المحاكاة الافتراضية في الحوسبة السحابية: الأنواع، Archiالبنية، المزايا
إيثان رايت
ما هي الافتراضية؟
يمكن تعريف المحاكاة الافتراضية بأنها عملية تتيح إنشاء نسخة افتراضية من سطح المكتب أو نظام التشغيل أو موارد الشبكة أو الخادم. تلعب المحاكاة الافتراضية دورًا رئيسيًا ومهيمنًا في الحوسبة السحابية.
يضمن هذا فصل التسليم المادي للمورد أو التطبيق عن المورد الفعلي نفسه. ويساعد ذلك في تقليل المساحة أو التكلفة المرتبطة بالمورد. وتمكن هذه التقنية المستخدم النهائي من تشغيل أنظمة تشغيل سطح مكتب وتطبيقات متعددة في وقت واحد على نفس الأجهزة والبرامج.
وتضمن العملية أيضًا محاكاة افتراضية للمنتجات أو الخدمات في نفس الجهاز، ولا تؤدي إلى إبطاء أو التأثير على كفاءة النظام.
بدأ اختراع المحاكاة الافتراضية خلال عصر استخدام الحواسيب المركزية، ومع تطور الوقت مع التقدم في تقنيات العصر الجديد، تم تحقيق المحاكاة الافتراضية باستخدام البرامج المتخصصة.
المحاكاة الافتراضية كمفهوم للحوسبة السحابية
في الحوسبة السحابية، تسهل المحاكاة الافتراضية إنشاء الآلات الافتراضية وتضمن التشغيل السلس لأنظمة التشغيل المتعددة. كما تساعد في إنشاء نظام بيئي افتراضي لأنظمة تشغيل الخوادم وأجهزة التخزين المتعددة، كما أنها تعمل على تشغيل أنظمة تشغيل متعددة.
الحوسبة السحابية يتم تعريفه على أنه تطبيق أو خدمة تتضمن نظامًا بيئيًا افتراضيًا. يمكن أن يكون هذا النظام البيئي ذا طبيعة عامة أو خاصة. مع المحاكاة الافتراضية، تقل الحاجة إلى وجود بنية تحتية مادية. يتم الآن استخدام مصطلحي الحوسبة السحابية والمحاكاة الافتراضية بالتبادل، ويتم توحيدهما بسرعة.
تعمل المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية جنبًا إلى جنب لضمان حصولك على مستويات متقدمة ومتطورة من الحوسبة. فهو يضمن إمكانية مشاركة التطبيقات عبر سلاسل شبكات متعددة لمختلف المؤسسات والمستخدمين النشطين.
توفر الحوسبة السحابية قابلية التوسع والكفاءة والقيمة الاقتصادية. إنه يوفر أنظمة مبسطة لإدارة عبء العمل.
وبعبارات أبسط، تضمن الحوسبة السحابية بالتعاون مع المحاكاة الافتراضية أن تحصل المؤسسة الحديثة على طريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة لتشغيل أنظمة تشغيل متعددة باستخدام مورد مخصص واحد.
خصائص المحاكاة الافتراضية
توفر المحاكاة الافتراضية العديد من الميزات أو الخصائص كما هو موضح أدناه: –
- توزيع الموارد: تضمن تقنية المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية للمستخدمين النهائيين تطوير بيئة حوسبة فريدة. يتم تحقيق ذلك من خلال إنشاء جهاز مضيف واحد. من خلال هذا الجهاز المضيف، يمكن للمستخدم النهائي تقييد عدد المستخدمين النشطين. ومن خلال القيام بذلك، فإنه يسهل السيطرة عليها. ويمكن استخدامها أيضًا لخفض استهلاك الطاقة.
- إمكانية الوصول إلى موارد الخادم: توفر المحاكاة الافتراضية العديد من الميزات الفريدة التي تضمن عدم الحاجة إلى خوادم فعلية. تضمن هذه الميزات تعزيز وقت التشغيل، كما أن هناك قدرًا أقل من التسامح مع الأخطاء وتوافر الموارد.
- عزل الموارد: توفر المحاكاة الافتراضية أجهزة افتراضية معزولة. يمكن لكل جهاز افتراضي أن يحتوي على العديد من المستخدمين الضيوف، ويمكن أن يكون المستخدمون الضيوف إما أنظمة تشغيل أو أجهزة أو تطبيقات.
إنّ الجهاز الظاهري يوفر لهؤلاء المستخدمين الضيوف بيئة افتراضية معزولة. وهذا يضمن بقاء المعلومات الحساسة محمية، وفي الوقت نفسه، يظل المستخدمون الضيوف متصلين ببعضهم البعض. - الأمن والأصالة: تضمن أنظمة المحاكاة الافتراضية استمرار تشغيل الأنظمة، وتقوم بموازنة التحميل التلقائي وتضمن تقليل انقطاع الخدمات.
- تجميع: يتم تحقيق التجميع في المحاكاة الافتراضية من خلال برنامج إدارة المجموعات. يضمن هذا البرنامج أن المجموعات المتجانسة من أجهزة الكمبيوتر أو الشبكات متصلة وتعمل كمورد موحد.
أنواع المحاكاة الافتراضية
هناك العديد من المتغيرات أو الأنواع المتاحة ضمن تقنية المحاكاة الافتراضية كما هو موضح أدناه:
التطبيق الافتراضي
يمكن تعريف ذلك على أنه نوع المحاكاة الافتراضية الذي يمكّن المستخدم النهائي للتطبيق من الوصول عن بعد.
ويتم تحقيق ذلك من خلال الخادم. يحتوي هذا الخادم على جميع المعلومات الشخصية والخصائص الأخرى القابلة للتطبيق المطلوبة لاستخدام التطبيق.
يمكن الوصول إلى الخادم عبر الإنترنت، ويعمل على محطة عمل محلية. باستخدام المحاكاة الافتراضية للتطبيقات، يمكن للمستخدم النهائي تشغيل نسختين مختلفتين من نفس البرنامج أو نفس التطبيق.
يتم تقديم المحاكاة الافتراضية للتطبيق من خلال البرامج المعبأة أو التطبيق المستضاف.
الشبكة الافتراضية
يمكن لهذا النوع من المحاكاة الافتراضية تنفيذ العديد من الشبكات الافتراضية، ولكل منها خطة تحكم وبيانات منفصلة. وهي تحدث بشكل مشترك على الجزء العلوي من الشبكة الفعلية، ويمكن تشغيلها من قبل أطراف ليست على علم ببعضها البعض.
تقوم المحاكاة الافتراضية للشبكة بإنشاء شبكات افتراضية، كما أنها تحافظ على توفير الشبكات الافتراضية.
من خلال المحاكاة الافتراضية للشبكة، يمكن إنشاء المحولات المنطقية وجدران الحماية وأجهزة التوجيه وموازنات التحميل وأنظمة إدارة أمان عبء العمل.
المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب
يمكن تعريف هذا النوع من المحاكاة الافتراضية بأنه نوع من أنواع المحاكاة الافتراضية التي تتيح تخزين نظام التشغيل الخاص بالمستخدمين النهائيين عن بُعد على خادم أو مركز بيانات. وهو يتيح للمستخدمين الوصول إلى أجهزة سطح المكتب الخاصة بهم عن بُعد والقيام بذلك من خلال الجلوس في أي موقع جغرافي. كما يمكنهم أيضًا استخدام أجهزة مختلفة للوصول إلى أجهزة سطح المكتب الخاصة بهم افتراضيًا.
باستخدام تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب، يمكن للمستخدم النهائي العمل على أكثر من نظام تشغيل بناءً على احتياجات العمل الخاصة بهذا الفرد.
إذا أراد الفرد العمل على نظام تشغيل آخر غير Windows Operaباستخدام نظام التشغيل هذا، يمكنه استخدام تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب. وهذا يوفر للفرد فرصة العمل على نظامي تشغيل مختلفين.
لذلك، توفر المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب مجموعة من الفوائد. فهو يوفر إمكانية النقل وتنقل المستخدم وإدارة البرامج بسهولة مع التصحيحات والتحديثات.
التخزين الافتراضي
يوفر هذا النوع من المحاكاة الافتراضية أنظمة تخزين افتراضية تسهل إدارة التخزين.
إنه يسهل إدارة التخزين بشكل فعال ومن خلال مصادر متعددة يمكن الوصول إليها من مستودع واحد. تضمن المحاكاة الافتراضية للتخزين أداءً متسقًا وأداءً سلسًا.
كما يوفر تحديثات وتصحيحات مستمرة للوظائف المتقدمة. كما أنه يساعد في التعامل مع التغييرات التي تطرأ على معدات التخزين الأساسية.
خادم الافتراضية
يضمن هذا النوع من المحاكاة الافتراضية إخفاء الخوادم. يتم تقسيم الخادم الرئيسي أو المقصود إلى العديد من الخوادم الافتراضية. تستمر هذه الخوادم في تغيير أرقام هويتها ومعالجاتها لتسهيل عملية الإخفاء. يضمن هذا أن كل خادم يمكنه تشغيل أنظمة التشغيل الخاصة به في عزلة تامة.
التمثيل الافتراضي للبيانات
يمكن تعريف ذلك على أنه نوع المحاكاة الافتراضية حيث يتم الحصول على البيانات وجمعها من عدة مصادر وإدارتها من مكان واحد. لا توجد معرفة فنية من أين يتم الحصول على هذه البيانات وجمعها أو تخزينها أو تنسيقها لهذه البيانات.
يتم ترتيب البيانات بشكل منطقي، ومن ثم يمكن للأطراف المعنية وأصحاب المصلحة الوصول إلى العرض الافتراضي لهذه البيانات. يتم الوصول إلى هذه التقارير أيضًا من قبل المستخدمين النهائيين على أساس بعيد.
تتراوح تطبيقات المحاكاة الافتراضية للبيانات من دمج البيانات إلى دمج الأعمال. كما تُستخدم أيضًا في خدمات البيانات ذات البنية الموجهة نحو الخدمة، وتساعد في العثور على البيانات التنظيمية.
Archiبنية المحاكاة الافتراضية
يتم تعريف الهندسة المعمارية في المحاكاة الافتراضية على أنها نموذج يصف المحاكاة الافتراضية من الناحية المفاهيمية. يعد تطبيق المحاكاة الافتراضية في الحوسبة السحابية أمرًا بالغ الأهمية. في الحوسبة السحابية، يتشارك المستخدمون النهائيون البيانات على التطبيقات التي يطلق عليها السحابة. ومع ذلك، يمكن للمستخدمين النهائيين مشاركة البنية الأساسية لتكنولوجيا المعلومات بالكامل مع المحاكاة الافتراضية نفسها.
وهنا هندسة المحاكاة الافتراضية:
في الصورة أعلاه، تشتمل المحاكاة الافتراضية على خدمات افتراضية للتطبيقات والبنية التحتية.
تساعد خدمات التطبيقات الافتراضية في إدارة التطبيقات، ويمكن أن تساعد خدمات البنية التحتية الافتراضية في إدارة البنية التحتية.
يتم تضمين كلتا الخدمتين في مركز بيانات افتراضي أو نظام تشغيل. ويمكن استخدام الخدمات الافتراضية في أي منصة أو بيئة برمجة. ويمكن الوصول إلى الخدمات من خلال سحابة محلية أو سحابة خارجية.
يتم تسليم خدمات المحاكاة الافتراضية لمستخدمي السحابة من قبل أفراد خارجيين. وفي المقابل، يتعين على مستخدمي السحابة أن يدفعوا لأفراد الطرف الثالث رسومًا شهرية أو سنوية مطبقة.
يتم دفع هذه الرسوم لتعويض الأطراف الثالثة عن تقديم الخدمات السحابية للمستخدمين النهائيين، كما أنها توفر إصدارات مختلفة من التطبيقات حسب طلب مستخدمي السحابة النهائية.
يتم تحقيق المحاكاة الافتراضية بشكل عام من خلال المشرف الافتراضي. يتيح المشرف الافتراضي فصل أنظمة التشغيل عن الأجهزة الأساسية. كما يتيح للجهاز المضيف تشغيل العديد من الأجهزة الافتراضية في وقت واحد ومشاركة نفس موارد الكمبيوتر المادية. هناك طريقتان يتم من خلالهما تحقيق بنية المحاكاة الافتراضية كما هو موضح أدناه:
- النوع الأول: يُطلق على نوع برنامج Hypervisor الأول مراقب الأجهزة الافتراضية. يتم تشغيلها مباشرة فوق الجزء العلوي من أجهزة النظام المضيف. أنها توفر إدارة فعالة للموارد وتضمن التوافر العالي للموارد. فهو يوفر وصولاً مباشرًا إلى نظام الأجهزة، مما يضمن قابلية التوسع والأداء والاستقرار بشكل أفضل.
- النوع الثاني: النوع الثاني من برامج Hypervisor هو المشرف الافتراضي المستضاف. يتم تثبيته على نظام التشغيل المضيف، ويعمل نظام التشغيل الافتراضي مباشرة فوق المشرف الافتراضي. وهو نوع النظام الذي يسهل ويبسط تكوين النظام.
كما يعمل أيضًا على تبسيط مهام الإدارة. إن وجود نظام التشغيل المضيف يحد أحيانًا من أداء النظام الذي يدعم المحاكاة الافتراضية، بل ويؤدي حتى إلى ظهور عيوب أو مخاطر أمنية.
مزايا المحاكاة الافتراضية
فيما يلي بعض إيجابيات/فوائد المحاكاة الافتراضية:
- تقدم المحاكاة الافتراضية العديد من الفوائد، مثل المساعدة في خفض التكاليف وزيادة الإنتاجية في عملية التطوير.
- فهو يلغي الحاجة إلى وجود بنية تحتية معقدة للغاية لتكنولوجيا المعلومات.
- إنه يسهل الوصول عن بعد إلى الموارد ويضمن تعزيز قابلية التوسع بشكل أسرع.
- إنه مرن للغاية، ويسمح للمستخدمين بتشغيل أنظمة تشغيل سطح مكتب متعددة على جهاز قياسي واحد.
- إنه يزيل المخاطر التي ينطوي عليها فشل النظام، كما أنه يعزز مرونة نقل البيانات بين الخوادم الافتراضية المختلفة.
- إن عملية العمل في المحاكاة الافتراضية مبسطة ورشيقة للغاية، مما يضمن أن المستخدمين يعملون ويعملون بأقصى قدر من الاقتصاد.
عيوب المحاكاة الافتراضية
عيوب المحاكاة الافتراضية محدودة للغاية بطبيعتها. فيما يلي سلبيات/عيوب المحاكاة الافتراضية:
- يتطلب انتقال إعداد الأجهزة الحالية إلى إعداد افتراضي استثمارًا طويلًا للوقت، وبالتالي يمكن اعتبار ذلك عملية تستغرق وقتًا طويلاً.
- هناك نقص في توفر الموارد الماهرة التي تساعد من حيث انتقال الإعداد الحالي أو الفعلي إلى الإعداد الافتراضي.
- ونظرًا لوجود قيود على الموارد الأقل مهارة، فإن تنفيذ المحاكاة الافتراضية يتطلب عمليات تنفيذ عالية التكلفة.
- إذا لم يتم التعامل مع عملية النقل بدقة، فإنها تشكل أيضًا خطرًا أمنيًا على البيانات الحساسة.
دور المحاكاة الافتراضية في الحوسبة السحابية
في المحاكاة الافتراضية، يتم محاذاة الاسم المعقول أو الصحيح مع الخادم الفعلي. يتم بعد ذلك توجيه المؤشرات نحو ذلك الخادم الفعلي، ويتم ذلك عند الطلب. تسهل المحاكاة الافتراضية تنفيذ التطبيقات المتجانسة.
كما يوفر أيضًا بيئة شبكات وتخزين وذاكرة افتراضية ومعزولة. يتم تحقيق المحاكاة الافتراضية من خلال جهاز مضيف وجهاز ضيف. يمكن تعريف الجهاز المضيف على أنه الجهاز الذي تم تطوير الجهاز الظاهري عليه، ويُطلق على الجهاز الظاهري الذي تم تطويره على هذا النحو اسم الجهاز الضيف.
تلعب المحاكاة الافتراضية للأجهزة دورًا حاسمًا من خلال تقديم البنية التحتية كحل خدمة أكثر كفاءة وفعالية في إطار عملية الحوسبة السحابية.
يضمن هذا النوع من المحاكاة الافتراضية إمكانية النقل. يتم تجميع جهاز الضيف كمثال افتراضي للصورة، ويمكن إزالة هذه الصور الافتراضية بسهولة عند الحاجة.
مصطلحات هامة للمحاكاة الافتراضية
هناك عدد قليل من التقنيات الأساسية في المحاكاة الافتراضية، والتي يمكن تعريفها على النحو التالي: –
- آلة افتراضية: يمكن تعريف الآلة الافتراضية على أنها جهاز كمبيوتر من النوع الافتراضي يعمل أسفل المشرف الافتراضي.
- هبرفيسر: يمكن تعريف ذلك بأنه نظام التشغيل الذي يعمل على أجهزة فعلية. والنظير الافتراضي لنظام التشغيل هو جزء فرعي ينفذ أو يحاكي العملية الافتراضية. ويتم تعريفه باسم Domain 0 أو Dom0.
- حاوية: يمكن تعريفها على أنها آلات افتراضية ذات طبيعة خفيفة الوزن تشكل مجموعة فرعية من نفس نسخة نظام التشغيل أو المشرف الافتراضي. وهي عبارة عن مجموعة من العمليات التي يتم تنفيذها جنبًا إلى جنب مع مساحة الأسماء المقابلة أو معرفات العملية.
- الشبكة الافتراضية: يتم تعريف ذلك على أنه يتم فصل الشبكة منطقيًا وموجودة داخل الخوادم. يمكن توسيع هذه الشبكات عبر خوادم متعددة.
- برامج المحاكاة الافتراضية: يساعد هذا النوع من البرامج في نشر المحاكاة الافتراضية على جهاز الكمبيوتر.
الملخص
- تساعد المحاكاة الافتراضية على إنشاء إصدارات افتراضية من أجهزة سطح المكتب والخوادم وأنظمة التشغيل والتطبيقات.
- تشتمل المحاكاة الافتراضية على الجهاز المضيف والجهاز الظاهري.
- يتكون كل نظام افتراضي من برنامج Hypervisor وحاوية وشبكة افتراضية.
- توفر المحاكاة الافتراضية كفاءة قابلية التوسع وتساعد في الإدارة الفعالة للموارد.
