البيئة الافتراضية: مفهومها، فوائدها، وآلية عملها بالتفصيل

يرغب العديد من المستخدمين في تجربة أنظمة تشغيل مختلفة، وتجربة البرامج، ودراسة الملفات والشبكات على سبيل المثال، وبالتالي يحتاجون إلى جهاز كمبيوتر للتجربة ولكن لماذا تشتري جهاز كمبيوتر جديد عندما يمكنك استخدام البيئة الافتراضية، حيث تحاكي تلك البيئة بيئة تشغيل الكمبيوتر بأكملها، بدءًا من نظام التشغيل الخاص بها وحتى تطبيقاتها البرمجية دون الحاجة إلى شراء حاسوب جديد، وفي هذا السياق سنتعرف عليها بالتفصيل في هذه المقالة.

ما المقصود بالبيئة الافتراضية؟

هي عبارة عن حاوية برمجية محكمة، حيث يمكنها إدارة أنظمة التشغيل والبرامج والتطبيقات الخاصة بها، وتتصرف تمامًا مثل أي كمبيوتر حقيقي آخر، وتتضمن هذه البيئة الافتراضية وحدات المعالجة المركزية الافتراضية “virtual CPU” وقرص صلب وهمي (virtual hard disk, virtual RAM, virtual NIC).

لا يستطيع نظام التشغيل التمييز بين الكمبيوتر الافتراضي والكمبيوتر الحقيقي. وينطبق الشيء نفسه على التطبيقات وأجهزة الكمبيوتر الأخرى، وحتى البيئة الافتراضية تعتبر أجهزة كمبيوتر حقيقية، ومع ذلك، فإن تلك البيئة مصنوعة بالكامل من البرامج ولا تحتوي على أي مكونات أجهزة.

وتتيح لك تقنية البيئة الافتراضية تشغيل نظامي تشغيل في وقت واحد، ويتم ذلك من خلال برامج Hypervisor والبرامج المتخصصة مثل VMware وVirtual PC وVirtualBox وQemu، حيث تقوم هذه البرامج بإنشاء بيئات افتراضية ضمن نظام التشغيل المثبت على الجهاز الحقيقي.

يمكنك تثبيت أنظمة تشغيل أخرى داخل هذه البيئة الافتراضية وتشغيلها في وقت واحد مع نظام التشغيل الأول، بمعنى آخر تعمل هذه التقنية على تشغيل نظام تشغيل ضمن نظام تشغيل آخر باستخدام أحد البرامج المذكورة.

يعتبر نظام التشغيل المثبت على الجهاز الفعلي نسميه نظام مستضيف Host، وفي الوقت نفسه؛ النظام المثبت على البيئة الافتراضية بالنظام الضيف أي Guest.

مميزات استخدام البيئة الافتراضية

توفر الأنظمة الافتراضية بيئة تشغيل افتراضية لتطبيقات البرامج، مما يسمح للمطورين بتطوير واختبار التطبيقات دون تثبيت نظام تشغيل جديد على الكمبيوتر المضيف، كما أنه يساعد على تحسين أداء النظام الأساسي.

تقوم الأنظمة الافتراضية بتخصيص جزء من موارد الكمبيوتر الأساسية لتشغيل تطبيقات البرامج المختلفة دون التأثير على النظام الأساسي، كما يساعد هذا النظام أيضًا المطورين على حل المشكلات التي يواجهونها أثناء تطوير التطبيقات.

إضافةً إلى توفير بيئة تشغيل آمنة لاختبار البرامج والتحقق من سلامتها، وأيضًا توفر للمستخدمين بيئة تشغيل مستقرة معزولة عن النظام الأساسي، وهذا يحمي النظام الأساسي الخاص بك من الفيروسات والهجمات الضارة.

تشمل المزايا الأخرى للبيئة الافتراضية ما يلي:

• توفير التكاليف: يمكن للمستخدمين استخدام أنظمة تشغيل متعددة دون شراء أجهزة كمبيوتر إضافية.

• تسريع عملية التطوير والاختبار: يمكن للمطورين اختبار التطبيقات بسهولة وسرعة على أنظمة تشغيل متعددة.

• تعزيز الأمان والاستقرار: تعمل التطبيقات في بيئة معزولة عن النظام الأساسي، وبذلك يحمي النظام الأساسي من الفيروسات.

• ضمان الاستقلالية: يمكن للمستخدمين تشغيل أنظمة تشغيل متعددة ومختلفة في بيئة واحدة دون الحاجة إلى أجهزة أخرى.

• توفير الوقت: بواسطة نظام إدارة واحد ستتمكن من الوصول إلى جميع الأجهزة والسيرفرات الموجودة، مما يسمح لك بالعثور على الأخطاء وإصلاحها بسرعة، بالإضافة إلى ذلك، يمكنك إجراء عمليات الصيانة الروتينية بسرعة، بما في ذلك عمليات مثل النسخ الاحتياطي والأرشفة والاستعادة، حيث في السابق، كان عليك تثبيت Windows Server، الأمر الذي كان يستغرق حوالي 3 ساعات، ولكن مع البيئة الافتراضية، يستغرق إنشاء صورة نظام التشغيل أقل من ثانيتين.

• توفير الطاقة: من خلال تقليل عدد الخوادم النشطة بأكثر من النصف، فإننا نرى انخفاضًا كبيرًا في استهلاك طاقة الخادم، وهذا ما أكده مستخدمو برنامج VMWare الذين أكدوا أنهم وفروا حوالي 60% من استهلاك الطاقة.

خصائص أخرى للبيئة الافتراضية

بما أن هذه التقنية تعتمد على تشغيل نظام تشغيل واحد داخل نظام آخر، فمن الطبيعي أن تتطلب جهازًا محددًا جيدًا لكي يعمل كلا النظامين معًا.

على الرغم من أنها مستقلة تمامًا، إلا أن البرامج التي تقوم بإنشاء وتشغيل البيئة الافتراضية نفسها تتطلب كميات كبيرة من الذاكرة ونسبة كبيرة من طاقة المعالج.

ومع ذلك، فإن البيئة الافتراضية لا تستفيد بشكل كامل من إمكانيات الأجهزة الحقيقية عندما تكون ذات مواصفات عالية جدًا. كما ذكرنا سابقًا، تحاكي البيئة الافتراضية مكوناتها الخاصة، والتي ليس لها أي شيء مشترك مع مكونات الجهاز الحقيقي، على سبيل المثال، حتى لو كان لديك كارت شاشة GForce حديثة بها قدر كبير من الذاكرة، فإن كارت الشاشة الخاصة بالجهاز الضيف لها مواصفات عادية (32 ميجابايت) لا علاقة لها بكارت الشاشة الفعلية للجهاز.

برامج البيئة الافتراضية

 

 

هناك العديد من البرامج المستخدمة لتشغيل الأنظمة الافتراضية، منها:

• برنامج VMware: وهو من أشهر أنظمة التشغيل حيث يتمتع بواجهة بسيطة وسهلة الاستخدام ويدعم العديد من أنظمة التشغيل.
• VirtualBox: وهو برنامج مفتوح المصدر سهل الاستخدام ويدعم العديد من أنظمة التشغيل، ويمكنك أيضًا تخصيص موارد نظام البيئة الافتراضية.
• Hyper-V: هو برنامج تشغيل ومتاح فقط على أنظمة Windows، ويدعم العديد من أنظمة التشغيل المشهورة.
• Parallels Desktop: يعمل بنظام التشغيل macOS، ويتمتع بواجهة سهلة الاستخدام ويدعم العديد من أنظمة التشغيل.
• Xen: هو نظام تشغيل مفتوح المصدر يستخدم بشكل رئيسي في الخوادم ويدعم العديد من أنظمة التشغيل.

حذف البيئة الافتراضية

لحذف بيئة افتراضية، يجب عليك أولاً إيقاف تشغيلها ثم تحديد خيار الحذف. يمكن للمستخدمين حذف الملفات المرتبطة بالبيئات الافتراضية أو حفظها لأغراض النسخ الاحتياطي. يجب أن تكون حذرًا عند حذف البيئات الافتراضية لتجنب فقدان البيانات المهمة. تعمل الإدارة الفعالة للبيئات الافتراضية على تحسين تجربة المستخدم وتضمن استقرار الأنظمة الافتراضية.

كيف تعمل البيئة الافتراضية؟

يعتمد تشغيل الأنظمة الافتراضية على تقنية المحاكاة الافتراضية الكاملة، حيث إن النظام الافتراضي هو بيئة افتراضية يمكنك العمل بها كما لو كان جهازًا حقيقيًا، وتتم عملية تشغيل الأنظمة الافتراضية على أجهزة الكمبيوتر الحديثة بمساعدة برامج خاصة تسمى محركات الأقراص الافتراضية.

تشمل هذه المحركات ما يلي:

• محرك الأقراص الافتراضي القياسي (Standard Virtual Disk Drive): هو الهارد الافتراضي الأساسي المستخدم لتشغيل الأنظمة الافتراضية، حيث يتم تخزين نظام التشغيل والبرامج في ملف واحد يمثل الهارد الافتراضي.
• محرك الأقراص الافتراضي المتقدم (Advanced Virtual Disk Drive): هذا الهارد الافتراضي يوفر ميزات إضافية مثل تشفير البيانات وتجزئة القرص الافتراضي.
• محرك الأقراص الافتراضي المشترك (Shared Virtual Disk Drive): هو القرص الظاهري الذي يسمح لعدة بيئات افتراضية باستخدام نفس القرص الثابت الافتراضي.

وهكذا قدمنا لكم تعريف البيئة الافتراضية ومميزات استخدامها، وأيضًا تعرفنا على بعض البرامج التي تساعد في تشغيلها، بالإضافة إلى آلية عمل تلك البيئة.