La المحاكاة الافتراضية المتداخلة لقد تطورت هذه التقنية من كونها نادرة في المختبرات إلى عنصر أساسي في إعداد بيئات معقدة للاختبار والتدريب والتطوير، وحتى في بعض السيناريوهات على الحوسبة السحابية العامة. تتيح القدرة على تشغيل الأجهزة الافتراضية داخل أجهزة افتراضية أخرى نطاقًا واسعًا من الإمكانيات، بدءًا من إنشاء مركز بيانات مصغر على جهاز الكمبيوتر المحمول، وصولًا إلى إطلاق مركز تدريب متكامل على منصة Azure، أو اختبار إصدارات جديدة من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية على منصة AWS بتكلفة معقولة.
سنشرح في هذه المقالة بالتفصيل ما هي المحاكاة الافتراضية المتداخلة وكيف يتم تطبيقها في VMware و Hyper-V (Azure) و AWS EC2تتناول هذه المقالة متطلباتها، وأهم حالات استخدامها في الواقع العملي، وتأثيرها على الأداء، والشبكات، والترخيص، وأفضل الممارسات. والهدف هو أن تكتسب، بنهاية هذه المقالة، فهمًا شاملًا وعمليًا لأوقات استخدامها المناسبة، وكيفية إعدادها، والقيود التي قد تواجهها.
ما هي المحاكاة الافتراضية المتداخلة؟
عندما نتحدث عن المحاكاة الافتراضية المتداخلة، فإننا نشير إلى القدرة على تشغيل برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية كآلة افتراضية ضمن مُشرف أجهزة افتراضية آخر يعمل على جهاز فعلي، وبالتالي، القدرة على إنشاء أجهزة افتراضية داخل مُشرف الأجهزة الافتراضية الضيف هذا. أي، جهاز افتراضي داخل جهاز افتراضي آخر، مع وجود عدة طبقات من المحاكاة الافتراضية فوق بعضها البعض.
في هذا السياق، تُستخدم عدة مصطلحات ينبغي توضيحها لتجنب الالتباس: برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الذي يعمل مباشرة على الخادم الفعلي هو برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المضيفةبينما يُطلق على برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الذي نقوم بتثبيته داخل الجهاز الافتراضي عادةً اسم برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الضيفتُسمى الأجهزة الافتراضية التي تعمل مباشرة على المضيف الفعلي بالضيوف الخارجيين، وتلك التي تعمل داخل برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الضيف تُسمى بالضيوف الداخليين. الضيوف الداخليون أو الأجهزة الافتراضية المتداخلة.
من الناحية التقنية، يعتقد برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الضيف أنه يتواصل مع أجهزة مادية حقيقية، لكنه في الواقع يعمل ضد الأجهزة الافتراضية يتم تقديمها بواسطة برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المضيف. إذا كانت لديك موارد كافية، يمكنك حتى ربط المزيد من الطبقات (الطبقة 4، الطبقة 5، إلخ)، على الرغم من أن الأداء والإدارة يصبحان أكثر تعقيدًا بشكل كبير، وفي الواقع العملي، نادرًا ما يتجاوز الأمر طبقتين أو ثلاث طبقات.
المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة والمتطلبات الأساسية
لكي تعمل تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة بشكل جيد، من الضروري أن يكون لديك بمساعدة الأجهزة الافتراضية (Intel VT-x، AMD-V، أو ما يعادلها). تسمح هذه الإضافات للمشرف الافتراضي بالتعامل مع انتقالات السياق والعمليات الحساسة للتعليمات بكفاءة أكبر بكثير من التقنيات القديمة مثل الترجمة الثنائية أو المحاكاة الافتراضية الجزئية.
عمليًا، هذا يعني أنه يجب عليك التأكد من أن وحدة المعالجة المركزية للخادم الفعلي تدعم هذه الامتدادات وأنها تم التفعيل في BIOS/UEFIبالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون لدى برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المضيف القدرة على عرض ملحقات المحاكاة الافتراضية هذه لنظام التشغيل الضيف بحيث يمكن لبرنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الذي يعمل كجهاز افتراضي بدوره إنشاء أجهزة افتراضية 64 بت والاستفادة من تسريع الأجهزة.
ومن المتطلبات المهمة الأخرى في بيئات VMware مستوى الأجهزة الافتراضية للجهاز الظاهري والذي سيستضيف برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية الضيف. ولتمكين المحاكاة الافتراضية المتداخلة، يلزم وجود إصدار الأجهزة 9 على الأقل من الجهاز الافتراضي. ومنذ ذلك الحين، تتضمن الإصدارات الأحدث من Workstation وPlayer وFusion وESXi دعمًا صريحًا لمحاكاة ملحقات وحدة المعالجة المركزية داخل الأجهزة الافتراضية.
برامج إدارة الأجهزة الافتراضية والتوافق
تتوفر تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة في كل من النوع 1 (الأجهزة المادية) والنوع 1 من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية. برامج إدارة الأجهزة الافتراضية من النوع الثانيفي نظام VMware البيئي، يعتبر ESXi هو النوع الكلاسيكي 1 من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية، بينما تعتبر Workstation و Player و Fusion من النوع 2 من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التي يتم تثبيتها فوق نظام تشغيل مضيف.
يمكن لهذه المنتجات تشغيل ESXi آخر كجهاز افتراضي، أو حتى برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التابعة لجهات خارجية مثل مايكروسوفت هايبر-في أو فيرتشوال بوكسبشرط أن يسمح برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) بالتشغيل الافتراضي للأجهزة الداخلية. وبشكل عام، فإن التركيبات المدعومة تقنيًا هي:
- ESXi كجهاز افتراضي في VMware Workstation أو Player أو Fusion.
- ESXi كجهاز افتراضي في ESXi (البيئة متداخلة بالكامل داخل حزمة VMware نفسها).
- ESXi كجهاز افتراضي على برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التابعة لجهات خارجية (على سبيل المثال، على Hyper-V).
- برامج إدارة الأجهزة الافتراضية غير التابعة لشركة VMware مثل الأجهزة الافتراضية على ESXi أو Workstation أو Player أو Fusion، طالما أنها قادرة على الاستفادة من تقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة.
في Hyper-V، تُستخدم تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة بشكل أساسي في سياقات مثل خدمات مختبر أزورحيث يُمكن تفعيل Hyper-V داخل جهاز افتراضي تجريبي لإنشاء أجهزة افتراضية متداخلة. وعلى AWS، سيُتاح الدعم الرسمي للتقنية الافتراضية المتداخلة لـ معيار EC2 (ليس فقط مثيلات الأجهزة المادية) كان بمثابة قفزة كبيرة للأمام بالنسبة للعديد من بيئات الاختبار والتطوير.
الدعم الرسمي والقيود في VMware
على الرغم من أن تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة تعمل بشكل جيد للغاية في VMware من الناحية العملية، فمن المهم مراعاة جانب الدعم الرسميلا تعتبر VMware الأجهزة الافتراضية المتداخلة تكوينًا مدعومًا لبيئات الإنتاج، مما يعني أنه إذا قمت بفتح حالة دعم وكانت المشكلة متعلقة ببيئة متداخلة، فمن المرجح جدًا أنهم لن يقدموا الدعم.
الاستثناء الرئيسي في بيئة VMware هو استخدام جهاز vSAN الشاهدتعمل الآلة الافتراضية ESXi المتداخلة كشاهد في بنى vSAN Stretched Clusters. في هذه الحالة، تُقرّ VMware صراحةً بهذا الاستخدام وتوثّقه، لأنه يُشكّل جزءًا من البنية الرسمية للمنتج.
وهناك سيناريو آخر ذو صلة: أمان مايكروسوفت القائم على المحاكاة الافتراضية (VBS) في الأجهزة الافتراضية التي تعمل بنظام ويندوز. منذ إصدار vSphere 6.7، تدعم VMware تفعيل VBS داخل الأجهزة الافتراضية التي تعمل بنظام ويندوز، مما يعني عمليًا تشغيل Hyper-V وبعض ميزات عزل المحاكاة الافتراضية داخل الجهاز الافتراضي. هذا السيناريو موثق جيدًا ومشمول بالدعم الفني إذا استوفيت متطلبات الإصدار والتكوين.
الترخيص في البيئات المتداخلة
عند تثبيت ESXi أو vCenter أو مكونات vSphere الأخرى كأجهزة افتراضية لإعداد بيئة متداخلة، من المهم أن تضع في اعتبارك ما يلي: الترخيص هو نفسه تمامًا مقارنةً بتثبيتها على خوادم فعلية. يتطلب كل إصدار من ESXi، حتى لو كان افتراضيًا، ترخيصًا خاصًا به، أو بدلاً من ذلك، يمكن استخدام الإصدار المجاني أو الإصدارات التجريبية لبيئات المختبر.
ينطبق هذا سواءً قمت بنشر ESXi المتداخل على VMware أو تشغيله كأجهزة افتراضية على برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التابعة لجهات خارجية. إحدى الطرق الشائعة لتحسين تراخيص وحدة المعالجة المركزية في هذه المختبرات هي تجربة عدد عدد النوى لكل مقبس يتم تخصيصها للجهاز الظاهري ESXi (معامل cpuid.coresPerSocket)، شريطة أن تسمح شروط الترخيص بذلك وأن تحترم حدود الإصدار المتعاقد عليه.
حالات استخدام واقعية للتقنية الافتراضية المتداخلة في VMware
تكمن جاذبية المحاكاة الافتراضية المتداخلة في أنها تتيح لك تركيب بيئات شديدة التعقيد على مضيف فعلي واحد دون الحاجة إلى نشر رفوف خوادم أو مصفوفات تخزين أو محولات مخصصة. بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا في VMware واضحة بشكل خاص.
مختبرات التدريب والتعلم الذاتي
ولعلّ الحالة الأكثر شيوعًا هي حالة مختبرات التدريبيمكنك نشر العديد من الأجهزة الافتراضية ESXi، وخادم vCenter، وجهاز افتراضي للتخزين المشترك (NAS افتراضي، أو vSAN، أو ما شابه) على مضيف فعلي واحد وتكرار بيئة vSphere الإنتاجية بشكل كامل تقريبًا: المجموعات، والتوافر العالي، وDRS، وStorage DRS، وvMotion، وما إلى ذلك.
يُعد هذا الأسلوب مثاليًا للمسؤول لإعداد مختبر منزلي على جهاز الكمبيوتر المنزلي أو الخادم، أو للتدريب الداخلي في الشركة. إن تشغيل كل شيء بشكل متداخل يُسهّل عملية الاختبار بشكل كبير: فإذا تسبب طالب في تعطيل مضيف ESXi افتراضي أو الأجهزة الافتراضية المتداخلة، فإن استعادة جهاز ESXi الافتراضي الخارجي من نسخة احتياطية ستعيد كل شيء إلى وضعه الطبيعي.
تطوير حلول لـ vSphere
تحتاج الفرق التي تُطوّر تطبيقات أو عمليات تكامل خاصة بـ VMware (المكونات الإضافية، وأدوات النسخ الاحتياطي، والأتمتة، والتنسيق، وما إلى ذلك) عادةً إلى بيئات قابلة للتكرار حيث قم بإصدار نسخ محددة من ESXi و vCenter وتكوينات الشبكة والتخزين المختلفة.
بفضل تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة، يمكنك نشر بيئات اختبار متعددة بسرعة فائقة، مع مجموعات مختلفة من الإصدارات والمجموعات والسياسات، دون الحاجة إلى أسطول كبير من الخوادم الفعلية أو وحدات تخزين باهظة الثمن. تبدأ تشغيل البيئة، وتُجري الاختبار، ثم تحذفها أو تستنسخها حسب الحاجة، كل ذلك على نفس برنامج إدارة المحاكاة الافتراضية.
الاختبارات والتحديثات والعروض التوضيحية
ومن الاستخدامات الأخرى الفعالة للغاية استخدام اختبار إصدارات جديدة من برامج إدارة الأجهزة الافتراضية أو التغييرات المعمارية. قبل ترقية ESXi على مضيفات الإنتاج الفعلية أو إدخال حل تخزين جديد، يقوم العديد من المسؤولين بإعداد البيئة المتداخلة، ومحاكاة الترقية، والتحقق من أن كل شيء يعمل كما هو متوقع.
وبالمثل، غالبًا ما تستخدم فرق المبيعات وما قبل البيع بيئات vSphere المتداخلة للقيام بذلك. العروض التوضيحية الحية بالنسبة للعملاء: يمكنهم إعداد العديد من مضيفي ESXi، وvCenter، وخادم تخزين افتراضي، وبعض الأجهزة الافتراضية، كل ذلك داخل جهاز مختبر فعلي واحد أو حتى جهاز كمبيوتر محمول قوي، ويمكنهم عرض ميزات مثل vMotion أو HA أو DRS أو SRM دون الاعتماد على غرفة تقنية كاملة.
البيئات المختلطة والحوسبة السحابية العامة
كما يتم الاستفادة من تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة للسماح لمقدمي الخدمات المُدارة باستضافة VMware على السحابات العامة أو على منصات غير متجانسة. ومن الأمثلة العملية على ذلك نشر ESXi افتراضي على مضيف سحابي عام واستضافة الأجهزة الافتراضية للعميل هناك، مع الحفاظ على أدواته وإجراءاته.
علاوة على ذلك، إمكانية القيام النسخ الاحتياطي للبيئة المتداخلة من خلال عدة طرق (نسخ الجهاز الظاهري الذي يحتوي على برنامج إدارة الأجهزة الظاهرية الضيف أو الأجهزة الظاهرية المتداخلة بشكل فردي) فإنه يوفر الكثير من المرونة في حماية البيانات في هذه السيناريوهات الهجينة.
أداء الآلات الافتراضية المتداخلة
من حيث الأداء، يجب أن نكون واقعيين: كل طبقة إضافية من المحاكاة الافتراضية تُضيف عبئًا إضافيًا. في VMware، لكل جهاز افتراضي قيد التشغيل يوجد واحد العملية على مضيف ESXi مما يستهلك ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة المعالجة المركزية. إذا كنت تقوم بتشغيل ESXi داخل إحدى تلك الأجهزة الافتراضية مع عدة أجهزة افتراضية متداخلة، فأنت في الواقع تقوم بتجميع عدة طبقات من العمليات وتبديل السياق وجدولة المهام على نفس النوى الفعلية.
عمليًا، عادةً ما تكون الأجهزة الافتراضية المتداخلة أبطأ من الأجهزة الافتراضية العادية. يعتمد حجم هذا التأثير على عوامل مثل أداء المعالج الفعلي، وحجم الذاكرة المتاحة، ونوع التخزين، وقبل كل شيء، عدد مستويات التداخل وعدد الأجهزة الافتراضية المتزامنة. بالنسبة لأحمال العمل المختبرية الخفيفة، يكون الأمر قابلاً للإدارة تمامًا، ولكن بالنسبة لـ إنتاج يتطلب ليس هذا هو الخيار الأفضل عادةً.
أدوات VMware المصممة خصيصًا لـ ESXi المتداخل
عند تثبيت ESXi داخل جهاز افتراضي، من المهم أيضًا أن يكون لديك أدوات VMware بالنسبة لـ ESXi الافتراضي. إنها مجموعة من برامج التشغيل والخدمات التي تسمح لبرنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المضيف بالتواصل بشكل أفضل مع الجهاز الظاهري الضيف وتحسين إدارته.
في حالة ESXi المتداخل، توفر أدوات VMware ميزات مثل عرض عنوان IP واسم مضيف ESXi الظاهري من عميل vSphere، والقدرة على إيقاف التشغيل أو إعادة التشغيل بشكل منظم يدعم ESXi المتداخل من وحدة التحكم الإدارية وتنفيذ البرامج النصية عند تغيير حالة الطاقة، بالإضافة إلى دعم العمليات داخل الجهاز الظاهري من خلال واجهة برمجة تطبيقات عمليات الضيف.
في الإصدارات القديمة من ESXi 5.x، كان يجب تثبيت هذه الأدوات يدويًا باستخدام حزمة VIB. أما بدءًا من vSphere 6.0، فقد أصبحت الأدوات اللازمة مُضمنة. مدمج في ESXiلذلك، عند تثبيت ESXi على جهاز افتراضي بالطريقة القياسية، تظهر أدوات VMware مباشرة على أنها موجودة وتعمل، مما يبسط الإدارة اليومية بشكل كبير.
سياسات الشبكة والأمان في بيئات VMware المتداخلة
تُعدّ طبقة الشبكة من أكثر جوانب إعداد بيئة ESXi المتداخلة تعقيدًا. وبشكل افتراضي، لم تُصمّم المحولات الافتراضية في ESXi مع مراعاة هذا الأمر. برامج إدارة الأجهزة الافتراضية داخل الأجهزة الافتراضيةلذلك، يجب تعديل بعض سياسات الأمان حتى تتمكن الأجهزة الافتراضية المتداخلة من التواصل بشكل صحيح مع العالم الخارجي.
على مضيف ESXi فعلي سيستضيف برامج إدارة الأجهزة الافتراضية المتداخلة، يجب تعديل vSwitch (أو مجموعة المنافذ المقابلة) عن طريق تمكين منحل وضعيسمح هذا بتغيير عناوين MAC ويقبل الإطارات ذات عناوين MAC المصدر المزيفة (عمليات الإرسال المزيفة). إذا تُركت هذه المعلمات على القيمة الافتراضية (رفض)، فإن المحول الظاهري يتجاهل حركة البيانات من الأجهزة الظاهرية المتداخلة لأن عنوان MAC الفعلي لا يتطابق مع عنوان بطاقة الشبكة الظاهرية ESXi الخاصة بالضيف.
السلوك الجنسي غير المشروع وتأثيره
الوضع المختلط هو سياسة أمان تجعل واجهة الشبكة تستقبل جميع مخططات L2 تلك التي تمر عبر المحول الظاهري، وليس فقط تلك الموجهة إلى عنوان MAC الخاص به. يُستخدم عادةً لمراقبة الشبكة وتحليل حركة البيانات، وفي حالتنا، لكي يتمكن برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية المتداخل من رؤية حركة بيانات أجهزته الافتراضية الداخلية.
يؤدي تفعيل الوضع المختلط على محول افتراضي أو مجموعة منافذ إلى جعله يعمل بشكل أقرب إلى الموزع: حيث يتم توجيه جميع البيانات إلى تلك الواجهة. وهذا يُسهّل على الجهاز الظاهري ESXi التعرّف على عناوين MAC للأجهزة الظاهرية المتداخلة وإدارتها، ولكن في المقابل يؤدي إلى انخفاض أداء الشبكةويتضح هذا الأمر بشكل خاص إذا كانت الأحمال كثيفة الحركة المرورية للغاية.
تغييرات عنوان MAC وعمليات الإرسال المزيفة
بشكل افتراضي، لا يسمح المحول الظاهري القياسي في ESXi بوجود جهاز ظاهري قم بتغيير عنوان MAC الخاص بك فيما يتعلق بالإعدادات في ملف VMX، فهذا إجراء أمني ضد هجمات تسميم بروتوكول ARP وانتحال الهوية. وبالمثل، يتم حظر الإطارات الصادرة التي لا يتطابق عنوان MAC المصدر الخاص بها مع عنوان MAC الفعلي للجهاز الظاهري، باعتبارها عمليات إرسال مزورة.
في سيناريو متداخل، عادةً ما يكون للأجهزة الافتراضية الداخلية عناوين MAC مختلفة عن تلك الخاصة بمضيف ESXi الضيف. إذا لم يتم ضبط هذه السياسات على "قبول"، فسيعتبر المحول الافتراضي على المضيف الفعلي الإطارات الصادرة من مضيف ESXi الافتراضي ذات عناوين MAC المختلفة مشبوهة، وسيقوم بإعادة توجيهها. سوف تتخلص، مما يؤدي إلى قطع اتصال الأجهزة الافتراضية المتداخلة ببقية الشبكة.
ابتداءً من vSphere 6.7، تتضمن المحولات الافتراضية الموزعة (VDS) خيارات لـ تعلم عناوين MAC من خلال خيار macManagementPolicy، الذي يقلل الحاجة إلى استخدام الوضع المختلط ويوفر سلوكًا مشابهًا لسلوك المحول المادي التقليدي في البيئات المتداخلة.
الخطوات الرئيسية لإعداد بيئة ESXi متداخلة
من الناحية العملية، يتضمن النشر النموذجي لبيئة ESXi المتداخلة على مضيف ESXi فعلي سلسلة من الخطوات القياسية نسبيًا، على الرغم من وجود بعض الفروق الدقيقة الحاسمة لضمان عمل كل شيء بشكل صحيح.
أولاً، جهاز افتراضي سيعمل كمضيف ESXiفي المعالج، يمكنك اختيار مستوى توافق الأجهزة المناسب (على سبيل المثال، ESXi 6.5 أو أحدث)، وتحديد "VMware ESXi" كنظام تشغيل الضيف، وفي قسم الأجهزة، قم بتخصيص ما لا يقل عن 2 وحدة معالجة مركزية افتراضية، و8 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي أو أكثر، وقرص افتراضي كافٍ (32 جيجابايت كحد أدنى لـ ESXi 7.x، على الرغم من أنه من الأفضل توفير المزيد).
النقطة الأساسية هي تحديد الخيار لـ كشف المحاكاة الافتراضية المدعومة بالأجهزة إلى نظام التشغيل الضيف. إذا لم يتم ذلك، فسيظهر تحذير أثناء تثبيت ESXi على الجهاز الظاهري يشير إلى أن المحاكاة الافتراضية للأجهزة غير مدعومة أو غير مفعلة على وحدة المعالجة المركزية، ولن يكون من الممكن بدء تشغيل الأجهزة الظاهرية المتداخلة داخل ESXi الظاهري هذا.
بمجرد إنشاء الجهاز الظاهري، يتم تحميل صورة ISO لتثبيت ESXi من مخزن البيانات، ويتم تثبيت برنامج إدارة الأجهزة الظاهرية على هذا الجهاز الظاهري كما لو كان خادمًا فعليًا: يتم تهيئة القرص، وتكوين شبكة الإدارة بعنوان IP واسم مضيف، ويتم التحقق من الوصول. عميل مضيف VMware عبر المتصفح.
وحدات تخزين ESXi المتداخلة ومخازن البيانات
مع ESXi 7.x، تغيرت آلية تقسيم القرص مقارنةً بالإصدارات السابقة. على الأقراص الصغيرة (أقل من 128 جيجابايت)، يتم إنشاء قسم VMFSL لبيانات النظام (ملفات تفريغ الذاكرة، والأدوات، والمساحة المؤقتة، وما إلى ذلك)، وقد لا تكون هناك مساحة كافية لإنشاء قسم VMFSL. مخزن بيانات VMFS مساحة إضافية لاستضافة الأجهزة الافتراضية المتداخلة.
لذا، من الشائع جدًا إضافة قرص افتراضي واحد أو أكثر إلى الجهاز الظاهري ESXi الضيف. يتضمن ذلك أولًا إيقاف تشغيل الجهاز، وتعديل إعداداته، وإنشاء أقراص جديدة باستخدام التزويد المرن (على سبيل المثال، 30 جيجابايت، أو 50 جيجابايت، أو أكثر، حسب الحاجة). بعد ذلك، يكتشف عميل مضيف ESXi المتداخل هذا القرص الجديد وينشئ مخزن بيانات VMFS (عادةً VMFS 6) لتخزين الأجهزة الظاهرية الداخلية.
تحميل ملفات ISO وإنشاء أجهزة افتراضية متداخلة
لتثبيت أنظمة التشغيل على الأجهزة الافتراضية المتداخلة داخل نظام ESXi الضيف، هناك نهجان رئيسيان يمكنك الاختيار من بينهما عندما استخدام صور ISO التثبيت:
من جهة، يمكنك تحميل ملفات ISO مباشرةً إلى مخزن بيانات ESXi المتداخل واختيارها منه عند إنشاء الأجهزة الافتراضية الداخلية. هذه الطريقة بسيطة، لكنها تستهلك مساحة تخزين داخل البيئة المتداخلة نفسها. من جهة أخرى، يمكنك ربط ملف ISO بمحرك الأقراص المضغوطة/أقراص DVD الخاص بالجهاز الافتراضي ESXi من مخزن بيانات على المضيف الفعلي، ثم داخل ESXi الافتراضي، تهيئة محرك الأقراص المضغوطة/أقراص DVD الخاص بالجهاز الافتراضي المتداخل كـ"جهاز مضيف"، مستفيدًا من خاصية التمرير المباشر.
تُفضّل هذه الطريقة الثانية عادةً لأنها تسمح بمركزة ملفات ISO في مخزن بيانات واحد على المضيف الفعلي، وتوفر مساحة على مخزن بيانات ESXi الضيف، وتوفر أداء أفضل وخفيف الوزن الوصول إلى الوسائط. بمجرد تحميل ملف ISO، تكون عملية إنشاء الجهاز الظاهري المتداخل مشابهة لعملية إنشاء أي جهاز ظاهري آخر: يتم تحديد الاسم ونوع نظام التشغيل الضيف (Windows، Linux، إلخ) والموارد (وحدة المعالجة المركزية، ذاكرة الوصول العشوائي، القرص) ويبدأ التثبيت.
بعد تثبيت نظام التشغيل على الجهاز الظاهري المتداخل، من الضروري إضافة أدوات VMware داخل تلك الآلة الافتراضية لتحسين أداء الشبكة والفيديو وعمليات الإيقاف وإعادة التشغيل. اعتمادًا على توزيعة ESXi المستخدمة، قد تكون صور ISO للأدوات مضمنة أو قد يلزم تنزيلها من بوابة VMware.
استنساخ وتكرار مضيفات ESXi المتداخلة
بمجرد تهيئة مضيف ESXi المتداخل بالإصدار المطلوب والشبكة ومخزن البيانات وبعض الأجهزة الافتراضية الداخلية، فإن الخطوة التالية المعتادة هي الرغبة في استنسخ تلك الآلة الافتراضية أن يكون لديك العديد من مضيفات ESXi الافتراضية المتطابقة، على سبيل المثال لتشكيل مجموعة مختبرية باستخدام vCenter.
قبل البدء بعملية الاستنساخ، يُنصح بإجراء بعض التعديلات على مضيف ESXi الضيف الأصلي: تمكين VMkernel من تتبع عنوان MAC الخاص بالأجهزة الافتراضية باستخدام المعلمة المناسبة في ESXCLI، وإزالة UUID النظام من ملف /etc/vmware/esx.conf بحيث عند بدء عملية الاستنساخ، معرّف فريد جديدبعد الاستنساخ، عند تشغيل كل ESXi افتراضي، سيكون من الضروري تغيير اسم المضيف وعناوين IP وأي إعدادات أخرى تحتاج إلى أن تكون مختلفة.
المحاكاة الافتراضية المتداخلة في خدمات مختبرات Azure (Hyper-V)
توفر خدمات Azure Lab طريقة مريحة للغاية لتقديم مختبرات كاملة للطلاب أو المستخدمين الداخليين باستخدام أجهزة المختبرات الافتراضية. وتدعم هذه الخدمة تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة. Hyper-V كمُشرف أجهزة افتراضية داخل قالب الجهاز الظاهري. الفكرة هي أنه من خلال قالب الجهاز الظاهري هذا، يتم تمكين ميزات Hyper-V، ويتم إنشاء الأجهزة الظاهرية المتداخلة اللازمة، وعندما يتم نشر المختبر، يتلقى كل مستخدم نسخته الخاصة من هذا القالب مع كل شيء مُجهز مسبقًا.
في هذا السيناريو، لا تتوفر المحاكاة الافتراضية المتداخلة إلا في أجهزة افتراضية معملية تعمل بنظام ويندوزعلى الرغم من إمكانية تشغيل كل من أنظمة التشغيل Windows و Linux الضيفة داخل Hyper-V، إلا أنه إذا كان نظام التشغيل الأساسي هو Windows Server، فمن الضروري عادةً تكوين شبكة NAT داخل الجهاز الظاهري المختبري حتى تتمكن الأجهزة الظاهرية المتداخلة من التواصل مع بعضها البعض والوصول إلى الإنترنت.
عند إعداد هذه المختبرات، يجب مراعاة العديد من الجوانب العملية: إذا تم إنشاء حسابات مستخدمين بدون امتيازات إدارية، فمن الضروري إضافتها إلى المجموعة "مسؤولو Hyper-V"حتى يتمكنوا من بدء وإيقاف الأجهزة الافتراضية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون ملفات VHDX الخاصة بالأجهزة الافتراضية المتداخلة في مسارات يمكن الوصول إليها من قبل هذا المستخدم، ولتوفير مساحة القرص، يوصى باستخدام تنسيق VHDX الديناميكي بدلاً من الأقراص المسطحة الكبيرة."
فيما يتعلق بقوة الحوسبة، تعتمد أحجام الأجهزة الافتراضية المصممة للتشغيل الافتراضي المتداخل في Azure (على سبيل المثال، Standard_D4s_v4 وStandard_D8s_v4) على معالجات Intel Xeon Platinum من الجيل الثالث. ونظرًا لاحتمالية اختلاف المعالج المستخدم ضمن نفس الفئة عند إيقاف وتشغيل الأجهزة الافتراضية في Azure، يُنصح بتفعيل الوضع المناسب. توافق المعالج في الأجهزة الافتراضية المتداخلة Hyper-V لتقليل مشاكل الترحيل بين المضيفين الفعليين المختلفين.
تتمثل نقطة أخرى بالغة الأهمية في تهيئة الأجهزة الافتراضية Hyper-V لإيقاف التشغيل بسلاسة عند إيقاف تشغيل الجهاز الافتراضي للمختبر، وذلك عادةً باستخدام cmdlet Set-VM لتحديد إجراء الإغلاق التلقائي ومنع تلف البيانات. وكما هو الحال دائمًا، عليك التخطيط بعناية للذاكرة وعدد وحدات المعالجة المركزية الافتراضية لكل جهاز افتراضي متداخل لضمان أداء عام مقبول.
هناك أيضًا قيود مهمة: لا تدعم جميع أحجام الأجهزة الظاهرية في Azure المحاكاة الافتراضية المتداخلة، ولا تتمتع الأجهزة الظاهرية المتداخلة بإمكانية الوصول المباشر إلى موارد Azure مثل VNet DNS، ولا يتم دعم سوى بعض الأجهزة الظاهرية. تقنية Hyper-V كتقنية افتراضيةوهذا يستثني الحلول الأخرى التي تتطلب ملحقات للأجهزة مثل KVM أو VMware ضمن تلك الطبقة.
المحاكاة الافتراضية المتداخلة في AWS EC2
حتى وقت قريب، إذا كنت ترغب في استخدام تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة على AWS، كنت مجبرًا عمليًا على الذهاب إلى مثيلات الأجهزة الماديةمع إمكانية الوصول المباشر إلى الأجهزة، ولكن بتكلفة أعلى بكثير ومرونة أقل. وقد غيّر الإعلان عن الدعم الرسمي للتقنية الافتراضية المتداخلة في مثيلات EC2 الافتراضية القياسية المشهد تمامًا.
يُتيح هذا التحديث، الذي ينعكس على سبيل المثال في الإصدارات الحديثة من حزمة تطوير البرامج (SDK) الخاصة بـ AWS للغة Go، إمكانية تشغيل برامج إدارة الأجهزة الافتراضية الضيفة والأجهزة الافتراضية المتداخلة داخل مثيلات EC2 غير المادية، شريطة أن تنتمي إلى عائلات متوافقة (عادةً مثيلات مزودة بمعالجات Intel VT-x أو AMD-V من سلسلة M أو C أو R، وما إلى ذلك). وهذا يفتح الباب أمام الشركات الناشئة وفرق التطوير قم بإعداد مختبرات معقدة، ومنصات CI/CD متقدمة، أو بيئات تنسيق الأجهزة الافتراضية دون تجاوز الميزانية.
في هذا السياق، تشمل حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا اختبارات خطوط الأنابيب التي تتكرر بنى إنتاجية متكاملة (أنظمة تشغيل مختلفة، طبقات الشبكة، جدران الحماية، إلخ)، منصات التدريب التقني التي تمنح كل طالب مركز بيانات مصغر داخل EC2 أو تطوير أدوات سحابية أصلية تحتاج إلى إدارة الأجهزة الافتراضية كجزء من وظائفها (مثل حلول النسخ الاحتياطي أو الأمان أو الأتمتة).
من الناحية الاقتصادية، يمكن أن يؤدي دعم المحاكاة الافتراضية المتداخلة في خدمة EC2 القياسية إلى تخفيضات كبيرة في التكاليف مقارنةً بالخوادم المادية، تصل إلى 60-70% في العديد من سيناريوهات المختبرات. علاوة على ذلك، فإنه يوفر مزايا في مرونةيمكن دمج مثيلات عند الطلب مع Spot، وتوسيع نطاقها أو تقليصه وفقًا لاحتياجات الاختبار، ويمكن توفير البيئات في ثوانٍ مقارنة بأوقات الأجهزة المادية المعتادة.
مع ذلك، من المهم أيضًا مراعاة أن كل طبقة من طبقات المحاكاة الافتراضية تُضيف عبئًا إضافيًا. تميل الأجهزة الافتراضية المتداخلة في EC2 إلى المعاناة من انخفاض في الأداء يتراوح بين 10 و20% مقارنةً بجهاز افتراضي غير متداخل مماثل، لذا فإن استخدامها الأمثل يكون في بيئات التطوير والاختبار وإثبات المفهوم والمختبرات، بينما في بيئات الإنتاج الحساسة، يُنصح بتقييم ما إذا كان هذا الانخفاض في الأداء مُبررًا أم لا.
من أجل النظام البيئي لـ الشركات الناشئة في أمريكا اللاتينية وفي أسواق الحوسبة السحابية الأخرى الحساسة للتكلفة، يكون هذا الاحتمال ذا أهمية خاصة: إذ يمكن لشركات الأمن السيبراني إنشاء مختبرات برامج ضارة متعددة الطبقات في السحابة دون دفع تكاليف الأجهزة المادية، ويمكن لفرق DevOps تكرار بنى الإنتاج في بيئات تجريبية بتكلفة مضبوطة، ويمكن لمقدمي خدمات SaaS إعداد عروض توضيحية معقدة للعملاء ذوي البنى الحقيقية دون نشر أجهزة مادية.
وأخيرًا، يتيح التكامل مع AWS SDK للغة Go ومجموعات تطوير البرامج الأخرى أتمتة إدارة هذه البيئات المتداخلة، بما في ذلك التحقق من توافق المثيلات، وتمكين إمكانيات المحاكاة الافتراضية، وتنسيق دورة حياة الأجهزة الافتراضية داخل مثيلات EC2 من خلال خطوط الأنابيب. البنية التحتية كرمز.
أثبتت تقنية المحاكاة الافتراضية المتداخلة مكانتها كأداة متعددة الاستخدامات لإجراء الاختبارات والتدريبات في بيئات معملية على بنى تحتية معقدة دون الحاجة إلى استثمارات كبيرة في الأجهزة. بدءًا من سيناريوهات التدريب باستخدام بيئات ESXi وHyper-V المتداخلة في Azure، وصولًا إلى منصات الاختبار المتقدمة في AWS EC2، يظل النمط ثابتًا: الاستخدام الذكي لهذه التقنية يتيح مرونة أكبر، وتكاليف أقل، وتسريع دورة الاختبار، شريطة مراعاة قيود الأداء والدعم والترخيص، والتخطيط الجيد للشبكات والأمان والموارد.
