O que é uma máquina virtual?

Uma máquina virtual (VM) é uma emulação baseada em software de um computador físico. Ele executa um sistema operacional e aplicativos como uma máquina física, mas está isolado do sistema subjacente. Hardwares.

Uma máquina virtual é uma emulação baseada em software de um computador físico, projetada para replicar a funcionalidade e a experiência do usuário de uma máquina física. Opera dentro de um sistema host, utilizando um hipervisor ou monitor de máquina virtual para gerenciar sua execução e alocar CPU, memória e armazenamento. A VM executa seu próprio sistema operativo e a aplicações, isolado do hardware subjacente e de outras máquinas virtuais no mesmo host. Esse isolamento proporciona maior segurança, pois cada VM opera em seu próprio ambiente, independente das demais.

Máquinas virtuais são amplamente utilizadas para seus flexflexibilidade e eficiência, permitindo que várias VMs sejam executadas em uma única máquina física, maximizando assim a utilização de recursos. Eles são essenciais em vários cenários, incluindo server consolidação, onde múltiplos servers são combinados em um único sistema, e em desenvolvimento e a ambientes de teste, onde permitem que os desenvolvedores testem software em diferentes sistemas operacionais e configurações. Além disso, as VMs são fundamentais para cloud computação, Oferta escalável e recursos de computação sob demanda aos usuários.

Uma breve visão geral histórica de virtualização e VMs

A virtualização e as máquinas virtuais têm suas raízes na década de 1960, quando a IBM foi pioneira no conceito de aprimorar estrutura principal desempenho e eficiência. Esse trabalho inicial levou ao desenvolvimento do sistema operacional CP/CMS, permitindo que um único mainframe execute múltiplas instâncias de sistemas operacionais simultaneamente.

Nas décadas de 1970 e 1980, o conceito evoluiu lentamente, confinado principalmente a mainframes e sistemas de ponta. A década de 1990 viu um ressurgimento do interesse pela virtualização, impulsionado pelos avanços no hardware e pela crescente complexidade dos ambientes de software. Este período marcou a ascensão da VMware, fundada em 1998, que trouxe a virtualização para x86 arquitetura, tornando-a mais acessível a empresas de todos os tamanhos.

A década de 2000 testemunhou um rápido crescimento na tecnologia de virtualização, com contribuições significativas de empresas como a Microsoft e a de código aberto comunidade, levando ao desenvolvimento de hipervisores como Hyper-V e Xen. A virtualização tornou-se uma pedra angular da infra-estrutura moderna de TI, culminando na adoção generalizada de cloud computação na década de 2010. Hoje, a virtualização é parte integrante da data centers, onde permite gerenciamento eficiente de recursos, escalabilidade e flexcapacidade.

Como funciona uma máquina virtual?

Uma máquina virtual funciona emulando um computador físico dentro de um ambiente de software. Este processo envolve vários componentes e etapas principais:

Hipervisor. No centro da funcionalidade de uma VM está o hipervisor, também conhecido como monitor de máquina virtual (VMM). O hipervisor fica entre o hardware e as VMs, gerenciando a alocação de recursos como CPU, memória e armazenamento. Existem dois tipos principais de hipervisores: Tipo 1 (bare metal) é executado diretamente no hardware e o Tipo 2 (hospedado) é executado em um sistema operacional host.
Sistema hospedeiro. O Plano de Ação Global para Saúde Mental da hospedeiro sistema é a máquina física que fornece os recursos de hardware subjacentes. Ele executa o hipervisor, que por sua vez cria e gerencia as VMs.
Sistema convidado. O sistema convidado refere-se às próprias máquinas virtuais. Cada VM opera como um sistema independente com seu próprio sistema operacional e aplicativos, isolado do sistema host e de outras VMs.
Hardware virtual. O hipervisor fornece a cada VM componentes de hardware virtual, como CPUs virtuais, memória virtual, armazenamento virtuale interfaces de rede virtuais. Esses componentes virtuais são mapeados para os recursos físicos de hardware do sistema host.
Sistema operacional. A VM executa seu próprio sistema operacional (sistema operacional convidado) sobre o hardware virtual. O sistema operacional convidado não sabe que está sendo executado em um ambiente virtualizado e interage com o hardware virtual como se fosse um hardware físico.
Alocação e gerenciamento de recursos. O hipervisor aloca e gerencia recursos dinamicamente para cada VM com base na demanda e em políticas predefinidas. Isso garante o uso eficiente dos recursos do sistema host, equilibrando as cargas de trabalho e otimizando o desempenho.
Isolamento e segurança. Cada VM opera em um ambiente isolado, o que significa que as ações em uma VM não afetam outras. Esse isolamento aumenta a segurança, pois as atividades maliciosas em uma VM são contidas e não podem se espalhar para outras VMs ou para o sistema host.
Rede virtual. O hipervisor pode criar redes virtuais para permitir a comunicação entre VMs e entre VMs e o mundo exterior. Os recursos de rede virtual incluem switches virtuais, roteadores e firewalls.

Casos de uso de máquinas virtuais

Ao utilizar máquinas virtuais, as organizações podem alcançar maior flexflexibilidade, eficiência e segurança em suas operações de TI. Aqui estão alguns casos de uso comuns de máquinas virtuais:

Server consolidação. As máquinas virtuais permitem a consolidação de múltiplos server cargas de trabalho em um único físico server. Isto reduz os custos de hardware, economiza espaço e reduz o consumo de energia, maximizando a utilização de recursos físicos.
Desenvolvimento e teste. As VMs permitem que os desenvolvedores criem ambientes isolados para desenvolver e testar software. Eles podem facilmente ativar e desativar diferentes configurações e sistemas operacionais sem afetar o sistema host, permitindo rápida iteração e experimentação.
A recuperação de desastres. Máquinas virtuais podem ser usadas para criar backup cópias de sistemas críticos. Em caso de falha de hardware ou outro desastre, essas VMs podem ser restauradas rapidamente, minimizando tempo de inatividade e a Perda de Dados. O processo de captura instantânea e clonagem de VMs simplifica o backup e processo de recuperação.
Executando aplicativos legados. As organizações podem usar VMs para executar aplicativos legados em hardware moderno. Isso garante acesso contínuo a software crítico sem a necessidade de manutenção de hardware antigo e potencialmente não confiável.
Cloud computação. Máquinas virtuais são fundamentais para cloud Informática. Cloud provedores como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure e Google Cloud A plataforma (GCP) usa VMs para oferecer recursos de computação escalonáveis e sob demanda. Os usuários podem implantar e gerenciar seus aplicativos no cloud sem se preocupar com o hardware subjacente.
Áreas de trabalho virtuais. Infraestrutura de área de trabalho virtual (VDI) aproveita VMs para fornecer ambientes de desktop remotos, permitindo que os usuários acessem seus desktops e aplicativos de qualquer lugar, usando qualquer dispositivo. O processamento real é feito no server.
Educação e treinamento. As VMs são usadas em ambientes educacionais para ensinar aos alunos sobre sistemas operacionais, redes e desenvolvimento de software. Eles permitem que os alunos experimentem diferentes instalações e configurações sem o risco de danificar o hardware físico.
Testando malware e segurança. Profissionais de segurança usam máquinas virtuais para analisar e testar com segurança malwares. Como as VMs estão isoladas do sistema host, quaisquer atividades maliciosas podem ser contidas e estudadas sem comprometer a integridade do host.
Executando vários sistemas operacionais. Os usuários podem executar vários sistemas operacionais simultaneamente em uma única máquina física. Isso é útil para desenvolvedores de software que precisam testar seus aplicativos em diferentes ambientes de sistema operacional ou para usuários que precisam de acesso a aplicativos específicos disponíveis apenas em determinadas plataformas de sistema operacional.
Pesquisa e experimentação. Os pesquisadores usam VMs para conduzir experimentos que exigem diferentes ambientes computacionais. Esse flexA flexibilidade permite que uma ampla variedade de cenários sejam testados sem a necessidade de múltiplas máquinas físicas.

Tipos de máquinas virtuais

As máquinas virtuais (VMs) vêm em vários tipos, cada uma adaptada a casos de uso e necessidades operacionais específicas. Os principais tipos de VMs são máquinas virtuais de sistema e máquinas virtuais de processo. Aqui está uma explicação desses tipos.

Máquinas Virtuais do Sistema

Essas VMs fornecem um ambiente de sistema completo, emulando uma máquina física completa, incluindo o sistema operacional. Eles são comumente usados para server virtualização, virtualização de desktops e execução de diferentes sistemas operacionais em um único host. As VMs do sistema permitem a consolidação de diversas cargas de trabalho em um único ambiente físico. server, melhorando a utilização de recursos e fornecendo ambientes isolados para diferentes aplicações.

Processar máquinas virtuais

Ao contrário das VMs do sistema, as VMs de processo são projetadas para executar um único aplicativo ou processo. Eles fornecem um ambiente independente de plataforma para a execução de programas específicos, abstraindo os detalhes subjacentes do hardware e do sistema operacional. Um exemplo bem conhecido de VM de processo é a Java Virtual Machine (JVM), que permite que aplicativos Java sejam executados em qualquer dispositivo com uma implementação de JVM compatível. As VMs de processo são ideais para garantir a compatibilidade entre plataformas e simplificar a implantação de software.

Virtualização Total

Este tipo de VM emula totalmente o hardware subjacente, permitindo a execução de sistemas operacionais e aplicativos não modificados. A virtualização completa utiliza um hipervisor para gerenciar as máquinas virtuais, proporcionando isolamento e segurança completos. Exemplos de hipervisores que suportam virtualização completa incluem VMware ESXi e Microsoft Hyper-V. Esse tipo é particularmente útil para executar vários sistemas operacionais simultaneamente e para cenários que exigem forte isolamento.

Paravirtualização

Paravirtualização envolve a modificação do sistema operacional convidado para interagir com o hipervisor de forma mais eficiente. Essa abordagem reduz a sobrecarga associada à virtualização completa, permitindo que o sistema operacional convidado se comunique diretamente com o hipervisor. Exemplos de paravirtualização incluem Xen e Virtual Machine Interface (VMI) da VMware. Esse tipo de VM oferece melhor desempenho em comparação com a virtualização completa, especialmente para tarefas com uso intensivo de E/S.

Virtualização Assistida por Hardware

Os processadores modernos da Intel e AMD incluem recursos de hardware para suportar virtualização, como Intel VT-x e AMD-V. Esses recursos permitem que o hipervisor execute máquinas virtuais com sobrecarga mínima de desempenho. A virtualização assistida por hardware é amplamente utilizada em ambientes corporativos para obter desempenho quase nativo para VMs, mantendo ao mesmo tempo forte isolamento e segurança.

Virtualização em nível de sistema operacional

Também conhecida como conteinerização, essa abordagem virtualiza o sistema operacional em vez do hardware. Ele permite que várias instâncias isoladas do espaço do usuário, conhecidas como contêineres, sejam executadas em um único sistema operacional núcleo. Exemplos incluem Estivador e LXC (contêineres Linux). Os contêineres compartilham o kernel do sistema operacional host, tornando-os leves e eficientes em comparação com as VMs tradicionais. Esse tipo é ideal para microsserviços, implantação de aplicativos e cenários que exigem escalonamento rápido.

Benefícios e desafios das máquinas virtuais

As máquinas virtuais oferecem inúmeras vantagens e enfrentam certos desafios, o que as torna um componente versátil, porém complexo, da infraestrutura de TI moderna. Compreender esses aspectos é crucial para aproveitar efetivamente as VMs em vários ambientes de computação.

Benefícios

As máquinas virtuais oferecem uma série de benefícios que as tornam uma ferramenta crítica na infraestrutura de TI moderna. Oferecem vantagens significativas em termos de utilização de recursos, eficiência de custos, flexbilidade e muito mais. Aqui estão os principais benefícios das VMs:

Melhor utilização de recursos. VMs permitem vários ambientes virtuais servers para rodar em um único físico server, maximizando o uso de recursos de hardware. Esta consolidação reduz a necessidade de recursos físicos servers, levando a um menor consumo de energia e custos de hardware reduzidos.
Poupança de custos. Ao reduzir o número de atividades físicas serverSe for necessário, as VMs ajudam a reduzir capital e a despesas operacionais. Isso inclui economia em compras de hardware, manutenção, energia, refrigeração e espaço físico.
Flexflexibilidade e escalabilidade. As VMs fornecem um flexível e escalável ambiente, permitindo fácil provisionamento e desprovisionamento de recursos conforme necessário. Isto é particularmente útil em cloud ambientes de computação e desenvolvimento onde as cargas de trabalho podem variar significativamente.
Isolamento e segurança. Cada VM opera em um ambiente isolado, garantindo que os problemas em uma VM não afetem outras. O isolamento aumenta a segurança ao conter ameaças potenciais em uma única VM e evitar que elas se espalhem para o sistema host ou outras VMs.
Recuperação de desastres e backup. As VMs facilitam a recuperação eficiente de desastres e backup processos. Instantâneos e clones de VMs podem ser facilmente criados e restaurados, minimizando o tempo de inatividade e a perda de dados em caso de falhas de hardware ou outros desastres.
Gerenciamento e automação simplificados. As plataformas de virtualização geralmente vêm com ferramentas de gerenciamento robustas que permitem implantação, monitoramento e gerenciamento automatizados de VMs. Isto simplifica as tarefas administrativas e melhora a eficiência geral do sistema.
Suporte para aplicativos legados. As VMs permitem o uso contínuo de aplicativos legados em hardware moderno, garantindo que softwares críticos permaneçam operacionais sem a necessidade de manter máquinas físicas desatualizadas.
Ambientes de teste e desenvolvimento. As VMs fornecem ambientes isolados para teste e desenvolvimento, permitindo que os desenvolvedores experimentem diferentes configurações e sistemas operacionais sem afetar o sistema host. Isso acelera os ciclos de desenvolvimento e melhora a qualidade do software.

Desafios

Embora as máquinas virtuais ofereçam benefícios significativos, elas também apresentam um conjunto de desafios que podem impactar sua implantação e gerenciamento. É necessário compreender esses desafios para aproveitar efetivamente as VMs em vários ambientes de computação. Aqui estão alguns dos principais desafios associados às máquinas virtuais:

Sobrecarga de desempenho. As VMs podem sofrer degradação de desempenho em comparação com a execução direta em hardware físico. A camada adicional de virtualização introduz sobrecarga, que afeta CPU, memória e I / O operações. Apesar dos avanços na tecnologia de hipervisor e na virtualização assistida por hardware, a sobrecarga de desempenho continua sendo uma consideração, especialmente para aplicativos de alto desempenho.
Contenção de recursos. Quando várias VMs são executadas em um único host, elas competem pelos mesmos recursos físicos. Isto leva à contenção de recursos, onde o desempenho de uma VM pode impactar outras. A alocação e gestão adequada de recursos são necessárias para mitigar este problema, mas requer planeamento e monitorização cuidadosos.
Gestão complexa. Os administradores devem lidar com tarefas como provisionamento de VM, alocação de recursos, monitoramento de desempenho e gerenciamento de segurança. A complexidade aumenta com o número de VMs e a escala da infraestrutura virtualizada, necessitando de ferramentas e práticas de gerenciamento robustas.
As preocupações de segurança. Embora as VMs ofereçam isolamento, elas não estão imunes a vulnerabilidades de segurança. O hipervisor, que controla as VMs, é um alvo potencial para ataques. Além disso, as vulnerabilidades dentro de uma VM podem afetar outras pessoas se não forem isoladas adequadamente. Garantir medidas de segurança robustas, como atualizações regulares, patches e políticas de segurança, é essencial.
Custos de licenciamento. A virtualização pode levar ao aumento dos custos de licenciamento tanto para o software de virtualização quanto para os sistemas operacionais executados nas VMs. As organizações devem considerar cuidadosamente os modelos e custos de licenciamento ao planejar seus ambientes virtualizados.
Problemas de compatibilidade. Nem todos os aplicativos e sistemas operacionais são otimizados para virtualização e alguns podem apresentar problemas ao serem executados em um ambiente virtualizado. Garantir a compatibilidade requer testes e validação completos.
Backup e recuperação. Embora as VMs possam simplificar backup e processos de recuperação, eles também introduzem complexidade. Garantindo consistência e confiabilidade backups para um grande número de VMs requer backup estratégias e ferramentas. Os processos de recuperação também devem ser testados regularmente para garantir que funcionam conforme o esperado.
Expansão e utilização de recursos. A expansão de VMs ocorre quando há uma proliferação descontrolada de VMs, levando à utilização ineficiente de recursos e a dificuldades de gerenciamento. As organizações devem implementar políticas e práticas para controlar a expansão das VMs e garantir o uso eficiente dos recursos.