Технологии виртуальных машин и принципы виртуализации

Балтийский Государственный Технический Университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

Кафедра И9

«Систем управления и компьютерных технологий»

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Программирование»

на тему:

Виртуальные машины

Выполнил Студент Новиков Д.Ю. Группа И954


Проверил	.
Оценка	___________

Санкт – Петербург

Содержание

Введение. 3

1. Технологии виртуальных машин и принципы виртуализации. 5

1.1 Обзор технологии виртуальных машин. 5

1.1.1 Эмуляция API гостевойоперационной системы.. 5

1.1.2 Полная виртуализация. 6

1.1.3 Паравиртуализация. 7

1.2 Принцип работы виртуальных машин. 9

2. Разновидности виртуальных машин. 13

2.1 Виртуальная машина VMware Server................................................. 13

2.2 Виртуальная машина Microsoft Virtual PC 2007............................... 16

2.3 Виртуальная машина VirtualBox........................................................ 18

Заключение. 21

Список использованной литературы.. 22

Введение

Виртуальные машины дают возможность эмулировать в единой информационной среде поведение нескольких операционных систем. Эмуляция (от англ. Emulation) - комплекс программных и аппаратных средств, предназначенный для копирования функций одной вычислительной системы (гостя) на другой, отличной от первой, вычислительной системе (хосте) таким образом, чтобы эмулированное поведение как можно ближе соответствовало поведению оригинальной системы. Целью эмуляции является максимально точное воспроизведение поведения в отличие от разных форм компьютерного моделирования, в которых имитируется поведение некоторой абстрактной модели [1]. Различные технологии виртуализации предоставляют возможность незамедлительно переключаться между работой в нескольких операционных системах без необходимости перезапуска компьютера. Выполение и поведение эмулированной ОС достаточно сильно близки к реальной, зачастую, не отличаясь.

Плюсы, обретаемые при использовании данного подхода:

§ реальность использования на одной машине нескольких операционных систем, полностью обойдя надобность конфигурирования (разбиения на разделы и форматирования) физических жестких дисков;

§ синхронное выполнение нескольких ОС и незамедлительное переключение от работы в одной системе к работе в другой;

§ осуществимость абстрагирования оригинальной операционной системы от отрицательного воздействия программного обеспечения, выполняющегося в виртуальной машине;

§ имитация сложных вычислительных систем (связанных сетевых операционных систем) на единственной машине.

В наши дни открыт широкий горизонт для развития виртуальных машин. Этому способствует целый ряд причин:

§ ощутимо возросшая производительность компьютеров;

§ широкий круг существующих операционных систем;

§ увеличение количества задач, решение которых возможно с помощью компьютеров.

В эмулированной ОС без переживаний о вреде для основной системы можно выполнять различные слабо известные или угрожающие безопасности операции - эмулированная ОС полностью виртуальна, и любое нарушение ее работы не отразится на функционировании основной операционной системы.

Многие виртуальные машин имеют возможность укрыть определенные параметры физических устройств от основной ОС, что обеспечивает операционной системе независимость от установленного оборудования.

В определенных ситуациях возможно безопасное выполнение этих на других архитектурах и платформах. Для этого необходимо лишь скопировать образы виртуальных систем.

Технологии виртуальных машин и принципы виртуализации

Существует множество виртуальных машин и систем виртуализации, например: WMware, Microsoft Virual PC, Xen, Hyper-V Server 2008, Bochs, QEMU, OpenVZ, UML, Virtual BOX. Они имеют различные преимущества и недостатки, отличаются друг от друга областью применения и технологиями виртуализации.

Обзор технологии виртуальных машин

Существует множество схем виртуализации, таких, как динамическая рекомпиляция, аппаратная виртуализации. Тремя наиболее распространенными и перспективными технологиями являются:

§ эмуляция API гостевой операционной системы;

§ полная виртуализация;

§ паравиртуализация.

Полная виртуализация

Проекты, выполненные по технологии полной виртуализации, работают как интерпретаторы. Интерпретация — пооператорный (покомандный, построчный) анализ, обработка и тут же выполнение исходной программы или запроса (в отличие от компиляции, при которой программа транслируется без её выполнения) [3]. Последовательно просматривается код гостевой операционной системы и эмулируется поведение каждой отдельно взятой инструкции. Самый серьезный недостаток этого подхода заключается в катастрофической потере производительности гостевой операционной системы. Скорость работы гостевых приложений может очень сильно упасть, что означает практическую невозможность нормальной работы с гостевой операционной системой внутри эмулятора. Тем не менее, существуют некоторые технологии, такие, как динамическая трансляция, позволяющие увеличить скорость полной эмуляции.

Примеры проектов, выполненных по технологии полной эмуляции:

§ проект с открытым кодом Bochs, позволяющий запускать различные операционные системы Intel х86 под Linux, Windows, BeOS и Мас OS;

§ продукт Virtual PC фирмы Microsoft, позволяющий запускать различные x86-ОС на PC и Mac;

§ проект Qemu – самый быстрый эмулятор различных архитектур на PC. При использовании модуля Accelerator практически сравнивается по производительности с виртуальными машинами.

Преимущество полной виртуализации – прекрасная совместимость и возможность многоплатформенного использования. Главным же недостатком является медленная скорость работы эмулированных операционных систем.

Паравиртуализация

Паравиртуализация – способ, имеющий некоторые сходства с полной виртуализацией. Он использует гипервизор для разделения доступа к основным аппаратным средствам, но объединяет код, касающийся виртуализации, в непосредственно операционную систему [4]. Гипервизор – это программа, позволяющая осуществлять одновременный запуск нескольких операционных систем на одном компьютере; гипервизор осуществляет управление ресурсами и их разделение между различными операционными системами, выполняет изоляцию запущенных операционных систем друг от друга, а также может обеспечивать их взаимодействие (обмен файлами, сетевое взаимодействие и т.д.) [5]. Этот подход устраняет необходимость в любой перекомпиляции или перехватывании, потому что сами операционные системы кооперируются в процессе виртуализации.

Для паравиртуализации необходимо, чтобы гостевая операционная система была изменена для гипервизора, и это является недостатком метода. Но паравиртуализация предлагает производительность почти как у реальной невиртуализированной системы. Как и при полной виртуализации, одновременно могут поддерживаться многочисленные различные операционные системы.

Примеры проектов, основанных на технологии полной паравиртуализации:

§ продукт Xen – «паравиртуальный» монитор виртуальных машин (VMM), или гипервизор. Xen способен обеспечивать параллельную работу большого числа виртуальных машин на одной физической без затрат значительных вычислительных ресурсов;

§ продукт Microsoft Hyper-V – способ виртуализации серверов в корпоративных средах.

Преимущество данного метода виртуализации – отличная совместимость и возможность многоплатформенного использования при сохранении высокой скорости работы. Недостатком является необходимость модифицирования гостевой операционной системы для гипервизора.

Заключение

В наши дни может существовать целый ряд причин, по которым пользователь желание воспользоваться всеми преимуществами виртуальных машин, например, тестирование поведения различных приложений без вреда хостовой операционной системе, проверка поведения определенного программного обеспечения в различных средах и т.д. К тому же, вычислительная мощь нынешних процессоров как нельзя лучше позволяет реализовать богатейший потенциал идей виртуализации операционных систем и приложений, выводя удобство пользования компьютером на новый качественный уровень.

Список использованной литературы

1. Гультяев А. Виртуальные машины — несколько компьютеров в одном. — СПб.: Питер, 2006. — 224 с. — ISBN 5-469-01338-3.

2. Э.Орама и Г.Уилсон " Идеальная разработка ПО. Рецепты лучших программистов" СПб.: Питер, 2012 год, 592 стр. ISBN 978-5-459-01099-2

3. Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. — М.: Финансы и статистика, 1991. — 543 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-279-00367-0.

4. Виртуализация серверов стандартной архитектуры [Электронный ресурс] URL: http: //www.osp.ru/os/2008/03/5015349 (дата обращения: 14.09.2016).

5. Мендель Розенблюм, Тэл Гарфинкель. Мониторы виртуальных машин: современность и тенденции (рус.). Открытые системы, 2005.

6. Блинков Ю.В. Моделирование компьютерных систем на виртуальных машинах. Моногр. / Ю.В. Блинков. – Пенза: ПГУАС, 2011. – 268 с. ISBN 978-59282-0673-4

7. Мониторы виртуальных машин: современность и тенденции [Электронный ресурс] URL: http: //www.osp.ru/os/2005/05-06/185589 (дата обращения: 14.09.2016).

8. VMware Server User’s Guide (англ.) [Электронный ресурс] URL: http: //www.vmware.com/pdf/vmserver2.pdf (дата обращения: 15.09.2016).

9. Инструкция по использованию Windows Virtual PC в операционной системе Windows

[Электронный ресурс] URL: http: //www.windxp.com.ru/win7/winvrpc.htm (дата обращения: 15.09.2016).

10. Oracle VM VirtualBox® User Manual (англ.) [Электронный ресурс] URL: https: //www.virtualbox.org/manual/UserManual.html (дата обращения: 17.09.2016).