مجازی سازی : تعریف، کاربرد، مزایا و برنامه ها

مقدمه: آیا تا به حال این احساس را داشته اید که لپ تاپ  ها و سیستم های کامپیوتری شما پتانسیل های بیشتری از آنچه شما بلد هستید دارند؟ شما تنها نیستید: هزینه‌های بالا و استفاده ناکافی از منابع فناوری دغدغه های رایج بسیاری از صاحبان مشاغل است. حال سوال اینجاست که راه حل چیست؟ مجازی سازی ، ابزاری قدرتمند است که به شما اجازه می دهد از سخت افزار رایانه خود بهره بیشتری ببرید. بااینکه مجازی سازی معمولا توسط شرکت های بزرگتر استفاده می شود، کسب و کارهای کوچک تا متوسط نیز می توانند از مجازی سازی سود ببرند. در ادامه، ما به تمام سوالات شما درباره ی مجازی سازی پاسخ خواهیم داد و به شما نشان می‌دهیم که چگونه مجازی سازی می‌تواند نحوه عملکرد کسب‌وکار شما را تغییر دهد.

مجازی سازی چیست؟

مجازی‌سازی فرآیندی است که امکان استفاده ی کارآمدتر از سخت‌افزار های فیزیکی کامپیوتر را فراهم می‌کند و پایه و اساس محاسبات ابری است. برای سازمان ها اغلب ناکارآمد و پرهزینه است که چندین سرور را همگام با نیازهای ذخیره سازی و پردازش خود مستقر کنند.

مجازی‌سازی از نرم‌افزاری برای ایجاد یک لایه انتزاعی بر روی سخت‌افزار رایانه استفاده می‌کند، این فرآیند از طریق نرم افزاری به نام Hypervisor انجام می شود که مستقیماً به سخت افزار شما متصل می شود، این کار به عناصر سخت‌افزاری یک رایانه (پردازنده‌ها، حافظه، ذخیره‌سازی و غیره) اجازه می‌دهد تا به چندین رایانه مجازی که معمولاً ماشین‌های مجازی (VM) نامیده می‌شوند، تقسیم شوند. هر ماشین مجازی سیستم عامل (OS) خود را اجرا می‌کند و مانند یک کامپیوتر مستقل رفتار می‌کند، حتی اگر فقط بر روی بخشی از سخت‌افزار واقعی رایانه اجرا شود.

نتیجه این است که مجازی‌سازی استفاده کارآمدتر از سخت‌افزار فیزیکی کامپیوتر را امکان‌پذیر می‌کند و امکان بازگشت بیشتر سرمایه‌گذاری سخت‌افزاری سازمان را فراهم می‌کند.

نرم افزار مجازی عملکردهای سخت افزار فیزیکی را تقلید می کند تا چندین ماشین مجازی را به طور همزمان بر روی یک ماشین فیزیکی واحد اجرا کند. کسب‌وکارها از مجازی‌سازی استفاده می‌کنند تا از منابع سخت‌افزاری خود به نحو احسن استفاده کنند و بازده بیشتری از سرمایه‌گذاری خود دریافت کنند. همچنین مجازی سازی خدمات محاسبات ابری را تقویت می کند که به سازمان ها کمک می کند زیرساخت ها را به طور مؤثرتری مدیریت کنند.

چرا مجازی سازی مهم است؟

با استفاده از مجازی سازی، می توانید با هر منبع سخت افزاری تعامل بیشتری داشته باشید. سرورهای فیزیکی برق مصرف می کنند، فضا را اشغال می کنند و نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. مجازی‌سازی با انتزاعی کردن عملکرد سخت‌افزار فیزیکی به نرم‌افزار، تمام این محدودیت‌ها را از بین می‌برد. می‌توانید زیرساخت‌های سخت‌افزاری خود را مانند یک برنامه کاربردی در وب مدیریت، نگهداری و استفاده کنید.

به عنوان مثال شرکتی را در نظر بگیرید که برای انجام دادن سه عملیات به سرور نیاز دارد:

• ایمیل ها را ایمن ذخیره کند
• یک برنامه کاربردی با مشتری اجرا کند
• برنامه های تجاری داخلی را اجرا کند

هر یک از این توابع نیازمند تنظیمات مختلفی هستند:

• برنامه ایمیل به ظرفیت ذخیره سازی بیشتر و سیستم عامل ویندوز نیاز دارد.
• برنامه کاربردی با مشتری به سیستم عامل لینوکس و قدرت پردازش بالا برای مدیریت حجم زیادی از ترافیک وب سایت نیاز دارد.
• برنامه تجاری داخلی به iOS و حافظه داخلی (RAM) بیشتری نیاز دارد.

برای برآورده کردن این الزامات، این شرکت برای هر برنامه سه سرور فیزیکی اختصاصی متفاوت راه اندازی می کند. این شرکت باید سرمایه گذاری اولیه بالایی داشته باشد و تعمیر و نگهداری مداوم و ارتقاء سه دستگاه را همزمان انجام دهد همچنین، این شرکت نمی تواند ظرفیت محاسباتی خود را بهینه کند. 100٪ هزینه های نگهداری سرورها را پرداخت می کند اما تنها بخشی از ظرفیت ذخیره سازی و پردازش آنها را استفاده می کند.

با مجازی سازی، این شرکت سه سرور دیجیتال یا ماشین مجازی را بر روی یک سرور فیزیکی ایجاد می کند. با این کار، این شرکت به سخت افزار کمتر و هزینه های مرتبط کمتری نیاز دارد.

هایپروایزر چیست؟

Hypervisor برنامه ای برای ایجاد و اجرای ماشین های مجازی است. هایپروایزرها به طور سنتی به دو دسته تقسیم می‌شوند: نوع یک یا هایپروایزرهای «Bare-metal» که ماشین‌های مجازی مهمان را مستقیماً بر روی سخت‌افزار سیستم اجرا می‌کنند و اساساً به عنوان یک سیستم عامل رفتار می‌کنند. نوع دو، یا هایپروایزرهای “میزبانی” بیشتر شبیه برنامه های کاربردی سنتی هستند که می توانند مانند یک برنامه معمولی شروع و متوقف شوند. در سیستم های مدرن، این تقسیم کمتر رایج است، به ویژه در سیستم هایی مانند KVM. KVM، مخفف ماشین مجازی مبتنی بر هسته، بخشی از هسته لینوکس است که می‌تواند ماشین‌های مجازی را مستقیماً اجرا کند، اگرچه هنوز هم می‌توانید از سیستمی که ماشین‌های مجازی KVM را به عنوان یک کامپیوتر معمولی اجرا می‌کند، استفاده کنید.

ماشین مجازی چیست؟

ماشین مجازی معادل شبیه سازی شده یک سیستم کامپیوتری است که روی سیستم دیگری اجرا می شود. ماشین‌های مجازی ممکن است به هر تعدادی از منابع دسترسی داشته باشند: قدرت محاسباتی، از طریق دسترسی محدود به CPU و حافظه ماشین میزبان. یک یا چند دستگاه دیسک فیزیکی یا مجازی برای ذخیره سازی؛ استنتاج شبکه مجازی یا واقعی؛ و همچنین هر دستگاهی مانند کارت‌های ویدئویی، دستگاه‌های USB یا سایر سخت‌افزارهایی که با ماشین مجازی به اشتراک گذاشته شده‌اند. اگر ماشین مجازی روی یک دیسک مجازی ذخیره شود، اغلب به آن تصویر دیسک می گویند. یک تصویر دیسک ممکن است حاوی فایل‌هایی باشد که یک ماشین مجازی برای بوت شدن نیاز دارد، یا می‌تواند حاوی هر نیاز ذخیره‌سازی خاص دیگری باشد.

انواع مجازی سازی

در این بخش انواع مجازی سازی را پوشش خواهیم داد:

مجازی سازی دسکتاپ

مجازی سازی دسکتاپ به شما اجازه می دهد چندین سیستم عامل دسکتاپ را اجرا کنید، که هر کدام در VM خاص خود در یک کامپیوتر مشابه هستند. مجازی سازی دسکتاپ به دو صورت انجام می شود. از طریق زیرساخت دسکتاپ مجازی یا VDI، کاربران می‌توانند به طیف وسیعی از سیستم‌عامل‌ها بدون نصب آن‌ها بر روی هیچ دستگاهی دسترسی داشته باشند. این امر با اجرای سرور مرکزی و استریم دسکتاپ های متعدد بر روی ماشین های مجازی به دست می آید. روش دوم اجرای یک هایپروایزر در یک کامپیوتر محلی است که به کاربران اجازه می دهد یک یا چند سیستم عامل اضافی را بر روی همان ماشین اجرا کنند.

مجازی سازی شبکه

مجازی‌سازی شبکه از نرم‌افزاری برای ایجاد یک «نما» از شبکه استفاده می‌کند که مدیران می‌توانند با یک کنسول از آن برای مدیریت شبکه استفاده کنند. مجازی سازی شبکه عناصر و توابع سخت افزاری (به عنوان مثال، اتصالات، سوئیچ ها، روترها، و غیره) را در نرم افزاری که روی یک Hypervisor اجرا می شود، انتزاع می کند. مدیر شبکه می تواند این عناصر را بدون دست زدن به اجزای فیزیکی اصلاح و کنترل کند، که مدیریت شبکه را به طور چشمگیری ساده می کند.

مجازی سازی فضای ذخیره سازی

ذخیره سازی مجازی به جای استفاده از فضای ذخیره سازی فیزیکی، از نرم افزار برای ذخیره داده ها در فضای ابری استفاده می کند. تمامی آرایه های دیسک ذخیره سازی یک شرکت در یک استخر مجازی قرار می گیرند، به دیسک های مجازی تبدیل می شوند و برای ذخیره سازی به سرور میزبان ارسال می شوند.

دو نوع مجازی سازی فضای ذخیره سازی وجود دارد:

1. داخلی
2. خارجی

مجازی سازی داده ها

شرکت‌های مدرن داده‌ها را از چندین برنامه، با استفاده از فرمت‌ فایل های متعدد، در مکان‌های مختلف، از ابر گرفته تا سیستم‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری داخلی ذخیره می‌کنند. مجازی‌سازی داده‌ها به هر برنامه‌ای اجازه می‌دهد به همه ی آن داده‌ها صرف نظر از منبع، قالب یا مکان دسترسی داشته باشد.

ابزار مجازی سازی داده ها یک لایه نرم افزاری بین برنامه های کاربردی که به داده ها دسترسی دارند و سیستم های ذخیره کننده آن ایجاد می کند. این لایه، درخواست داده یا پرس و جوی یک برنامه را در صورت نیاز ترجمه می کند و نتایجی را برمی گرداند که می توانند چندین سیستم را دربر گیرند.

مجازی سازی اپلیکیشن

مجازی سازی اپلیکیشن، نرم افزار کاربردی را بدون نصب مستقیم روی سیستم عامل کاربر اجرا می کند. زمانی که برنامه‌ها مجازی‌سازی می‌شوند، در محیطی که به آن sandbox می‌گویند، کار می‌کنند، محیطی که جدا از سیستم عامل اجرا می‌شود.

مجازی سازی مرکز داده

مجازی‌سازی مرکز داده، بیشتر سخت‌افزار مرکز داده را به نرم‌افزار انتزاعی می‌کند و به طور مؤثری یک مدیر را قادر می‌سازد تا یک مرکز داده فیزیکی را به چندین مرکز داده مجازی برای مشتریان مختلف تقسیم کند.

هر مشتری می تواند به زیرساخت خود به عنوان یک سرویس (IaaS) دسترسی داشته باشد که روی همان سخت افزار فیزیکی زیربنایی اجرا می شود. مراکز داده مجازی، راه‌اندازی آسانی را برای محاسبات مبتنی بر ابر ارائه می‌دهند و به شرکت اجازه می‌دهند تا بدون خرید سخت‌افزار زیرساخت، به سرعت یک محیط مرکز داده کامل را راه‌اندازی کند.

مجازی سازی CPU

مجازی‌سازی CPU بر اجرای برنامه‌ها و دستورالعمل‌ها از طریق ماشین مجازی تاکید دارد. تمام عملیات توسط یک شبیه ساز که نرم افزار را برای اجرا بر اساس آن کنترل می کند، کنترل می شود. شبیه ساز مانند یک ماشین کامپیوتر معمولی عمل می کند.

مزایای مجازی سازی

مجازی سازی چندین مزیت را برای اپراتورهای مرکز داده و ارائه دهندگان خدمات به ارمغان می آورد:

بهره وری منابع

قبل از مجازی سازی، هر سرور به CPU فیزیکی اختصاصی خود نیاز داشت، کارکنان فناوری اطلاعات برای هر برنامه ای که می خواستند اجرا کنند، یک سرور جداگانه خریداری و پیکربندی می کردند. مجازی‌سازی سرور به شما این امکان را می‌دهد چندین برنامه را، هر کدام بر روی ماشین مجازی خود با سیستم‌عامل خاص خود بر روی یک کامپیوتر فیزیکی اجرا کنید.

مدیریت آسان تر

جایگزینی رایانه های فیزیکی با ماشین های مجازی تعریف شده توسط نرم افزار، استفاده و مدیریت خط مشی های نوشته شده در نرم افزار را آسان تر می کند. این کار به شما اجازه می دهد گردش کار مدیریت خدمات فناوری اطلاعات خودکار ایجاد کنید. برای مثال، ابزارهای پیاده‌سازی و پیکربندی خودکار، مدیران را قادر می‌سازد تا مجموعه‌ای از ماشین‌های مجازی و برنامه‌های کاربردی را به عنوان خدمات، در قالب‌های نرم‌افزاری تعریف کنند. مدیران می‌توانند از سیاست‌های امنیتی مجازی‌سازی استفاده کنند تا پیکربندی‌های امنیتی خاصی را براساس نقش ماشین مجازی اعمال کنند.

حداقل خرابی

خرابی سیستم عامل و برنامه می تواند باعث خرابی و اختلال در بهره وری کاربر شود. ادمین ها می توانند چندین ماشین مجازی اضافی را در کنار یکدیگر اجرا کنند. اجرای چندین سرور فیزیکی اضافی گران تر است.

تهیه سریعتر

خرید، نصب و پیکربندی سخت افزار برای هر برنامه زمان بر است. به شرطی که سخت‌افزار از قبل در جای خود باشد، تدارک دیدن ماشین‌های مجازی برای اجرای همه برنامه‌های شما به میزان قابل توجهی سریع‌تر است. حتی می‌توانید با استفاده از نرم‌افزار مدیریت آن را خودکار کنید و آن را در جریان‌های کاری موجود بسازید.

هزینه های پایین تر

مجازی سازی میزان سرورهای سخت افزاری لازم در یک شرکت و مرکز داده را کاهش می دهد. این امر هزینه کلی خرید و نگهداری تعداد زیادی سخت افزار را کاهش می دهد.

بازیابی آسان تر

بازیابی اطلاعات در یک محیط مجازی بسیار ساده است. حتی در مواقع اضطراری، یک ماشین مجازی می تواند در عرض چند دقیقه به یک مکان جدید منتقل شود.

تست بهتر

یک محیط مجازی یک پناهگاه امن برای توسعه دهندگان فراهم می کند تا برنامه های خود را بدون ایجاد مزاحمت در برای دستیابی به اهداف خود آزمایش کنند. آنها می توانند یک سیستم مجازی را کپی کنند و تمام تست های لازم را انجام دهند. هر گونه خطا در مرحله آزمایش با بازگشت به نسخه قبلی قابل کنترل است. توسعه دهندگان این کار را در حین کار بر روی وصله های نرم افزاری جدید بسیار مفید می دانند.

کاهش ردپای کربن

هر چقدر تعداد دستگاه های سخت افزاری فیزیکی بیشتر باشد، مصرف برق نیز بیشتر می شود. با کاهش تعداد سرورها، شرکت های فناوری اطلاعات می توانند انتشار گازهای گلخانه ای را به شدت کاهش دهند و تلاش خود را برای نجات محیط زیست انجام دهند. علاوه بر این، وجوه صرفه‌جویی شده از کاهش مصرف برق را می‌توان به صورت استراتژیک برای حمایت از سایر عملیات تجاری مورد استفاده قرار داد.

محدودیت های مجازی سازی

• قبل از ایجاد یک محیط مجازی، مهم است که هزینه های مختلف اولیه را در نظر بگیرید. سرمایه‌گذاری لازم در نرم‌افزار مجازی‌سازی، و همچنین سخت‌افزاری که ممکن است برای امکان‌پذیر کردن مجازی‌سازی مورد نیاز باشد، می‌تواند پرهزینه باشد. اگر زیرساخت های موجود بیش از پنج سال قدمت داشته باشند، باید بودجه تجدید اولیه در نظر گرفته شود.
• خوشبختانه، بسیاری از کسب و کارها این ظرفیت را دارند که بدون صرف مقدار زیادی پول نقد، مجازی سازی را انجام دهند. علاوه بر این، هزینه ها را می توان با همکاری با یک ارائه دهنده خدمات مدیریت شده که گزینه های اجاره یا خرید ماهانه ارائه می دهد، جبران کرد.
• همچنین ملاحظاتی برای صدور مجوز نرم افزار وجود دارد که باید هنگام ایجاد یک محیط مجازی در نظر گرفته شود. شرکت ها باید اطمینان حاصل کنند که درک روشنی از نحوه استفاده فروشندگان آنها از نرم افزار در یک محیط مجازی شده دارند.
• تبدیل به مجازی سازی زمان می برد و ممکن است با یک منحنی یادگیری همراه باشد. پیاده سازی و کنترل یک محیط مجازی سازی شده مستلزم آن است که هر یک از کارکنان فناوری اطلاعات در زمینه مجازی سازی آموزش دیده و دارای تخصص باشند. علاوه بر این، برخی از برنامه‌ها وقتی وارد یک محیط مجازی می‌شوند، به خوبی سازگار نمی‌شوند. کارکنان فناوری اطلاعات باید برای رویارویی با این چالش ها آماده باشند و باید قبل از تبدیل به آنها رسیدگی کنند.
• همچنین خطرات امنیتی مرتبط با مجازی سازی وجود دارد. داده ها برای موفقیت یک کسب و کار بسیار مهم هستند و بنابراین، یک هدف رایج برای حملات هستند. در هنگام استفاده از مجازی سازی، شانس تجربه نقض داده ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
• در نهایت، در یک محیط مجازی، کاربران کنترل کاری را که می‌توانند انجام دهند از دست می‌دهند، زیرا چندین لینک وجود دارد که باید برای انجام یک کار با یکدیگر همکاری کنند. اگر هر قسمتی کار نکند، کل عملیات خراب می شود.

امنیت مجازی سازی

مجازی سازی برخی از مزایای امنیتی را ارائه می دهد. برای مثال، ماشین‌های مجازی آلوده به بدافزار را می‌توان به نقطه‌ای از زمان (به نام عکس فوری) که ماشین مجازی پایدار بود، برگرداند. آنها همچنین می توانند به راحتی حذف و دوباره ایجاد شوند. همیشه نمی‌توانید یک سیستم‌عامل غیرمجازی‌شده را پاکسازی کنید، زیرا بدافزار اغلب عمیقاً در اجزای اصلی سیستم‌ عامل نفوذ می کند.

مجازی سازی برخی از چالش های امنیتی را نیز به همراه دارد. اگر یک مهاجم یک هایپروایزر را به خطر بیاندازد، به طور بالقوه مالک تمام ماشین های مجازی و سیستم عامل های مهمان می شود. از آنجایی که هایپروایزرها می توانند به ماشین های مجازی اجازه دهند تا بدون دست زدن به شبکه فیزیکی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، دیدن ترافیک آنها و در نتیجه شناسایی فعالیت های مشکوک دشوار است.

5 نرم افزار برتر مجازی سازی

در ادامه پنج نرم افزار برتر مجازی سازی برای مشاغل ذکر شده است:

1. Parallels Desktop

Parallels که در سال 1999 تأسیس شد، در Bellevue، واشنگتن مستقر است. این فروشنده مجازی‌سازی نرم‌افزار تخصصی در macOS در سال 2018 توسط Corel خریداری شد.
Parallels Desktop که برای Mac مبتنی بر اینتل طراحی شده است، بدون دردسر است و تعامل یکپارچه بین ماشین های میزبان و مهمان را ارائه می دهد. این نرم افزار به‌روزرسانی‌های منظم را دریافت می‌کند تا با جدیدترین نسخه‌های ویندوز و macOS هماهنگی داشته باشد. همچنین این تنها مجازی سازی است که نسخه ARM ویندوز را با موفقیت اجرا می کند و سریع ترین شبیه سازی ویندوز و لینوکس را تسهیل می کند.

2. VMWare Fusion/Workstation Player

فروشنده محاسبات ابری VMWare در پالو آلتو، کالیفرنیا مستقر است و به دلیل اینکه اولین کسب و کاری است که معماری x86 را به طور موثر مجازی سازی می کند، شهرت دارد VMWare. برخی از بهترین نرم افزارهای مجازی سازی را برای ذخیره سازی، شبکه، ابر، برنامه ها و سرورها ارائه می دهد.

VMWare یکی از فروشندگان پیشرو نرم افزار مجازی سازی است Workstation Player. یک گزینه مجازی سازی محلی بدون هزینه برای ویندوز و لینوکس است، در حالی که Fusion بهترین مجازی سازی را برای سیستم عامل های مک فراهم می کند. هر دو محصول امکان شبیه سازی آسان بین محیط های مجازی و سیستم عامل ها را از یک دسکتاپ فراهم می کنند.

3. Oracle VM Virtual Box

VirtualBox اولین بار توسط یک شرکت آلمانی به نام Innotek تحت مجوز نرم افزار اختصاصی ارائه شد. در سال 2007، تحت GPL به عنوان یک راه حل رایگان و منبع باز منتشر شد. در اوایل سال 2008، Sun Microsystems Innotek را خریداری کرد. VirtualBox بعداً زمانی که Sun Microsystems را در سال 2010 خریداری کرد، بخشی از Oracle شد. از سال 2019، Oracle VirtualBox فقط از مجازی سازی به کمک سخت افزار پشتیبانی می کند و هنوز رایگان است.
VirtualBox در بین سازمان هایی که از چندین سیستم عامل استفاده می کنند محبوب است. بر روی هر رایانه شخصی با ویندوز، لینوکس، سولاریس، macOS و مک مبتنی بر اینتل به راحتی کار می کند. این نرم افزار منبع باز دسترسی رایگان به تمام ویژگی ها و ابزارهای پلتفرم خود را ارائه می دهد VirtualBox .به عنوان یک نرم افزار Hypervisor نوع 2، برای عملکرد صحیح به یک سیستم عامل موجود نیاز دارد.

4. V2 Cloud

V2 Cloud در سال 2012 در کبک، کانادا تاسیس شد. این نرم افزار یک زیرساخت ابری امن ارائه می دهد که از محیط های کاری راه دور پشتیبانی می کند.
V2 Cloud یک راه حل جامع Desktop-as-a-Service است که به کاربران امکان می دهد از هر کجا کار کنند. سازمان‌ها می‌توانند از ویژگی‌های امنیتی آن، مانند احراز هویت چند عاملی و رمزگذاری HTTPS استفاده کنند تا اطمینان حاصل کنند که کارمندان می‌توانند به راحتی به برنامه‌های کاربردی در فضای ابری دسترسی داشته باشند. این نرم افزار کاملاً روی ویندوز، سیستم عامل مک، لینوکس، Raspberry Pi 4 و مرورگرهای وب (OS agnostic) کار می کند.

5. QEMU

QEMU یا شبیه ساز سریع، یک نرم افزار منبع باز عمومی است. این نرم افزار به زبان C++ نوشته شده است و یکی از اعضای Software Freedom Conservancy است. این یک نرم افزار ساده وپایدار با کارایی بالا است که به کاربران اجازه می دهد از امتیازات مدیر صرف نظر کنند. به عنوان نرم افزار رایگان، QEMU یا Quick Emulator هیچ رابط فانتزی یا ابزار اضافی ندارند. با این حال، در مقایسه با گزینه های پولی، به دلیل سادگی، استقرار آسان و پایداری آن بسیار محبوب است.