ما المقصود بالمحاكاة الافتراضية؟
المحاكاة الافتراضية هي تقنية تتيح لك إنشاء تمثيلات افتراضية للخوادم والتخزين والشبكات والأجهزة المادية الأخرى. يحاكي البرنامج الافتراضي وظائف الأجهزة المادية لتشغيل عدة أجهزة افتراضية في الوقت نفسه على جهاز مادي واحد. تلجأ الشركات إلى المحاكاة الافتراضية لاستخدام موارد أجهزتها بكفاءة وتحقيق عوائد أكبر من استثماراتها. كما أنها تدعم خدمات الحوسبة السحابية التي تساعد المؤسسات على إدارة البنية الأساسية بمزيد من الكفاءة.
ما المقصود بالمحاكاة الافتراضية؟
لفهم الآلة الافتراضية قائمة على النواة (KVM) بشكل صحيح، تحتاج أولاً إلى فهم بعض المفاهيم الأساسية في المحاكاة الافتراضية. المحاكاة الافتراضية هي عملية تسمح للكمبيوتر بمشاركة موارد الأجهزة الخاصة به مع العديد من البيئات المنفصلة رقميًا. تعمل كل بيئة افتراضية ضمن مواردها المخصصة، مثل الذاكرة وقوة المعالجة والتخزين. باستخدام المحاكاة الافتراضية، يمكن للمؤسسات التبديل بين أنظمة التشغيل المختلفة على نفس الخادم دون إعادة التشغيل.
تعد الأجهزة الافتراضية وبرامج مراقبة الأجهزة الافتراضية مفهومين مهمين في المحاكاة الافتراضية.
الجهاز الافتراضي
الجهاز الافتراضي هو كمبيوتر معرّف بالبرمجيات يعمل على كمبيوتر فعلي بنظام تشغيل منفصل وموارد حوسبة. يُطلق على الكمبيوتر الفعلي اسم الجهاز المضيف والأجهزة الافتراضية هي أجهزة الضيف. يمكن تشغيل أجهزة افتراضية متعددة على جهاز فعلي واحد. يتم استخراج الأجهزة الافتراضية من أجهزة الكمبيوتر بواسطة برنامج Hypervisor (مراقب الأجهزة الافتراضية).
برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية
برنامج hypervisor هو مكون برمجي يدير أجهزة افتراضية متعددة في الكمبيوتر. يضمن حصول كل جهاز افتراضي على الموارد المخصصة ولا يتداخل مع تشغيل الأجهزة الافتراضية الأخرى. هناك نوعان من برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية.
النوع الأول من مراقب الأجهزة الافتراضية
النوع الأول من مراقب الأجهزة الافتراضية، أو مراقب bare-metal، هو برنامج لمراقبة الأجهزة الافتراضية مثبت مباشرة على أجهزة الكمبيوتر بدلاً من نظام التشغيل. لذلك، تتمتع برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية من النوع الأول بأداء أفضل ويتم استخدامها بشكل شائع في تطبيقات المؤسسات. تستخدم KVM برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية من النوع الأول لاستضافة أجهزة افتراضية متعددة على نظام التشغيل Linux.
النوع الثاني من مراقب الأجهزة الافتراضية
يُعرف أيضًا باسم مراقب الأجهزة الافتراضية المستضاف، ويتم تثبيت برنامج مراقب الأجهزة الافتراضية من النوع الثاني على أحد أنظمة التشغيل. تعد برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية من النوع الثاني مناسبة لحوسبة المستخدم النهائي.
ما سبب أهمية المحاكاة الافتراضية؟
تُمكّنك المحاكاة الافتراضية من التفاعل مع أي مورد للأجهزة بمرونة أكبر. تستهلك الخوادم المادية الكهرباء وتَشغَل مساحة تخزين وتحتاج إلى صيانة. وغالبًا ما تكون مقيدًا بالقرب المادي وتصميم الشبكة إذا كنت ترغب في الوصول إليها. تزيل المحاكاة الافتراضية كل هذه القيود من خلال اختزال وظائف الأجهزة المادية في البرنامج. يمكنك إدارة البنية الأساسية للأجهزة وصيانتها واستخدامها كأي تطبيق موجود على الويب.
مثال على المحاكاة الافتراضية
فلنفترض أن شركة تحتاج إلى خوادم لثلاث وظائف، هي:
- تخزين البريد الإلكتروني الخاص بالعمل بصورة آمنة
- تشغيل تطبيق مواجه للعملاء
- تشغيل تطبيقات الأعمال الداخلية
ولكل وظيفة من هذه الوظائف متطلبات تكوين تختلف عن الأخرى:
- فتطبيق البريد الإلكتروني يتطلب سعة تخزين أكبر ونظام تشغيل Windows.
- يحتاج التطبيق المواجه للعملاء إلى نظام تشغيل Linux وقوة معالجة عالية للتعامل مع الحجم الهائل لحركة المرور على موقع الويب.
- وتطبيق الأعمال الداخلية يتطلب نظام iOS والمزيد من الذاكرة الداخلية (RAM).
ولتلبية هذه المتطلبات، تقوم الشركة بإعداد ثلاثة خوادم مادية مختلفة ومخصصة لكل تطبيق من التطبيقات. ويجب عليها عمل استثمار أولي مرتفع وإجراء صيانة وتحديثات بصورة مستمرة لجهاز واحد في كل مرة. ولن يكون بوسعها أيضًا تحسين سعة الحوسبة الخاصة بها. ورغم أنها تدفع 100% من تكاليف صيانة الخوادم، إلا أنها تستخدم جزءًا صغيرًا فقط من سعات التخزين والمعالجة الخاصة بها.
كفاءة استخدام الأجهزة
باستخدام المحاكاة الافتراضية، ستنشئ الشركة ثلاثة خوادم رقمية، أو أجهزة افتراضية، على خادم مادي واحد. وبعدها تحدد متطلبات نظام التشغيل للأجهزة الافتراضية واستخدامها بنفس طريقة استخدام الخوادم الفعلية. ورغم ذلك، فإن الشركة تمتلك الآن أجهزة أقل ونفقات ذات صلة أقل.
البنية الأساسية كخدمة
يمكن للشركة أن تخطو خطوة أخرى إلى الأمام وتستخدم مثيلًا سحابيًا أو جهازًا افتراضيًا من أحد مزودي الحوسبة السحابية مثل AWS. وتتولى AWS إدارة جميع الأجهزة الأساسية، وحينئذٍ، يمكن للشركة أن تطلب موارد خادم بتكوينات مختلفة. وستعمل جميع التطبيقات على هذه الخوادم الافتراضية بدون إخطار المستخدمين بأي اختلاف. وستصير إدارة الخادم أسهل أيضًا لفريق تكنولوجيا المعلومات الخاص بالشركة.
ما مزايا المحاكاة الافتراضية؟
توفر المحاكاة الافتراضية، لأي منظمة، العديد من المزايا، منها:
كفاءة استخدام الموارد
تعمل المحاكاة الافتراضية على تحسين موارد الأجهزة المستخدمة في مركز البيانات الخاص بك. على سبيل المثال، بدلاً من قيامك بتشغيل خادم واحد على نظام كمبيوتر واحد، سيكون بوسعك إنشاء مجمع خوادم افتراضية على نفس نظام الكمبيوتر باستخدام الخوادم وإعادتها إلى المجمع على النحو المطلوب. بفضل وجود عدد أقل من الخوادم المادية الأساسية تتوفر مساحة في مركز البيانات وستتوفر الأموال المنفقة على الكهرباء والمولدات وأجهزة التبريد.
إدارة تكنولوجيا المعلومات بصورة مؤتمتة
الآن وقد صارت أجهزة الكمبيوتر المادية افتراضيةً، ستتمكن من إدارتها باستخدام أدوات برمجية. وسينشئ المسؤولون برامج نشر وتكوين لتحديد قوالب الأجهزة الافتراضية. وسيمكنك مضاعفة بنيتك الأساسية بصورة متكررة ومتسقة وتجنب التكوينات اليدوية المعرضة للخطأ.
التعافي من الكوارث بصورة أسرع
حينما تقع أحداث مثل الكوارث الطبيعية أو الهجمات الإلكترونية وتؤثر سلبًا على عمليات الأعمال، فإن استعادة الوصول إلى البنية الأساسية لتكنولوجيا المعلومات واستبدال الخوادم المادية أو إصلاحها قد يستغرق ساعات أو حتى أيام. وعلى العكس من ذلك، فإن العملية تستغرق دقائق فقط مع البيئات الافتراضية. وستعمل هذه الاستجابة السريعة على تحسين المرونة بشكل كبير وتسهيل استمرارية الأعمال بحيث يمكن استمرار العمليات على النحو المقرر.
كيف تعمل المحاكاة الافتراضية؟
تستخدم المحاكاة الافتراضية برنامجًا متخصصًا، يُطلق عليه مُراقب أجهزة افتراضية، لإنشاء العديد من المثيلات السحابية أو الأجهزة الافتراضية على جهاز كمبيوتر مادي واحد.
المثيلات السحابية أو الأجهزة الافتراضية
بعد تثبيت برنامج المحاكاة الافتراضية على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، يمكنك إنشاء جهاز افتراضي واحد أو أكثر. ويمكنك الوصول إلى الأجهزة الافتراضية بنفس طريقة وصولك إلى التطبيقات الأخرى على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يُسمى جهازك بالمضيف، والجهاز الافتراضي بالضيف. ويمكن تشغيل العديد من الأجهزة الضيوف على الجهاز المضيف. ولكل جهاز ضيف نظام تشغيل خاص به، وقد يكون نفس نظام التشغيل الموجود بالجهاز المضيف وقد يختلف عنه.
ومن منظور المستخدم، سيعمل الجهاز الافتراضي كخادم نموذجي. وهو يحتوي على إعدادات وتكوينات وتطبيقات مثبتة. تظهر موارد الحوسبة، مثل وحدات المعالجة المركزية (CPU) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والتخزين بنفس الطريقة التي تظهر بها على الخادم المادي. يمكنك أيضًا تكوين وتحديث أنظمة تشغيل الجهاز الضيف وتطبيقاته حسب الضرورة بدون التأثير على نظام تشغيل الجهاز المضيف.
برامج Hypervisor (مُراقب الأجهزة الافتراضية)
مُراقب الأجهزة الافتراضية هو برنامج محاكاة افتراضية تقوم أنت بتثبيته على جهازك المادي. وهو عبارة عن طبقة برمجية تعمل كوسيط بين الأجهزة الافتراضية والأجهزة الأساسية أو كنظام تشغيل للجهاز المضيف. يقوم مُراقب الأجهزة الافتراضية بتنسيق الوصول إلى البيئة المادية بحيث تتمكن عدة أجهزة افتراضية من الوصول إلى حصتها من الموارد المادية.
على سبيل المثال، إذا تطلب الجهاز الافتراضي موارد حوسبة، مثل قوة معالجة الكمبيوتر، فسينتقل الطلب أولاً إلى مُراقب الأجهزة الافتراضية. بعد ذلك، سيقوم مُراقب الأجهزة الافتراضية بتمرير الطلب إلى الأجهزة الأساسية التي ستؤدي المهمة.
فيما يلي نوعان رئيسان من برامج مُراقب الأجهزة الافتراضية.
النوع الأول من برامج مُراقب الأجهزة الافتراضية
يتم تشغيل النوع الأول من برنامج مُراقب الأجهزة الافتراضية، الذي يُسمى أيضًا مُراقب الأجهزة الافتراضية المجرد، على أجهزة الكمبيوتر مباشرة. وهو يمتلك بعض قدرات نظام التشغيل ويتميز بالكفاءة العالية لكونه يتفاعل مباشرةً مع الموارد المادية.
النوع الثاني من برامج مُراقب الأجهزة الافتراضية
يتم تشغيل برنامج مُراقب الأجهزة الافتراضية من النوع الثاني كتطبيق على جهاز كمبيوتر بنظام تشغيل موجود. يُستخدم هذا النوع من مُراقب الأجهزة الافتراضية عند تشغيل أنظمة تشغيل متعددة على جهاز واحد.
ما الأنواع المختلفة للمحاكاة الافتراضية؟
يمكنك استخدام تقنية المحاكاة الافتراضية للاستفادة من وظائف عدة أنواع مختلفة من البنية الأساسية المادية وجميع مزايا البيئة الافتراضية. كما يمكنك الذهاب لما هو أبعد من الأجهزة الافتراضية لإنشاء مجموعة من الموارد الافتراضية في بيئتك الافتراضية.
المحاكاة الافتراضية للخادم
المحاكاة الافتراضية للخادم هي عملية تقسِّم خادمًا ماديًا إلى عدة خوادم افتراضية. وهي تُعد طريقة ممتازة وفعّالة من حيث التكلفة لاستخدام موارد الخادم ونشر خدمات تكنولوجيا المعلومات في المؤسسة. وبدون وجود المحاكاة الافتراضية للخادم، فإن الخوادم المادية تستخدم قدرًا ضئيلاً فقط من قدرات المعالجة الخاصة بها، وتدخل الأجهزة في وضع الخمول.
المحاكاة الافتراضية للتخزين
تجمع المحاكاة الافتراضية للتخزين بين وظائف أجهزة التخزين المادية مثل التخزين المتصل بالشبكة (NAS) وشبكة منطقة التخزين (SAN). يمكنك تجميع أجهزة التخزين في مركز البيانات الخاص بك، حتى وإن كانت من بائعين مختلفين أو من أنواع مختلفة. تستخدم المحاكاة الافتراضية للتخزين كل ما هو موجود في مخزن البيانات المادي وتنشئ وحدةً كبيرةً من التخزين الافتراضي يمكنك تعيينها والتحكم فيها باستخدام برامج الإدارة. ويمكن لمسؤولي تكنولوجيا المعلومات تبسيط أنشطة التخزين، مثل الأرشفة والنسخ الاحتياطي والاسترداد، لأن بوسعهم دمج العديد من أجهزة تخزين الشبكة بصورة افتراضية في جهاز تخزين واحد.
المحاكاة الافتراضية للشبكة
تحتوي أي شبكة كمبيوتر على عناصر أجهزة مثل المفاتيح وأجهزة التوجيه وجُدُر الحماية. ويمكن لأي مؤسسة لديها مكاتب في عدة مواقع جغرافية أن تمتلك العديد من تقنيات الشبكات المختلفة التي تعمل معًا لإنشاء شبكة مؤسسة خاصة بها. المحاكاة الافتراضية للشبكة هي عملية تجمع بين جميع موارد الشبكة لعمل وحدة مركزية تضم المهام الإدارية. ويمكن للمسؤولين ضبط هذه العناصر والتحكم فيها افتراضيًا بدون لمس المكونات المادية، ما يسهِّل كثيرًا من إدارة الشبكة.
وفيما يلي طريقتان لإجراء المحاكاة الافتراضية للشبكة.
الشبكة المحدّدة بالبرمجيات
تتحكم الشبكة المحدّدة بالبرمجيات (SDN) في توجيه حركة المرور من خلال تولي إدارة التوجيه من توجيه البيانات في البيئة المادية. على سبيل المثال، يُمكنك برمجة نظامك لإعطاء أولوية استخدام الشبكة لمكالمات الفيديو وليس للتطبيقات، وذلك لضمان اتساق جودة المكالمات في جميع الاجتماعات التي تُجرى عبر الإنترنت.
المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة
تجمع تقنية المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة بين وظائف أجهزة الشبكة، مثل جُدُر الحماية وموازنات التحميل ومحللات حركة المرور التي تعمل معًا لتحسين أداء الشبكة.
المحاكاة الافتراضية للبيانات
تقوم المؤسسات الحديثة بجمع البيانات من عدة مصادر وتخزِّنها بتنسيقات مختلفة. وقد تقوم أيضًا بتخزين البيانات في أماكن مختلفة، مثل بنية أساسية سحابية ومركز بيانات محلي. تقوم المحاكاة الافتراضية للبيانات بإنشاء طبقة برمجية بين هذه البيانات والتطبيقات المطلوبة. تعالج أدوات المحاكاة الافتراضية للبيانات طلب بيانات التطبيق وتُرجع النتائج في تنسيق مناسب. ولذا، تستخدم المؤسسات حلول المحاكاة الافتراضية للبيانات لزيادة مرونة تكامل البيانات ودعم تحليل البيانات متعدد الوظائف.
المحاكاة الافتراضية للتطبيق
تعمل المحاكاة الافتراضية للتطبيق على سحب وظائف التطبيقات لتعمل على أنظمة تشغيل خلاف تلك التي صُممت لأجلها. على سبيل المثال، يُمكن للمستخدمين تشغيل أحد تطبيقات Microsoft Windows على جهاز Linux بدون تغيير تكوين الجهاز. ولتحقيق المحاكاة الافتراضية للتطبيق، اتبع هذه الممارسات:
- دفق التطبيق – يقوم المستخدمون بدفق التطبيق من خادم بعيد، بحيث يتم تشغيله على جهاز المستخدم النهائي فقط عند الحاجة.
- المحاكاة الافتراضية للتطبيق القائم على الخادم – يمكن للمستخدمين الوصول إلى التطبيق البعيد من المستعرض أو من خلال واجهة العميل بدون تثبيته.
- المحاكاة الافتراضية للتطبيق المحلي – يتم إرسال التعليمة البرمجية للتطبيق مع بيئته ليعمل على جميع أنظمة التشغيل بدون تغييرات.
المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب
يوجد لدى معظم المؤسسات موظفين غير تقنيين يستخدمون أنظمة تشغيل سطح المكتب لتشغيل تطبيقات الأعمال الشائعة. على سبيل المثال، قد يكون لديك الموظفين التاليين:
- فريق خدمة عملاء يتطلب جهاز كمبيوتر سطح مكتب يعمل بنظام تشغيل Windows 10 وبرنامج لإدارة علاقات العملاء
- فريق تسويق يتطلب نظام تشغيل Windows Vista لتطبيقات المبيعات
يُمكنك استخدام المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب لتشغيل أنظمة تشغيل سطح المكتب المختلفة على أجهزة افتراضية، يمكن لأعضاء فريقك الوصول إليها عن بُعد. هذا النوع من المحاكاة الافتراضية يجعل إدارة أجهزة سطح المكتب فعّالةً وآمنةً، ما يوفر المال لشراء أجهزة سطح المكتب. فيما يلي أنواع المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب.
البنية الأساسية لأجهزة سطح المكتب الافتراضي
تعمل البنية الأساسية لأجهزة سطح المكتب الافتراضي على تشغيل أجهزة سطح مكتب افتراضية على خادم بعيد. ويمكن للمستخدمين الوصول إليها باستخدام أجهزة عميلة.
المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب المحلية
في المحاكاة الافتراضية لأجهزة سطح المكتب المحلية، يمكنك تشغيل مُراقب الأجهزة الافتراضية على كمبيوتر محلي وإنشاء جهاز كمبيوتر افتراضي بنظام تشغيل مختلف. يُمكنك التبديل بين بيئتك المحلية وبيئتك الافتراضية بنفس الطريقة التي يمكنك بها التبديل بين التطبيقات.
ما أوجه الاختلاف بين المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية؟
المقصود بالحوسبة السحابية هو توفير موارد الحوسبة حسب الطلب عبر الإنترنت والتسعير بطريقة الدفع حسب الاستخدام. وبدلاً من شراء خوادم أو مركز بيانات مادي وامتلاكه وصيانته، يمكنك الوصول إلى خدمات التكنولوجيا، مثل قوة الحوسبة والتخزين وقواعد البيانات، كلما احتجت إلى ذلك من موفر خدمات السحابة.
بفضل تقنية المحاكاة الافتراضية صارت الحوسبة السحابية أمرًا ممكنًا. يتولى موفرو الخدمات السحابية إعداد مراكز البيانات الخاصة بهم وصيانتها. ويقومون أيضًا بإنشاء بيئات افتراضية مختلفة تستخدم موارد الأجهزة الأساسية. حينئذٍ، يمكنك برمجة نظامك للوصول إلى هذه الموارد السحابية باستخدام واجهات برمجة التطبيقات. يمكن تلبية احتياجات بنيتك الأساسية كخدمة مُدارة بالكامل.
ما أوجه الاختلاف بين الوضع في الحاوية والمحاكاة الافتراضية للخادم؟
الوضع في الحاوية هو طريقة لنشر التعليمة البرمجية للتطبيق لكي تعمل في أي بيئة مادية أو افتراضية بدون تغييرات. يقوم المطورون بربط التعليمة البرمجية للتطبيق مع المكتبات ذات الصلة وملفات التكوين والتبعيات الأخرى التي تحتاجها التعليمة البرمجية للتشغيل. يمكن تشغيل هذه الحزمة الفردية للبرنامج، التي يُطلق عليها اسم حاوية، بشكل مستقل على أي منصة. ويُعد الوضع في الحاوية نوعًا من المحاكاة الافتراضية للتطبيق.
ويمكنك اعتبار المحاكاة الافتراضية للخادم كطريق يُبنى للربط بين مكانين. وسيتحتم عليك إعادة إنشاء بيئة افتراضية كاملة ثم تشغيل تطبيقك عليها. ومن حيث التشبيه، فإن الوضع بالحاوية يشبه تصميم طائرة هليكوبتر قادرة على الطيران إلى أيٍ من هذين المكانين. يتواجد تطبيقك داخل حاوية ويمكن تشغيله في جميع أنواع البيئات المادية أو الافتراضية.
كيف يمكن أن تساعدك AWS من خلال تقنيات المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية التي تقدّمها؟
باستخدام AWS، ستتوفر لديك عدة طرق لبناء سوق ونشره والوصول إليه سريعًا باستخدام أحدث التقنيات. على سبيل المثال، يمكنك الاستفادة من أيٍ من هذه الخدمات:
- استخدم Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) لممارسة التحكم الدقيق في بنيتك الأساسية. اختر المعالجات والتخزين والشبكات التي تريدها.
- استخدم AWS Lambda للحوسبة بلا خوادم بحيث يمكنك تشغيل التعليمات البرمجية بدون التفكير في الخوادم.
- استخدم Amazon Lightsail في تنفيذ خوادم افتراضية، والتخزين، وقواعد البيانات، والشبكات مقابل سعر منخفض يمكن التنبؤ به.
ابدأ استخدام المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية بإنشاء حساب AWS اليوم.
