Що таке віртуальна машина (VM) ?

Ключові моменти для запам'ятовування

• Віртуальні машини (VM) дозволяють виконувати різні операційні системи або додатки на одному пристрої без додаткового обладнання.

• Віртуальні машини ідеально підходять для безпечного тестування нового програмного забезпечення, випробування інших систем або ізоляції потенційно ризикованих програм.

• ВМ, як віртуальна машина Ethereum (EVM), дозволяють смарт-контрактам і децентралізованим додаткам (DApps) надійно функціонувати в глобальній комп'ютерній мережі.

• Хоча ВМ забезпечують гнучкість і контроль, вони можуть передбачати компроміси в плані продуктивності, використання ресурсів і складності.

Вступ

Чи бажали ви колись запустити Windows на своєму MacBook або протестувати додаток Linux, не змінюючи операційну систему або не купуючи другий комп'ютер? Віртуальні машини роблять це можливим, створюючи ізольоване середовище, в якому різні операційні системи та додатки можуть працювати безпечно. Вони також широко використовуються в блокчейн-мережах для управління смарт-контрактами та децентралізованими додатками (DApps).

Що таке віртуальна машина?

Віртуальна машина схожа на комп'ютер, який ви можете налаштувати кількома кліками, не потребуючи додаткового обладнання. Ви можете встановити операційну систему, зберігати файли, запускати програми та підключатися до Інтернету, але ви запускаєте її в межах вашого існуючого комп'ютера, який називається хостом.

Ваша хост-система виконує більшу частину роботи у фоновому режимі, ділячи свою пам'ять, обчислювальну потужність та зберігання для забезпечення безперебійної роботи віртуальної машини. Ця система особливо корисна, якщо вам потрібно використовувати програмне забезпечення, доступне лише на іншій операційній системі.

Робота віртуальних машин

Програмне забезпечення, яке називається гіпервізором, керує усім процесом у фоновому режимі. Гіпервізор бере фізичні ресурси вашого комп'ютера, такі як центральний процесор (CPU), оперативна пам'ять (RAM) та зберігання, і ділить їх так, щоб кілька віртуальних машин могли використовувати їх одночасно.

Існує два основних типи гіпервізорів:

• Тип 1 (нативний) : вони встановлюються безпосередньо на обладнанні і часто використовуються в центрах обробки даних або хмарних платформах. Вони розроблені для продуктивності та ефективності.

• Тип 2 (гость) : ці віртуальні машини працюють на вашій звичній операційній системі (як додатки) і підходять для тестування та розробки.

Після налаштування віртуальної машини ви можете запустити її як справжній комп'ютер і встановлювати програмне забезпечення, переглядати Інтернет або розробляти програми.

Чому використовувати віртуальну машину?

1. Щоб протестувати нові операційні системи

Завдяки віртуальній машині ви можете тестувати різні операційні системи, не вносячи зміни до вашого основного комп'ютера. Це як спробувати нову систему в безпечному та відокремленому середовищі.

2. Щоб ізолювати ризиковане програмне забезпечення

Потрібно відкрити файл, у якому ви не впевнені, або протестувати невідому програму? Запустіть його у віртуальній машині, щоб захистити свій комп'ютер. Таким чином, якщо ви зіштовхнетеся зі шкідливим програмним забезпеченням або збоєм системи, ваш основний комп'ютер не постраждає.

3. Для виконання застарілого або недоступного програмного забезпечення

Деякі програми працюють лише на старіших системах, таких як Windows XP. Віртуальна машина може відтворити це середовище, що дозволяє вам продовжувати використовувати програмне забезпечення, яке може не працювати на сучасних пристроях.

4. Для розробки та тестування коду на різних платформах

Віртуальні машини дозволяють розробникам легше тестувати свій код на різних операційних системах та моделювати роботу нових додатків у різних середовищах.

5. Щоб заповнити хмару

Багато хмарних сервісів (, таких як AWS, Azure та Google Cloud), побудовані на віртуальних машинах. Коли ви запускаєте хмарний екземпляр, ви запускаєте віртуальну машину в віддаленому дата-центрі, готову для розміщення веб-сайтів, додатків або баз даних.

Як блокчейн-мережі використовують віртуальні машини?

Хоча традиційні віртуальні машини є ізольованими середовищами, віртуальні машини блокчейн працюють як двигун, що виконує смарт-контракти на блокчейні. Віртуальна машина Ethereum (EVM) дозволяє розробникам писати смарт-контракти мовами, такими як Solidity, Vyper і Yul, і розгортати їх на Ethereum та інших мережах, сумісних з EVM. EVM гарантує, що кожен вузол мережі застосовує однакові правила під час створення або взаємодії зі смарт-контрактами.

Блокчейн-мережі реалізують свої власні типи віртуальних машин залежно від своїх дизайнерських цілей. Деякі зосереджуються на швидкості та масштабованості, тоді як інші прагнуть бути більш безпечними або гнучкими для розробників. Такі мережі, як Near і Cosmos, використовують віртуальні машини, засновані на WebAssembly (WASM), які підтримують смарт-контракти, написані на кількох мовах програмування.

Інші блокчейн-мережі, такі як Sui, використовують MoveVM, яка виконує смарт-контракти, написані мовою Move. Блокчейн Solana використовує налаштоване середовище виконання, часто називане віртуальною машиною Solana (SVS), яке розроблено для обробки транзакцій паралельно та управління великою мережею активності.

Віртуальні машини в дії

Ви, можливо, їх не помічаєте, але віртуальні машини працюють у фоновому режимі щоразу, коли ви взаємодієте з децентралізованими додатками (DApps).

• Якщо ви використовуєте додаток децентралізованих фінансів (DeFi), такий як Uniswap, ваші транзакції обробляються смарт-контрактами, виконуваними в EVM.

• Якщо ви створюєте NFT, віртуальна машина виконує код, який визначає, кому належить кожен NFT. Коли ви здійснюєте покупку або передачу, віртуальна машина оновлює реєстри, щоб власність на NFT залишалася точною.

• Якщо ви використовуєте роллап другого рівня (layer 2), ваші транзакції можуть оброблятися спеціалізованою віртуальною машиною, такою як zkEVM. zkEVM дозволяють zk-роллам виконувати смарт-контракти, використовуючи технологію доказів з нульовим відомим (ZKP).

Обмеження віртуальних машин

1. Перевантаження продуктивності: віртуальні машини додають додатковий етап між апаратним забезпеченням та виконуваним кодом, що може сповільнити процеси або вимагати більше обчислювальних ресурсів порівняно з виконанням додатків безпосередньо на фізичній машині.

2. Операційна складність: обслуговування віртуальних машин (, зокрема в хмарній інфраструктурі або в блокчейн-мережах), вимагає значних зусиль щодо налаштування та оновлень. Це займає час і часто потребує спеціалізованих інструментів та знань.

3. Сумісність: смарт-контракти часто розробляються для специфічного середовища віртуальної машини. Код, написаний для смарт-контрактів Ethereum, потрібно буде переписати або адаптувати, щоб він працював на інших несумісних блокчейнах, таких як Solana. Це означає, що розробникам потрібно буде витратити більше часу та зусиль, якщо вони хочуть виконати ту ж саму програму в кількох середовищах.

Висновок

Віртуальні машини відіграють вирішальну роль у функціонуванні класичних комп'ютерів та блокчейн-систем. Вони дозволяють виконувати різні операційні системи, безпечно тестувати програмне забезпечення та використовувати одне й те саме обладнання для різних завдань.

Віртуальні машини також використовуються в блокчейн-мережах для виконання смарт-контрактів та децентралізованих додатків. Навіть якщо ви не є експертом, розуміння того, як працюють віртуальні машини, може прояснити механізми багатьох інструментів і платформ DeFi, які ми використовуємо.