهش داده و در هزینه سخت‌افزار صرفه‌جویی کنند.
• قابلیت جابجایی: ماشین‌های مجازی محیطی خودکفا هستند که تمام اجزای لازم برای محاسبات را شامل می‌شوند و به راحتی می‌توان آن‌ها را بین سرورها، ابرها یا دیتاسنترها منتقل کرد.
• قابلیت اطمینان: ماشین‌های مجازی از هم و از سایر اجزای بزرگ‌تر جدا هستند، بنابراین مشکل در یک ماشین مجازی بر دیگر ماشین‌ها تأثیر نمی‌گذارد.
• مقیاس‌پذیری: افزایش قدرت محاسباتی بدون نیاز به تهیه سخت‌افزار بیشتر آسان‌تر است.
• امنیت: ماشین مجازی سیستم‌عامل مخصوص به خود را دارد و لایه امنیتی اضافه‌ای بین خود و سیستم‌عامل میزبان ایجاد می‌کند که به کاربران اجازه می‌دهد تست‌ها و بررسی‌های امنیتی را بدون خطر برای زیرساخت کلی انجام دهند.

علاوه بر مزایای عمومی، ماشین‌های مجازی کاربردهای تجاری مهمی هم دارند:

• همگرایی سرورها: سازمان‌ها می‌توانند با اجرای چندین سرور فیزیکی به عنوان چند ماشین مجازی، پراکندگی زیرساخت را کاهش دهند.
• محیط‌های تست و توسعه: استفاده از ماشین‌های مجازی به عنوان محیط‌های ایزوله برای آزمایش بارهای کاری، فرآیندها یا پروتکل‌های امنیتی بدون تأثیر روی سیستم‌های مجاور.
• حمایت از DevOps: کاربران می‌توانند به سرعت ماشین‌های مجازی را ایجاد، حذف، منتقل یا تغییر دهند و اطمینان حاصل کنند که جریان کار منعطف باقی می‌ماند.
• تداوم کسب‌وکار و بازیابی فاجعه: سازمان‌ها می‌توانند سیستم‌ها را در زیرساخت ابری تکثیر کنند تا به داده‌های پشتیبان به‌راحتی دسترسی داشته و از ویژگی‌های امنیتی ماشین‌های مجازی بهره ببرند.
• محیط‌های ترکیبی: ماشین‌های مجازی نه تنها روی فن‌آوری‌های ابری مدرن اجرا می‌شوند، بلکه برای دیتاسنترهای داخلی و در برخی موارد برای برنامه‌های قدیمی نیز مناسب هستند.

هزینه‌های ماشین مجازی پیچیده‌تر از آنچه به ظاهر است هستند و عوامل مختلفی بر هزینه کلی تأثیر می‌گذارند. باید هزینه‌های ثابت و متغیر را در نظر گرفت.

هزینه‌های ثابت شامل سخت‌افزار مورد نیاز برای اجرای VM ها هستند مانند سرورها، ذخیره‌سازی و مجوزهای نرم‌افزاری (سیستم‌عامل، هایپروایزر و ابزارهای مدیریت). اگر VM ها را از طریق ارائه‌دهنده ابری استفاده کنید، تمام این هزینه‌ها در قیمت‌گذاری لحاظ شده و سخت‌افزار شامل می‌شود.

هزینه‌های متغیر شامل مصرف حافظه، پردازنده و ذخیره‌سازی به صورت ماهانه، روزانه یا ساعتی است که به پیش‌بینی هزینه کمک می‌کند.

ضمن اینکه هزینه هر VM بر اساس منابع اختصاص داده شده متفاوت است و بعضی ارائه‌دهندگان هزینه راه‌اندازی یا پیکربندی یک‌باره هم دریافت می‌کنند. اگر از VMهای ابری استفاده کنید یا از طریق ارائه‌دهنده سرویس بگیرید، مدل قیمت‌گذاری ساده‌تر بوده و به صورت مستقیم توسط ارائه‌دهنده ابری پرداخت می‌شود.

بهترین نوع ماشین مجازی برای پردازش ابری کدام است؟

بهترین ماشین مجازی برای پردازش ابری بستگی به مورد استفاده شما دارد، زیرا بارهای کاری مختلف به پیکربندی سخت‌افزاری متفاوتی نیاز دارند. مواردی مانند عملکرد، مقیاس‌پذیری، امنیت، تجربه کاربری و هزینه باید در انتخاب در اولویت باشند.

کانتینرها در مقایسه با ماشین‌های مجازی سنتی چگونه هستند؟

یک ماشین مجازی سنتی به کاربران یک سیستم‌عامل کامل ارائه می‌دهد و سخت‌افزار مجازی‌شده را شبیه‌سازی می‌کند. اما کانتینر فقط اجزای لازم برای اجرای یک برنامه خاص را بسته‌بندی می‌کند، به همین دلیل سبک‌تر و مناسب‌تر برای اجرای فرآیندهای برنامه است.

مزایای هایپروایزرها در مجازی‌سازی چیست؟

هایپروایزر که بخش اساسی مجازی‌سازی است، استفاده بهینه‌تر از منابع، مقیاس‌پذیری، مدیریت ساده‌تر، ایزولاسیون و صرفه‌جویی در هزینه را فراهم می‌آورد.

هزینه ماشین‌های مجازی در ارائه‌دهندگان ابری مختلف (AWS، Azure، Google Cloud) چگونه متفاوت است؟

هر ارائه‌دهنده مدل قیمت‌گذاری خود را دارد که بسته به پیکربندی مورد نظر تغییر می‌کند. عواملی که هزینه را تحت تأثیر قرار می‌دهند شامل منطقه جغرافیایی، اندازه دیسک، حافظه، استفاده از شبکه، فعالیت انتقال داده و نیازهای ذخیره‌سازی هستند.

از ماشین‌های مجازی در پارمین کلود استفاده کنید: ثبت‌نام کنید.