Віртуальна машина: технології, що змінюють комп'ютерну інфраструктуру

Вступ: чому VM стала незамінною?

Чи коли-небудь ви думали про те, як можна запустити різні операційні системи на одному пристрої? Або як децентралізовані мережі підтримують десятки тисяч вузлів, що працюють під одним і тим же кодом? Відповідь полягає у віртуальній машині (VM) – технології, яка створює ізольовані обчислювальні середовища, незалежно від основного апаратного забезпечення. Сьогодні VM є фундаментальною технологією, від комп'ютерного тестування до екосистеми блокчейнів.

Що таке VM насправді?

Віртуальна машина – це як комп'ютер, який ви можете налаштувати за кілька кліків, не використовуючи додаткове фізичне обладнання. Якщо ви хочете запустити Windows на MacBook або Linux системі, не змінюючи основну операційну систему, ВМ це дозволяє. Основна ВМ створює ізольоване середовище, в якому може працювати окрема операційна система, файли та програми, але всі вони працюють у пам'яті вашого поточного пристрою.

Основна система виконує обчислення за лаштунками, надаючи свою оперативну пам'ять, обчислювальну потужність ЦП та сховище. Це особливо корисно, якщо потрібно робоче програмне забезпечення, яке доступне лише в іншій системі.

Як працює VM зсередини: гіпервізор та розподіл ресурсів

Уся магія VM відбувається через гіпервізор – програмне забезпечення, яке бере фізичні ресурси вашого комп'ютера і розподіляє їх так, щоб кілька VM могли використовувати їх одночасно. Є дві основні моделі гіпервізорів:

Гіпервізори типу 1 (на метал ) – встановлюються безпосередньо на апаратному забезпеченні, не очікуючи жодної іншої операційної системи. Ці гіпервізори є стандартними в хмарній інфраструктурі та дата-центрах, тому вони оптимізовані для продуктивності та енергоефективності.

Гіпервізори типу 2 (розміщені) – працюють як стандартне програмне забезпечення в основній операційній системі. Вони ідентичні для розробки та тестування, дозволяючи розробникам і тестувальникам легко експериментувати, використовуючи відомі інструменти.

Налаштувавши VM, ви можете запустити її як справжній комп'ютер: встановлювати програми, переглядати Інтернет, писати код і виконувати майже будь-що.

Практичні сценарії використання VM

Тестування операційних систем та сумісність

VM надає безпечний простір для тестування нових операційних систем, не забираючи жодної основної частини комп'ютера. Це як лабораторія для експериментів, де ви можете ризикувати без наслідків.

Безпека через ізоляцію

Якщо ви відкриєте підозрілий файл або незнайому програму, запустивши її у віртуальній машині, ви захистите свою основну систему. Шкідлива програма або збій системи всередині віртуальної машини не торкнуться вашого справжнього комп'ютера.

Застарілі та недоступні програми

Деякі програмні пакети працюють лише на старіших системах, таких як Windows XP. VM може відтворити це середовище, дозволяючи вам використовувати програмне забезпечення, яке наразі більше не підтримується.

Продуктивність розробників: код на різних платформах

Розробники можуть швидко тестувати код на кількох операційних системах, використовуючи VM. Це зменшує час, необхідний для перевірки роботи нової програми на різних системах.

Хмарна інфраструктура та масштаб

AWS, Azure та Google Cloud створені на віртуальних машинах. Запустивши екземпляр хмари, ви насправді запускаєте VM у віддаленому дата-центрі, підготовленому для розміщення веб-сайтів, програм або баз даних.

VM революція в блокчейнах: низькі деталі

Хоча традиційні віртуальні машини є ізольованими пісочницями, віртуальні машини блокчейн працюють як глобус, який виконує смарт-контракти в децентралізованій мережі. EVM (Ethereum віртуальна машина) дозволяє розробникам писати смарт-контракти мовами Solidity, Vyper та Yul, а потім їх розгортати в Ethereum та інших мережах, сумісних з EVM.

EVM гарантує, що кожен вузол мережі, що працює з розумними контрактами, дотримується тих самих правил. Це забезпечує єдине виконання коду та результати в усіх вузлах мережі.

Різні мережі блокчейнів використовують різні типи віртуальних машин, залежно від їхніх пріоритетів у дизайні:

• NEAR та Cosmos використовують VM, створені на базі WebAssembly (WASM), які підтримують смарт-контракти на кількох мовах програмування, тому є гнучкими.
• Sui використовує MoveVM, написану мовою Move, для досягнення ефективності та безпеки.
• Solana використовує спеціалізоване середовище виконання (SVM), оптимізоване для паралельної обробки та обробки великої кількості активності в мережі.

Робота VM під час щоденного використання DApp

Хоча ви можете цього не помічати, VM працює у фоновому режимі щоразу, коли ви взаємодієте з децентралізованою програмою:

• Операції DeFi (Uniswap та подібні): ваші операції обміну токенів обробляються смарт-контрактами, що працюють всередині EVM. VM розраховує ціни, перевіряє баланси та оновлює статус обробки.

• NFT операції: VM виконує код, який слідкує за власністю та передачами NFT. При купівлі або передачі NFT, VM оновлює реєстр, щоб зберегти точну історію власності.

• Рішення 2 рівня (Layer 2 або zkEVM): спеціалізовані VM, такі як zkEVM, виконують смарт-контракти в середовищі rollup, використовуючи нульові знання доказів (ZKP), що прискорює операції та знижує витрати.

Обмеження ВМ та їх реальні наслідки

Ціна продуктивності

VM додає додатковий шар між фізичним апаратним забезпеченням і кодом. Це означає менше трудозатрат і більше витрачених обчислювальних ресурсів порівняно з програмою, що виконується безпосередньо на фізичному комп'ютері.

Складність експлуатації

Управління віртуальними машинами, особливо в хмарах або мережах блокчейнів, вимагає великих зусиль та спеціалізованих інструментів. Оновлення, атаки на безпеку та налаштування параметрів системи вимагають часу та знань.

Межі сумісності

Розумні контракти, написані для однієї VM-середовища, часто не можуть безпосередньо працювати в іншому. Код, написаний на Ethereum, необхідно переписати для Solana. Це означає додаткову працю розробників і інвестиції часу в багатоплатформену розробку.

Завершальна думка

Віртуальна машина є фундаментальною технологією, яка створює можливості як у традиційному комп'ютерному світі, так і в інфраструктурі блокчейну. ВМ забезпечує можливість кільком операційним системам і програмам працювати на одному пристрої, безпечно тестувати невідому програмне забезпечення та запускати старий, недоступний код.

У світі блокчейнів VM є мозком, який надає розумним контрактам життя та дозволяє децентралізованим програмам працювати безпечно та послідовно. Навіть якщо ви не є експертом у технологіях, розуміння того, як працює VM, надасть вам глибші знання про інфраструктуру, що створює сьогоднішній децентралізований ринок.