Archiالمحاكاة الافتراضية للبنية في الحوسبة السحابية وأنواعها

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 مرور الوقت وتقدم التقنيات الحديثة، تم تحقيق المحاكاة الافتراضية عن طريق برامج متخصصة.

المحاكاة الافتراضية كمفهوم للحوسبة السحابية

في الحوسبة السحابية، تُسهّل المحاكاة الافتراضية إنشاء الأجهزة الافتراضية وتضمن التشغيل السلس لأنظمة التشغيل المتعددة. كما أنها تُساعد في إنشاء بيئة افتراضية لأنظمة تشغيل الخوادم وأجهزة التخزين المتعددة.

الحوسبة السحابية يُعرَّف المحاكاة الافتراضية بأنها تطبيق أو خدمة تتضمن نظامًا بيئيًا افتراضيًا. قد يكون هذا النظام البيئي عامًا أو خاصًا. مع المحاكاة الافتراضية، تقل الحاجة إلى بنية تحتية مادية. يُستخدم مصطلحا الحوسبة السحابية والمحاكاة الافتراضية الآن بشكل متبادل، ويجري 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 تقنية المحاكاة الافتراضية العديد من الميزات أو الخصائص كما هو موضح أدناه:

• توزيع الموارد: تضمن تقنيات المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية للمستخدمين النهائيين إنشاء بيئة حوسبة فريدة. ويتحقق ذلك من خلال إنشاء جهاز مضيف واحد. ومن خلال هذا الجهاز، يستطيع المستخدم النهائي تحديد عدد المستخدمين النشطين، مما يُسهّل عملية التحكم ويُقلل من استهلاك الطاقة.
• إمكانية الوصول إلى موارد الخادم: توفر تقنية المحاكاة الافتراضية العديد من الميزات الفريدة التي تضمن عدم الحاجة إلى خوادم فعلية. تضمن هذه الميزات زيادة وقت التشغيل، وتقليل احتمالية حدوث أعطال، وتحسين توافر الموارد.
• عزل الموارد: توفر المحاكاة الافتراضية عزلاً للموارد الأجهزة الظاهريةيمكن لكل جهاز افتراضي أن يضم العديد من المستخدمين الضيوف، والذين قد يكونون أنظمة تشغيل أو أجهزة أو تطبيقات. يوفر الجهاز الافتراضي لهؤلاء المستخدمين الضيوف بيئة افتراضية معزولة، مما يضمن حماية المعلومات الحساسة، وفي الوقت نفسه، بقاء المستخدمين الضيوف متصلين ببعضهم البعض.
• الأمن والمصداقية: تضمن أنظمة المحاكاة الافتراضية استمرارية عمل الأنظمة، وتجري موازنة تلقائية للأحمال، وتضمن تقليل انقطاع الخدمات.
• التجميع: يتم تحقيق التجميع في بيئة المحاكاة الافتراضية من خلال برامج إدارة المجموعات. يضمن هذا البرنامج ربط مجموعات الحواسيب أو الشبكات المتجانسة وجعلها تعمل 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.

يتم ذلك من خلال خادم. يحتوي هذا الخادم على جميع المعلومات الشخصية والخصائص الأخرى اللازمة 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

يُمكن لهذا النوع من المحاكاة الافتراضية تشغيل العديد من الشبكات الافتراضية، ولكل منها مستوى تحكم ومستوى بيانات منفصلان. وهي تعمل بالتوازي مع الشبكة المادية، ويمكن تشغيلها من قِبل جهات لا تعرف بعضها 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.

بفضل تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب، يمكن للمستخدم النهائي العمل على أكثر من نظام تشغيل واحد بناءً على احتياجات العمل الخاصة به.

إذا أراد الفرد العمل على نظام تشغيل آخر غير Windows باستخدام نظام التشغيل، يمكنه استخدام تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب. وهذا يتيح للفرد فرصة العمل على نظامي تشغيل مختلفين.

لذلك، توفر تقنية المحاكاة الافتراضية لسطح المكتب مجموعة من المزايا. فهي توفر إمكانية النقل، وسهولة تنقل المستخدم، وسهولة إدارة البرامج من خلال التحديثات والتصحيحات.

التخزين الافتراضي

يوفر هذا النوع من المحاكاة الافتراضية أنظمة تخزين افتراضية تسهل إدارة التخزين.

يُسهّل هذا النظام إدارة التخزين بكفاءة وفعالية من خلال مصادر متعددة يتم الوصول إليها من مستودع واحد. كما تضمن تقنيات التخزين الافتراضية أداءً متسقًا وسلسًا.

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 هذا النوع من المحاكاة الافتراضية بأنه يتم فيه استخلاص البيانات وجمعها من مصادر متعددة وإدارتها من موقع واحد. ولا يتطلب الأمر أي معرفة تقنية حول مصادر هذه البيانات أو جمعها أو تخزينها أو تنسيقها.

تُرتّب البيانات منطقياً، ثمّ يصل المعنيون وأصحاب المصلحة إلى العرض الافتراضي لهذه البيانات. كما يمكن للمستخدمين النهائيين الوصول إلى هذه التقارير عن بُعد.

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.

تُدمج كلتا الخدمتين في مركز بيانات افتراضي أو نظام تشغيل. ويمكن استخدام الخدمات الافتراضية على أي منصة وبيئة برمجة. كما يمكن الوصول إلى الخدمات عبر 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.

تُحقق المحاكاة الافتراضية عمومًا من خلال برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor). يُمكّن هذا البرنامج من فصل أنظمة التشغيل عن المكونات المادية الأساسية، مما يسمح للجهاز المضيف بتشغيل العديد من الأجهزة الافتراضية في وقت واحد ومشاركة نفس موارد الحاسوب المادية. توجد طريقتان لتحقيق بنية المحاكاة الافتراضية، موضحتان أدناه:

• النوع الأول: يُطلق على النوع الأول من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية اسم برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المباشر. يعمل هذا النوع مباشرةً على مكونات النظام المضيف. يوفر إدارة فعّالة للموارد ويضمن توافرها بشكل كبير. كما يوفر وصولاً مباشراً إلى مكونات النظام، مما يضمن قابلية توسع وأداءً واستقراراً أفضل.
• النوع الثاني: النوع الثاني من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية هو برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المُستضاف. يُثبّت هذا البرنامج على نظام التشغيل المضيف، ويعمل نظام التشغيل الافتراضي مباشرةً فوقه. وهو نوع من الأنظمة يُسهّل ويُبسّط عملية تهيئة 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 مزايا وفوائد 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.
• يتميز بمرونة عالية، ويسمح للمستخدمين بتشغيل أنظمة تشغيل سطح المكتب المتعددة على جهاز واحد قياسي.
• 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. فيما يلي سلبيات وعيوب 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 تقنية المحاكاة الافتراضية، يُختار اسم مناسب ومتوافق مع الخادم الفعلي. ثم تُوجّه المؤشرات إلى ذلك الخادم الفعلي عند الحاجة. تُسهّل المحاكاة الافتراضية تشغيل 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

توجد بعض التقنيات الأساسية في مجال المحاكاة الافتراضية، والتي تُعرَّف على النحو التالي:

• الآلة الافتراضية: يمكن تعريف الآلة الافتراضية بأنها جهاز كمبيوتر من نوع افتراضي يعمل تحت برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor).
• المشرف الافتراضي: يُمكن تعريفه بأنه نظام التشغيل الذي يعمل على جهاز فعلي. أما النظير الافتراضي لنظام التشغيل فهو جزء فرعي يُنفذ أو يُحاكي العملية الافتراضية. ويُعرف هذا النظير باسم النطاق 0 أو Dom0. تعرّف على المزيد حول هبرفيسر وكيف يعمل.
• الحاويات: يمكن تعريفها بأنها آلات افتراضية خفيفة الوزن، وهي جزء من نفس نظام التشغيل أو برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية. وهي عبارة عن مجموعة من العمليات التي تُنفذ مع مساحة الاسم أو مُعرّفات العملية المُقابلة.
• الشبكة الافتراضية: تُعرَّف بأنها شبكة منفصلة منطقيًا وموجودة داخل الخوادم. ويمكن توسيع هذه الشبكات لتشمل عدة خوادم.
• برامج المحاكاة الافتراضية: يساعد هذا النوع من البرامج في نشر المحاكاة الافتراضية على جهاز الكمبيوتر.

الأسئلة الشائعة