الآلة الافتراضية: التكنولوجيا التي تغير البنية التحتية الحاسوبية

المقدمة: لماذا أصبحت VM لا غنى عنها؟

هل فكرت يومًا في كيفية تشغيل أنظمة تشغيل مختلفة على جهاز واحد؟ أو كيف تحافظ الشبكات اللامركزية على عشرات الآلاف من العقد التي تعمل بنفس الشيفرة؟ الإجابة هي الآلة الافتراضية (VM) - تقنية تنشئ بيئات حسابية معزولة، بغض النظر عن الأجهزة الأساسية. اليوم، تعتبر الآلة الافتراضية تقنية أساسية، من اختبار الكمبيوتر إلى نظام بيئة السلاسل الكتلية.

ما هو VM حقًا؟

الآلة الافتراضية هي مثل الكمبيوتر الذي يمكنك إعداده بنقرات قليلة دون الحاجة إلى أجهزة إضافية. إذا كنت تريد تشغيل Windows على جهاز MacBook أو نظام Linux دون تغيير نظام التشغيل الأساسي، فإن VM يسمح لك بذلك. الكمبيوتر الذي يُطلق عليه اسم VM الأساسي ينشئ بيئة معزولة يمكن أن تعمل فيها نظام تشغيل منفصل، وملفات، وبرامج، ولكن جميعها تعمل في ذاكرة جهازك الحالي.

النظام الرئيسي يقوم بمعالجة الصعوبة في الخلفية، مع توفير ذاكرة RAM و قدرة معالجة CPU و التخزين من VM. هذا مفيد بشكل خاص إذا كانت هناك حاجة لبرنامج تشغيل متاح فقط في نظام آخر.

كيف تعمل VM من الداخل: المحاكي وتخصيص الموارد

تحدث جميع VM السحر من خلال المُشَغِّل - برنامج يأخذ الموارد المادية لجهاز الكمبيوتر الخاص بك ويوزعها بحيث يمكن لعدة VM استخدامها في نفس الوقت. هناك نوعان رئيسيان من نماذج المُشَغِّل:

1 نوع من الهايبر فايزر (على المعدن الخالص) – يتم تثبيتها مباشرة على الأجهزة، دون توقع أي نظام تشغيل آخر. هذه الهايبر فايزر هي معيار في بنية السحابة ومراكز البيانات، وبالتالي فهي محسّنة للأداء وكفاءة الطاقة.

نوع 2 من الأجهزة الافتراضية (المستضافة) – تعمل كبرنامج قياسي على نظام التشغيل الأساسي. إنها متطابقة مع التطوير والاختبار، مما يتيح للمطورين والمختبرين التجربة بسهولة باستخدام الأدوات المعروفة.

بعد إعداد VM، يمكنك تشغيلها كجهاز كمبيوتر حقيقي: تثبيت البرامج، تصفح الإنترنت، كتابة الشفرات، والقيام تقريبًا بأي شيء.

سيناريوهات استخدام VM العملية

اختبار أنظمة التشغيل والتوافق

يقدم VM مساحة آمنة لاختبار أنظمة التشغيل الجديدة دون سحب أي شيء من الكمبيوتر الرئيسي. إنه مثل مختبر تجريبي حيث يمكنك التجربة دون مخاطر.

الأمان من خلال العزل

إذا قمت بفتح ملف مشبوه أو برنامج غير معروف، فإن تشغيله في VM يحمي نظامك الأساسي. لن تؤثر البرامج الضارة أو أعطال النظام داخل VM على جهاز الكمبيوتر الحقيقي الخاص بك.

البرامج القديمة وغير المتاحة

بعض حزم البرمجيات تعمل فقط على الأنظمة القديمة مثل ويندوز XP. يمكن لـ VM استعادة تلك البيئة، مما يسمح لك باستخدام البرمجيات التي لم تعد مدعومة.

إنتاجية المطورين: الكود على منصات مختلفة

يمكن للمطورين اختبار الشيفرة بسرعة على أنظمة تشغيل متعددة باستخدام VM. هذا يقلل من الوقت اللازم للتحقق من تشغيل التطبيق الجديد على أنظمة مختلفة.

بنية السحابة والنطاق

تُعتبر AWS وAzure وGoogle Cloud منصات مُنشأة على الآلات الافتراضية. عند تشغيل نسخة سحابية، فإنك في الواقع تقوم بتشغيل VM في مركز بيانات بعيد، مُعد لاستضافة المواقع والتطبيقات أو قواعد البيانات.

ثورة VM في سلاسل الكتل: تفاصيل منخفضة

بينما تعتبر الآلات الافتراضية التقليدية صناديق رمل معزولة، تعمل آلات السلسلة الكتلية الافتراضية ككرة أرضية تنفذ العقود الذكية في شبكة لامركزية. تتيح آلة الإيثيريوم الافتراضية (Ethereum ) للمطورين كتابة العقود الذكية باستخدام لغات سوليدتي وفايبر ويول، ثم نشرها على الإيثيريوم وشبكات أخرى متوافقة مع EVM.

تضمن EVM أن كل عقدة في الشبكة تعمل مع العقود الذكية تتبع نفس القواعد. وهذا يضمن تنفيذ موحد للكود والنتائج عبر جميع عقد الشبكة.

تستخدم شبكات البلوكشين المختلفة أنواعًا مختلفة من الآلات الافتراضية، اعتمادًا على أولويات تصميمها:

• NEAR و Cosmos تستخدم VMs التي تم إنشاؤها على أساس WebAssembly (WASM)، والتي تدعم العقود الذكية بعدة لغات برمجة، مما يجعلها مرنة.
• Sui يستخدم MoveVM، المكتوب بلغة Move، لتحقيق الكفاءة والأمان.
• Solana تستخدم بيئة تنفيذ مخصصة (SVM)، مصممة لمعالجة المعاملات المتوازية وكمية عالية من النشاط الشبكي.

كيفية عمل VM أثناء استخدام DApp يوميًا

على الرغم من أنك قد لا تلاحظ ذلك، فإن VM يعمل في الخلفية في كل مرة تتفاعل فيها مع التطبيق اللامركزي:

• عمليات DeFi (Uniswap وما شابه): يتم معالجة عمليات تبادل الرموز الخاصة بك بواسطة العقود الذكية التي تعمل داخل EVM. يقوم VM بحساب الأسعار، والتحقق من الأرصدة، وتحديث حالة المعالجة.

• عمليات NFT: يقوم VM بتشغيل كود يتتبع ملكية NFT وانتقالاتها. عند شراء أو نقل NFT، يقوم VM بتحديث السجل للحفاظ على تاريخ الملكية بدقة.

• حلول من المستوى 2 (Layer 2 أو zkEVM): آلات افتراضية متخصصة مثل zkEVM، تقوم بتنفيذ العقود الذكية في بيئة Rollup، باستخدام إثباتات المعرفة الصفرية (ZKP)، مما يسرع العمليات ويقلل الرسوم.

قيود VM وتأثيراتها الحقيقية

سعر الكفاءة

يضيف VM طبقة إضافية بين الأجهزة المادية والشيفرة. وهذا يعني عبء عمل أقل وموارد حوسبة أكثر استهلاكًا مقارنةً بالبرنامج الذي يتم تشغيله مباشرة على الكمبيوتر المادي.

صعوبة في التشغيل

تتطلب إدارة VM، خاصة في بنية تحتية سحابية أو شبكات سلسلة الكتل، جهودًا كبيرة وأدوات متخصصة. التحديثات، والهجمات الأمنية، وضبط معلمات النظام تتطلب وقتًا ومعرفة.

حدود التوافق

غالبًا ما لا يمكن للعقود الذكية المكتوبة لبيئة VM واحدة العمل مباشرةً في بيئة أخرى. يتطلب إعادة كتابة الكود المكتوب في Ethereum إلى Solana هذا. وهذا يعني المزيد من العمل والمجهود من المطورين واستثمار الوقت في النشر متعدد المنصات.

الفكرة النهائية

تعتبر الآلة الافتراضية تقنية أساسية تخلق فرصاً في كل من عالم الحواسيب التقليدي وبنية البلوكشين التحتية. تتيح الآلة الافتراضية إمكانية تشغيل أنظمة تشغيل وبرامج متعددة على نفس الجهاز، واختبار البرمجيات غير المعروفة بشكل آمن، وتشغيل الشيفرة القديمة وغير القابلة للوصول.

في عالم سلاسل الكتل، تعتبر VM العقل الذي يمنح العقود الذكية الحياة ويسمح للتطبيقات اللامركزية بالعمل بشكل آمن ومتسق. حتى لو لم تكن خبيرًا في التكنولوجيا، فإن فهم كيفية عمل VM سيوفر لك معرفة أعمق بالبنية التحتية التي تشكل السوق اللامركزية اليوم.