Трофимов И.Е. Виртуальные машины. VMware Workstation 6

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра вычислительной техники

и информационных технологий

ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ.

VMWARE WORKSTATION 6

Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине

«Операционные системы, среды и оболочки»

для студентов специальности 080801

«Прикладная информатика в экономике»

Составитель И. Е. Трофимов

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 10 от 13.03.2009

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

специальности 080801

Протокол № 8 от 13.03.2009

Электронная копия хранится

в библиотеке ГУ КузГТУ

Кемерово 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................2

1. ТЕОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН..........................................2

1.1. Основные положения...............................................................2

1.2. Архитектура системы виртуальных машин...........................4

1.2.1. Виртуальные машины с эмуляцией API гостевой ОС....5

1.2.2. Виртуальные машины с полной эмуляцией гостевой ОС

........................................................................................................7

1.2.3. Виртуальные машины с квазиэмуляцией гостевой ОС..7

1.3. Сферы применения виртуальных машин...............................8

2. ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ VMWARE WORKSTATION 6...9

2.1. Общая характеристика.............................................................9

2.2. Создание виртуальной машины............................................11

2.3. Первый запуск........................................................................19

3. ЗАДАНИЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ..............................22

4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.........................................23

ВВЕДЕНИЕ

В наши дни на рынке программного обеспечения можно

встретить множество программных продуктов, позволяющих

пользователю решать практически любые задачи. При таком

многообразии программных решений вполне закономерно

возникают ситуации, когда старые, но далеко не бесполезные

программы не могут быть запущены на новых платформах или

же под управлением тех или иных операционных систем. Одним

из вариантов решения подобных проблем является применение

технологии виртуальных машин.

Знание технологии виртуальных машин и умение с ней

работать являются одним из обязательных требований к

специалисту в области информационных технологий.

Технология виртуальных машин позволяет запускать на

одном компьютере несколько различных операционных систем

одновременно или оперативно переходить от работы в среде

одной системы к работе в среде другой без перезапуска

компьютера. Работая с дополнительной «гостевой» операционной

системой, вы не почувствуете никаких ограничений в

использовании ее возможностей, получая иллюзию работы с

реальной системой. При этом вы можете выполнять в такой

системе различные малоизученные или потенциально опасные

для нее операции, совершенно не беспокоясь о последствиях:

ведь система является виртуальной, и ее крах будет означать

лишь повреждение нескольких файлов, отсутствие которых никак

не скажется на работе реальной системы.

Далее мы изучим основные принципы создания и

использования виртуальных машин и рассмотрим один из

наиболее популярных на сегодняшний день инструментов,

предназначенных для создания и управления ими – VMware

Workstation 6.

1. ТЕОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН

1.1. Основные положения

Начнем освоение теории виртуальных машин с уточнения

некоторых терминов.

С точки зрения пользователя виртуальная машина – это

экземпляр виртуальной вычислительной среды («виртуального

компьютера»), созданный с помощью специального

программного инструмента. Обычно такие инструменты

позволяют создавать и запускать произвольное число

виртуальных машин, ограниченное лишь физическими ресурсами

реального компьютера.

Собственно инструмент для создания виртуальной машины

(его иногда называют приложением виртуальных машин) – это

обычное приложение, которое устанавливают на конкретную

реальную операционную систему, именуемую «хозяйской» или

«хостовой» операционной системой (от англ. термина host –

«главный», «базовый», «ведущий»).

Все задачи по управлению виртуальными машинами решает

специальный модуль в составе приложения – монитор. Монитор

играет роль посредника во всех взаимодействиях между

виртуальными машинами и базовым оборудованием,

поддерживая выполнение всех созданных машин на единой

аппаратной платформе и обеспечивая их надежную изоляцию.

Пользователь не имеет непосредственного доступа к

монитору. В большинстве существующих программных

продуктов ему предоставляется лишь графический интерфейс для

создания и настройки виртуальных машин – консоль (рисунокf1).

Рисунок 1 - Консоль виртуальных машин

VMware Workstation 6

На виртуальную машину пользователь устанавливает, как и

на реальный компьютер, необходимую ему операционную

систему. Такая операционная система называется «гостевой».

Перечень поддерживаемых гостевых операционных систем

является одной из наиболее важных характеристик виртуальной

машины.

1.2. Архитектура системы виртуальных машин

В процессе использования виртуальной машины у

пользователя может возникнуть иллюзия, что он работает с

автономным компьютером, который имеет собственные

процессор, оперативную память, видеосистему и определенный

набор внешних устройств, включая флоппи-дисковод и

устройства чтения CD/DVD. На самом деле виртуальная машина

не имеет доступа к физическим ресурсам реального компьютера.

Работа с ними возложена на упоминавшийся ранее монитор, а

также на драйвер виртуальных машин.

В упрощенном виде архитектура системы, в которой

используются виртуальные машины, выглядит следующим

образом (рисунокf2):

 хостовая операционная система и монитор виртуальных

машин разделяют между собой права на управление

аппаратными компонентами компьютера; при этом

хостовая операционная система занимается

распределением ресурсов между собственными

приложениями (включая и консоль виртуальных машин);

 монитор виртуальных машин контролирует

распределение ресурсов между запущенными

виртуальными машинами, создавая для них иллюзию

непосредственного доступа к аппаратному уровню (этот

механизм называют виртуализацией);

 гостевые операционные системы в пределах выделенных

им ресурсов управляют работой запущенных под их

правлением приложений.

Приведенная архитектура является весьма общей, но

представленные сегодня на рынке системы виртуальных машин

имеют и существенные различия, обусловленные в первую

очередь механизмом виртуализации.

Система виртуальных машин может быть построена на базе

различных платформ и использовать разные технологии. Схема

виртуализации зависит как от аппаратной платформы, так и от

особенностей работы с хостовой операционной системой и

поддерживаемых гостевых операционных систем. Некоторые

архитектуры обеспечивают возможность виртуализации на

аппаратном уровне, другие требуют дополнительных

программных ухищрений.

Приложения

гостевой ОС 1

Приложения

гостевой ОС 2

Приложения

гостевой ОС 3

Гостевая

ОС 1

Гостевая

ОС 2

Гостевая

ОС 3

Приложения

хостовой ОС

Уровень виртуализации

Уровень хостовой ОС

Аппаратный уровень

Процессор

HDD

FDD

CD-ROM

Опер.

память

COM

LPT

USB

Мышь

Клавиатура

Рисунок 2 - Архитектура системы виртуальных машин

В настоящее время распространение получили три схемы

виртуализации:

 эмуляция API гостевой операционной системы;

 полная эмуляция гостевой операционной системы;

 квазиэмуляция гостевой операционной системы.

Коротко рассмотрим каждую из названных схем

виртуализации.

1.2.1. Виртуальные машины с эмуляцией API гостевой ОС

Обычно приложения работают в изолированном адресном

пространстве и взаимодействуют с оборудованием при помощи

интерфейса API (Application Programming Interface – интерфейс

прикладного программирования), предоставляемого

операционной системой. Если две ОС совместимы по своим

интерфейсам API (например, Windows 98 и Windows ME), то

приложения, разработанные для одной из них, будут работать и

под управлением другой. Если же две ОС несовместимы,

необходимо обеспечивать перехват обращений приложений к

API гостевой ОС и имитировать ее поведение средствами

хостовой ОС. При таком подходе можно установить одну

операционную систему и работать одновременно как с ее

приложениями, так и с приложениями другой ОС.

Поскольку весь код приложения исполняется без эмуляции,

а эмулируются лишь вызовы API, такая схема виртуализации

приводит к незначительной потере в производительности

виртуальной машины. Однако в силу того, что многие

приложения используют недокументированные функции API или

обращаются к ОС в обход API, даже очень хорошие эмуляторы

API имеют проблемы совместимости и позволяют запускать не

более 70% от общего числа приложений. Кроме того,

поддерживать эмуляцию API бурно развивающейся ОС

(например, такой как Windows) очень нелегко, и большинство

эмуляторов API так и остаются эмуляторами конкретной

операционной системы.

Примеры продуктов, выполненных по технологии эмуляции

API гостевой операционной системы:

 проект с открытым кодом Wine, позволяющий запускать

DOS-, Win16- и Win32-приложения под управлением ОС

Linux и Unix;

 продукт Win4Lin компании Netraverse, позволяющий

запускать ОС семейства Windows под управлением ОС

Linux;

 проект с открытым кодом DOSEMU, позволяющий

запускать DOS-приложения под управлением ОС Linux;

 проект с открытым кодом User Mode Linux (UML),

позволяющий запускать несколько копий ОС Linux на

одном компьютере (в настоящее время встроен в ядро

Linux версии 2.6);

 технология Virtuozzo, разработанная российской

компанией SWsoft и позволяющая запускать несколько

копий ОС Linux на одном компьютере.

1.2.2. Виртуальные машины с полной эмуляцией гостевой ОС

Проекты, поддерживающие технологию полной эмуляции,

работают по принципу интерпретации инструкций из системы

команд гостевой операционной системы, при этом полностью

эмулируется поведение как процессора, так и всех внешних

устройств, то есть существует возможность эмулировать

компьютер с архитектурой Intel x86 на компьютерах с

совершенно другой архитектурой, например на рабочих станциях

Mac или серверах Sun с RISC-процессорами.

Основной недостаток полной эмуляции заключается в

существенной потере производительности гостевой

операционной системы, поэтому до недавнего времени

виртуальные машины с полной эмуляцией чаще всего

использовались в качестве низкоуровневых отладчиков для

исследования и трассировки операционных систем. В настоящее

время, благодаря значительному росту вычислительных

мощностей, виртуальные машины с полной эмуляцией вполне

конкурентоспособны. Наиболее яркий представитель этого вида

виртуальных машин – продукт Virtual PC фирмы Connectix (ныне

купленной Microsoft). В качестве других примеров проектов,

выполненных по технологии полной эмуляции, можно назвать

следующие:

 проект с открытым кодом Bochs, позволяющий запускать

различные операционные системы Intel x86 под Linux,

Windows, BeOS и Mac OS;

 продукт Simics компании Virtutech, позволяющий

запускать и отлаживать различные операционные

системы Intel x86 под управлением Windows и других

операционных систем;

 проект Qemu – эмулятор различных архитектур на ПК.

1.2.3. Виртуальные машины с квазиэмуляцией гостевой ОС

Технология квазиэмуляции гостевой операционной системы

основана на том, что далеко не все гостевые операционные

системы нуждаются в эмуляции средствами хостовой

операционной системы. Многие из инструкций, необходимых для

корректной работы «гостевых» приложений, могут быть

непосредственно адресованы хостовой операционной системе.

Исключение составляют инструкции для управления такими

устройствами, как видеокарта, IDE-контроллер, таймер и

некоторыми другими.

В процессе работы виртуальной машины с квазиэмуляцией

происходит выборочная эмуляция инструкций гостевой