Виртуальная машина: технологии, которые меняют компьютерную инфраструктуру

Введение: почему VM стала незаменимой?

Вы когда-нибудь задумывались, как можно запустить разные операционные системы на одном устройстве? Или как децентрализованные сети поддерживают десятки тысяч узлов, работающих с одним и тем же кодом? Ответ – виртуальная машина (VM) – технология, которая создает изолированные вычислительные среды, независимо от аппаратного обеспечения. Сегодня VM является фундаментальной технологией, от тестирования компьютеров до экосистемы блокчейнов.

Что такое VM на самом деле?

Виртуальная машина – это как компьютер, который вы можете настроить всего за несколько кликов, не используя дополнительное физическое оборудование. Если вы хотите запустить Windows на MacBook или в системе Linux, не меняя основную операционную систему, виртуальная машина позволяет это сделать. Основная машина называется основной виртуальной машиной, создающей изолированную среду, в которой может работать отдельная операционная система, файлы и программы, однако все они функционируют в оперативной памяти вашего существующего устройства.

Основная система выполняет сложность за кулисами, предоставляя свою оперативную память, вычислительную мощность ЦП и хранилище. Это особенно полезно, если требуется рабочее программное обеспечение, доступное только в другой системе.

Как работает VM изнутри: гипервизор и распределение ресурсов

Вся VM магия происходит через гипервизор – программное обеспечение, которое берет физические ресурсы вашего компьютера и распределяет их так, чтобы несколько VM могли использовать их одновременно. Существуют две основные модели гипервизоров:

Гипервизоры типа 1 (bare metal) – устанавливаются непосредственно на аппаратном обеспечении, без ожидания какой-либо другой операционной системы. Эти гипервизоры являются стандартными в облачной инфраструктуре и центрах обработки данных, поэтому они оптимизированы для производительности и энергоэффективности.

Гипервизоры типа 2 (размещаются) – работают как стандартное программное обеспечение в основной операционной системе. Они идентичны для разработки и тестирования, позволяя разработчикам и тестировщикам легко экспериментировать, используя известные инструменты.

Настроив VM, вы можете запустить её как настоящий компьютер: устанавливать программы, серфить в интернете, писать код и делать почти всё что угодно.

Практические сценарии использования VM

Тестирование операционных систем и совместимость

VM предоставляет безопасное пространство для тестирования новых операционных систем, не отнимая ресурсы у основного компьютера. Это как лаборатория для экспериментов, где вы можете экспериментировать без риска.

Безопасность через изоляцию

Если вы откроете подозрительный файл или незнакомую программу, запустив её в виртуальной машине (VM), вы защитили свою основную систему. Вредоносное ПО или сбой системы внутри VM не затронет ваш настоящий компьютер.

Устаревшие и недоступные программы

Некоторые программные пакеты работают только на старых системах, таких как Windows XP. Виртуальная машина может восстановить эту среду, позволяя вам использовать программное обеспечение, которое в настоящее время больше не поддерживается.

Продуктивность разработчиков: код на различных платформах

Разработчики могут быстро тестировать код на нескольких операционных системах, используя ВМ. Это сокращает время, необходимое для проверки работы нового приложения на различных системах.

Облачная инфраструктура и масштаб

AWS, Azure и Google Cloud созданы на виртуальных машинах. Запуская экземпляр в облаке, вы фактически запускаете ВМ в удалённом дата-центре, готовом для размещения сайтов, приложений или баз данных.

Революция виртуальных машин в блокчейнах: низкие детали

Хотя традиционные виртуальные машины (VM) изолированы в песочнице, виртуальные машины блокчейна действуют как глобус, который выполняет смарт-контракты в децентрализованной сети. EVM (Ethereum виртуальная машина) позволяет разработчикам писать смарт-контракты на языках Solidity, Vyper и Yul, а затем развертывать их в Ethereum и других совместимых с EVM сетях.

EVM гарантирует, что каждый узел сети, работающий с умными контрактами, соблюдает одни и те же правила. Это обеспечивает единое выполнение кода и результаты во всех узлах сети.

Различные сети блокчейнов используют разные типы ВМ в зависимости от их приоритетов в дизайне:

• NEAR и Cosmos используют виртуальные машины на основе WebAssembly (WASM), которые поддерживают смарт-контракты на нескольких языках программирования, что делает их гибкими.
• Sui использует MoveVM, написанную на языке Move, для достижения эффективности и безопасности.
• Solana использует собственную среду выполнения (SVM), оптимизированную для параллельной обработки и управления большим объемом сетевой активности.

Работа VM во время ежедневного использования DApp

Хотя вы можете не заметить, VM работает за кулисами каждый раз, когда вы взаимодействуете с децентрализованным приложением:

• DeFi операции (Uniswap и подобные): ваши операции обмена токенов обрабатываются смарт-контрактами, работающими внутри EVM. VM рассчитывает цены, проверяет балансы и обновляет состояние обработки.

• Операции с NFT: VM выполняет код, который отслеживает право собственности и передачи NFT. При покупке или передаче NFT VM обновляет реестр, чтобы сохранить точную историю собственности.

• Решения 2 уровня (Layer 2 или zkEVM): специализированные ВМ, такие как zkEVM, выполняют смарт-контракты в среде роллапов, используя доказательства нулевых знаний (ZKP), что ускоряет операции и снижает комиссии.

Ограничения VM и их реальные последствия

Цена за производительность

VM добавляет дополнительный слой между физическим оборудованием и кодом. Это означает меньшую трудоемкость и большее потребление вычислительных ресурсов по сравнению с программой, выполняемой непосредственно на физическом компьютере.

Сложность эксплуатации

Управление виртуальными машинами, особенно в облачной инфраструктуре или в сетях блокчейнов, требует значительных усилий и специализированных инструментов. Обновления, атаки на безопасность и регулировка параметров системы требуют времени и знаний.

Ограничения совместимости

Умные контракты, написанные для одной VM-среды, часто не могут напрямую работать в другой. Код, написанный на Ethereum, необходимо переписать на Solana. Это означает дополнительные усилия разработчиков и временные затраты на многоплатформенное развертывание.

Заключительная мысль

Виртуальная машина является фундаментальной технологией, создающей возможности как в традиционном мире компьютеров, так и в инфраструктуре блокчейнов. ВМ позволяет нескольким операционным системам и приложениям работать на одном устройстве, безопасно тестировать незнакомое программное обеспечение и запускать старый, недоступный код.

В мире блокчейнов ВМ является мозгом, который дает жизнь смарт-контрактам и позволяет децентрализованным приложениям функционировать безопасно и последовательно. Даже если вы не являетесь экспертом в технологиях, понимание того, как работает ВМ, даст вам более глубокие знания о инфраструктуре, создающей современный децентрализованный рынок.