Macchina virtuale



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Vanore C. Perusi D. Carpentieri M. 4F 17/04/07

Macchina virtuale

Significato originario


In origine, il termine virtual machine veniva usato per indicare la creazione di una molteplicità di ambienti di esecuzione identici in un unico computer, ciascuno con il proprio sistema operativo. Lo scopo di questa tecnica era quella di dividere tra più utenti l'uso di un singolo computer dando ad ognuno l'impressione di esserne gli unici utilizzatori, oltre ad avere vantaggi che le macchine reali non hanno (poniamo il caso di dover riavviare la macchina ad esempio, con macchine virtuali questa operazione è più veloce anche perché c'è la possibilità di poter scegliere quali componenti attivare e quali no). Il software che rende possibile questa divisione viene chiamato virtual machine monitor o hypervisor. Questo genere di virtualizzazione è particolarmente utilizzata nel campo dei mainframe e dei supercomputer. Esempi di virtualizzazioni di questo genere sono i sistemi operativi VM/CMS e OS/360 di IBM e Xen.

La virtualizzazione può essere vista in diversi modi:



  • Emulazione: la macchina virtuale simula completamente l'hardware, utilizzando un sistema operativo reale che poi "gira" per la CPU virtuale;

  • Paravirtualizzazione: la macchina virtuale non simula un hardware ma offre speciali API che richiedono modifiche nel sistema operativo;

  • Virtualizzazione nativa (o totale): la macchina virtuale simula solo parte dell'hardware e quindi il sistema operativo richiede modifiche ad hoc;

  • Un ultimo modo di vedere macchine virtuali deriva dalla necessità di avere un alto grado di sicurezza in alcuni sistemi che contengono dati e informazioni segrete, per cui con la virtualizzazione si riesce ad ottenere un maggior grado di sicurezza (es. VMware).

Application virtual machine


Il significato più comune oggi è quello di un programma che emula un calcolatore (di solito un calcolatore astratto, cioè a cui non corrisponde un calcolatore reale). I programmi applicativi vengono scritti in un linguaggio che viene compilato per questo calcolatore immaginario (cioè tradotti nelle sue istruzioni native) e, una volta compilati, vengono eseguiti sulla macchina virtuale software, che può agire o come interprete o come compilatore "al volo" (compilazione just in time). Dal momento che si possono scrivere diverse macchine virtuali per diverse piattaforme, il programma compilato può "girare" su qualsiasi piattaforma su cui "gira" la macchina virtuale. L'Hypervisor è il componente chiave per un sistema basato sulla virtualizzazione. Il Virtual Machine Monitor deve operare in maniera trasparente senza pesare con la propria attività sul funzionamento e sulle prestazioni dei sistemi operativi.

Un linguaggio moderno che fa uso della macchina virtuale è il Java: i programmi scritti in Java vengono infatti compilati (cioè tradotti) nel linguaggio bytecode, che gira sulla Java Virtual Machine.

Progenitori delle macchine virtuali odierne si possono considerare sia la "macchina p", cioè il calcolatore astratto per cui venivano (e vengono tuttora) compilati i programmi in Pascal nelle prime fasi della compilazione (producendo il cosiddetto p-code), sia la "macchina S", un altro calcolatore astratto (che però ebbe anche una realizzazione "concreta", cioè hardware) per cui venivano compilati i programmi in Simula nelle prime fasi della compilazione (producendo il cosiddetto S-code). L'Hypervisor alloca le risorse dinamicamente quando e dove necessario, riduce in modo drastico il tempo necessario alla messa in opera di nuovi sistemi, isola l'architettura nel suo complesso da problemi a livello di sistema operativo ed applicativo, abilita ad una gestione più semplice di risorse eterogenee e facilita testing e debuggin di ambienti controllati.

Emulazione di sistemi operativi


Talvolta viene utilizzato il termine Virtual Machine per indicare l'emulazione di una piattaforma. È possibile, infatti, realizzare, tramite software, un finto computer su cui può essere eseguito un sistema operativo diverso da quello che equipaggia realmente l'elaboratore. Uno degli usi originari di questa tecnica era la simulazione di piattaforme hardware ancora in fase di progettazione. Al giorno d'oggi non è raro che utenti di un sistema operativo, volendo utilizzare applicazioni esistenti solo per un sistema diverso dal proprio, ricorrano all'emulazione del sistema operativo necessario all'applicazione.

Un altro uso di questa tecnologia, piuttosto comune al giorno d'oggi, è quello del cosiddetto consolidamento. Quando un'organizzazione utilizza più server per fornire servizi, si tende a concentrarli su di un' unica macchina. Questa esegue più istanze del sistema operativo, una per ogni servizio che viene fornito. Così, invece di avere x server per x servizi, si utilizza un unico server con x istanze del sistema operativo.



Per informazioni e test, nonché sistemi operativi liberi pronti per essere usati su una Macchina virtuale un buon punto di partenza è il sito internet FreeOsZoo

Parallel virtual machine


Se nella sua accezione originaria il concetto di virtual machine indicava la suddivisione di un singolo computer tra più utenti, la potenza sempre crescente dei computer ha fatto sorgere l'esigenza inversa: far percepire come unica entità un sistema composto da molti computer distinti. In questo caso si parla di Parallel Virtual Machine. L'uso più classico di questa tecnologia è quello della creazione di cluster di centinaia, se non migliaia, di elaboratori per sostenere carichi di lavoro massicciamente parallelizzabili.


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