Применение виртуальных машин дает различным категориям пользователей — от начинающих до IT-специалистов — множество преимуществ. Это и повышенная безопасность работы, и простота развертывания новых платформ, и снижение стоимости владения. И потому не случайно сегодня виртуальные машины переживают второе рождение.
В книге рассмотрены три наиболее популярных на сегодняшний день инструмента, предназначенных для создания виртуальных машин и управления ими: Virtual PC 2004 компании Microsoft, VMware Workstation от компании VMware и относительно «свежий» продукт — Parallels Workstation, созданный в компании Parallels. Причем описание всех «конкурирующих» программ построено по одной и той же схеме, чтобы читателю проще было сравнить их между собой и сделать обоснованный выбор.
Введение
Технология виртуальных машин позволяет запускать на одном компьютере несколько различных операционных систем одновременно. Либо, по крайней мере, оперативно переходить от работы в среде одной системы к работе с другой без перезапуска компьютера. Причем, работая с дополнительной, «гостевой» операционной системой, вы не почувствуете никаких ограничений в использовании ее возможностей, получая полную иллюзию работы с реальной системой. И при этом вы можете выполнять в такой системе различные малоизученные или потенциально опасные для нее операции, совершенно не беспокоясь о последствиях: ведь система все-таки является виртуальной, и ее крах будет означать лишь повреждение одного-двух файлов, отсутствие которых никак не скажется на работе реальной системы.
Какие преимущества дает такая возможность, предположить несложно. Но их перечисление мы отложим до первой главы книги, ограничившись лишь следующим замечанием.
Сегодня виртуальные машины переживают второе рождение и при этом находят признание не только у сотрудников информационных служб предприятий, но и у пользователей домашних компьютеров.
Это обусловлено целым рядом причин, включая возросшую вычислительную мощность персональных компьютеров, наличие многочисленных версий и редакций операционных систем, расширение круга задач, решаемых с помощью компьютерной техники.
В книге рассмотрены три наиболее популярных на сегодняшний день инструмента, предназначенные для создания виртуальных машин и управления ими: Virtual PC 2004 компании Microsoft, VMware Workstation компании VMware и относительно «свежий» продукт — Parallels Workstation, созданный в компании Parallels. Причем описание всех «конкурирующих» программ построено по одной и той же схеме, чтобы читателю проще было сравнить их между собой и сделать обоснованный выбор.
От издательства
Ваши замечания, предложения и вопросы отправляйте по адресу электронной почты [email protected] (издательство «Питер», компьютерная редакция).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
Подробную информацию о наших книгах вы найдете на веб-сайте издательства http://www.piter.com.
Глава 1
Знакомство с технологией виртуальных машин
Понятие «виртуальная машина» появилось на свет несколько десятков лет назад, еще в конце 60-х годов прошлого века. Вот только применялись тогда виртуальные машины не на персональных компьютерах, а на «больших» ЭВМ типа IBM/370 (или их советского аналога — ЕС ЭВМ), да и задачи у них были несколько иные: предоставить каждому из многочисленных пользователей свой, независимый «кусочек» ресурсов вычислительного монстра.
Зачем нужны виртуальные машины
Сегодня виртуальные машины переживают второе рождение. Один из «отцов» современного поколения виртуальных машин, профессор Розенблюм
[1]
, объясняет их возрождение двумя основными причинами:
■ появлением большого числа разных операционных систем (ОС), предъявляющих специфические требования к параметрам используемых аппаратных компонентов компьютера;
■ большими затратами на администрирование и сложностью обслуживания компьютеров, на которых установлено несколько различных операционных систем (в том числе в плане обеспечения требуемой надежности и безопасности работы).
Современная виртуальная машина позволяет скрыть от установленной на ней операционной системы некоторые параметры физических устройств компьютера и тем самым обеспечить взаимную независимость ОС и установленного оборудования.
Такой подход предоставляет пользователям (и/или администраторам вычислительных систем) целый ряд преимуществ. К ним в частности относятся:
Как работает виртуальная машина
Начнем с уточнения терминов.
Терминология
С точки зрения пользователя,
виртуальная машина (ВМ) —
это конкретный экземпляр некой виртуальной вычислительной среды («виртуального компьютера»), созданный с помощью специального программного инструмента. Обычно такие инструменты позволяют создавать и запускать произвольное число виртуальных машин, ограничиваемое лишь физическими ресурсами реального компьютера.
Собственно инструмент для создания ВМ (его иногда называют
приложением виртуальных машин,
или
ПВМ
) — это обычное приложение, устанавливаемое, как и любое другое, на конкретную реальную операционную систему. Эта реальная ОС именуется «хозяйской», или
хостовой,
ОС (от англ. термина host — «главный», «базовый», «ведущий»).
Все задачи по управлению виртуальными машинами решает специальный модуль в составе приложения ВМ —
монитор виртуальных машин (МВМ).
Монитор играет роль посредника во всех взаимодействиях между виртуальными машинами и базовым оборудованием, поддерживая выполнение всех созданных ВМ на единой аппаратной платформе и обеспечивая их надежную изоляцию. Пользователь не имеет непосредственного доступа к МВМ. В большинстве программных продуктов ему предоставляется лишь графический интерфейс для создания и настройки виртуальных машин (рис. 1.2). Этот интерфейс обычно называют
консолью виртуальных машин.
Рис. 1.2.
Пример консоли виртуальных машин
Виртуальная машина изнутри
Когда виртуальная машина создана и запущена, у пользователя может возникнуть полная иллюзия того, что он работает с автономным компьютером, имеющим собственные процессор, оперативную память, видеосистему и (как правило) «стандартный» набор внешних устройств, включая флоппи-дисковод и устройство чтения CD/DVD.
На самом деле виртуальная машина не имеет доступа к физическим ресурсам реального компьютера. Работа с ними возложена на упоминавшийся ранее МВМ, а также на еще одну служебную программу — драйвер виртуальных машин.
В упрощенном виде архитектура системы, в которой используются виртуальные машины, выглядит следующим образом (рис. 1.3):
■ хостовая ОС и монитор виртуальных машин разделяют между собой права на управление аппаратными компонентами компьютера; при этом хостовая ОС занимается распределением ресурсов между собственными приложениями (включая и консоль ВМ);
■ монитор ВМ контролирует распределение ресурсов между запущенными виртуальными машинами, создавая для них иллюзию непосредственного доступа к аппаратному уровню (этот механизм называют
виртуализацией
);
Виды виртуальных машин
Система виртуальных машин может быть построена на базе различных платформ и при помощи разных технологий. Используемая схема виртуализации зависит как от аппаратной платформы, так и от особенностей «взаимоотношений» хостовой ОС и поддерживаемых гостевых ОС. Некоторые архитектуры обеспечивают возможность виртуализации на аппаратном уровне, другие требуют применения дополнительных программных ухищрений.
В настоящее время распространение получили три схемы виртуализации:
■ эмуляция API гостевой ОС;
■ полная эмуляция гостевой ОС;
■ квазиэмуляция гостевой ОС.
Виртуальные машины с эмуляцией API гостевой ОС
Обычно приложения работают в изолированном адресном пространстве и взаимодействуют с оборудованием при помощи интерфейса API (Application Programming Interface — интерфейс прикладного программирования), предоставляемого операционной системой. Если две операционные системы совместимы по своим интерфейсам API (например, Windows 98 и Windows ME), то приложения, разработанные для одной из них, будут работать и на другой. Если две операционные системы несовместимы по своим интерфейсам API (например, Windows 2000 и Linux), то необходимо обеспечить перехват обращений приложений к API гостевой ОС и сымитировать ее поведение средствами хостовой ОС. При таком подходе можно установить одну операционную систему и работать одновременно как с ее приложениями, так и с приложениями другой операционной системы.
Поскольку весь код приложения исполняется без эмуляции, а эмулируются лишь вызовы API, такая схема виртуализации приводит к незначительной потере в производительности виртуальной машины. Однако из-за того, что многие приложения используют недокументированные функции API или обращаются к операционной системе в обход API, даже очень хорошие эмуляторы API имеют проблемы совместимости и позволяют запускать не более 70% от общего числа приложений. Кроме того, поддерживать эмуляцию API бурно развивающейся операционной системы (например, такой как Windows) очень нелегко, и большинство эмуляторов API так и остаются эмуляторами какой-то конкретной версии операционной системы. Так, в Windows NT/2000 до сих пор встроен эмулятор для приложений OS/2 версии 1.x. Но самый большой недостаток ВМ с эмуляцией API гостевой ОС — это ее ориентация на конкретную операционную систему.
Примеры продуктов, выполненных но технологии эмуляции API гостевой ОС:
■ проект с открытым кодом Wine (Wine Is Not an Emulator, «Wine — это не эмулятор»), позволяющий запускать DOS-, Win16- и Win32-приложения под управлением операционной системы Linux и Unix;
■ продукт Win4Lin компании Netraverse, позволяющий запускать операционные системы семейства Windows под управлением операционной системы Linux;
Виртуальные машины с полной эмуляцией гостевой ОС
Проекты, поддерживающие технологию полной эмуляции, работают по принципу интерпретации инструкций из системы команд гостевой ОС. Поскольку при этом полностью эмулируется поведение как процессора, так и всех внешних устройств, то существует возможность эмулировать компьютер с архитектурой Intel х86 на компьютерах с совершенно другой архитектурой, например на рабочих станциях Mac или на серверах Sun с RISC-процессорами. Главный недостаток полной эмуляции заключается в существенной потере производительности гостевой операционной системы (скорость работы «гостевых» приложений может упасть в 100-1000 раз). Поэтому до недавнего времени ВМ с полной эмуляцией чаще всего использовались в качестве низкоуровневых отладчиков для исследования и трассировки операционных систем. Однако благодаря значительному росту вычислительных мощностей даже «настольных» компьютеров ВМ с полной эмуляцией стали сегодня вполне конкурентоспособными. Наиболее яркий представитель этого вида ВМ — продукт Virtual PC фирмы Connectix (ныне купленной Microsoft), который подробно описан в главе 2 книги. В качестве других примеров проектов, выполненных по технологии полной эмуляции, можно назвать следующие:
■ проект с открытым кодом Bochs, позволяющий запускать различные операционные системы Intel х86 под Linux, Windows, BeOS и Mac OS;
■ продукт Simics компании Virtutech, позволяющий запускать и отлаживать различные операционные системы Intel х86 под управлением Windows и других операционных систем;
■ проект Qemu — эмулятор различных архитектур на PC,
Виртуальные машины с квазиэмуляцией гостевой ОС
Технология квазиэмуляции гостевой ОС основана на том, что далеко не все инструкции гостевой ОС нуждаются в эмуляции средствами хостовой операционной системы. Многие из инструкций, необходимых для корректной работы «гостевых» приложений, могут быть непосредственно адресованы хостовой ОС. Исключение составляют инструкции для управления такими устройствами, как видеокарта, IDE-контроллер, таймер, и некоторыми другими.
Таким образом, в процессе работы RM с квазиэмуляцией происходит выборочная эмуляция инструкций гостевой ОС. Очевидно, что производительность такой ВМ должна быть выше, чем у ВМ с полной эмуляцией. Тем не менее, как было сказано, при достигнутых уровнях производительности персональных компьютеров разница оказывается не столь ощутимой.
Примеры проектов, выполненных по технологии квазиэмуляции:
■ технология Virtual Platform, на базе которой компания VMware предлагает четыре продукта: VMware Workstation для Windows NT/2000/XP, VMware Workstation для Linux, VMware GSX Server (group server) и VMware LSX Server (enterprise server);
■ виртуальная машина Serenity Virtual Station (SVISTA) (бывшая twoOStwo), разработанная российской компанией Параллели (Parallels) по заказу немецкой компании NetSys GmbH
[2]
;
