رایانش ابری

هایپروایزر یا فوق ناظر چیست؟

بازدید: 634 آخرین به‌روزرسانی: 25 مهر 1402

در مقاله قبلی با مفهوم مجازی‌سازی و بخش بسیار مهم آن یعنی فوق ناظر (هایپروایزر) آشنا شدیم. فوق ناظر یکی از فناوری‌های مهم در مجازی‌سازی است که قابلیت ایجاد چندین محیط مجازی را بر روی یک سیستم فیزیکی فراهم می‌کند. با ما همراه باشید تا در ادامه به طور کامل به معرفی فوق ناظر بپردازیم.

هایپروایز یا فوق ‌ناظر چیست و چرا باید از فوق ناظر استفاده کنیم؟

فوق ناظر نرم‌افزاری است که وظیفه ایجاد و اجرای ماشین‌های مجازی را بر عهده دارد. فوق ناظر که به عنوان ناظر ماشین مجازی (VM monitor) نیز شناخته می‌شود، سیستم عامل و منابع را از ماشین‌های مجازی جدا کرده و ایجاد و مدیریت ماشین‌های مجازی را ممکن می‌سازد.

‌به زیرساخت لازم در زمان ایجاد ماشین‌های مجازی میزبان (Host) و به ماشین‌های مجازی میهمان (Guest) گفته می‌شود. فوق ناظر به میزبان اجازه می‌دهد تا با به اشتراک‌گذاری مجازی منابع خود، مانند حافظه و هسته‌های پردازشی، از چندین ماشین مجازی مهمان پشتیبانی کند.

با وجود فوق ناظر می‌توان از چندین سیستم عامل مختلف بر روی یک سخت‌افزار استفاده کرد. به علاوه، فوق ناظر امکان استفاده بیشتر از منابع موجود در سیستم و پویایی فناوری اطلاعات بیشتری را فراهم می‌کند، زیرا ماشین‌های مجازی مهمان مستقل از سخت‌افزار میزبان هستند. این پویایی به مفهوم جابجایی آسان ماشین‌های مجازی بین سرورهای مختلف است. با توجه به اینکه چندین ماشین مجازی می‌توانند از یک سرور فیزیکی با یک فوق ناظر استفاده کنند، فضای کمتری گرفته می‌شود، انرژی بیشتری ذخیره شده و نیازمندی‌های نگهداری کاهش پیدا می‌کند. به این صورت که اگر چندین ماشین مجازی بر روی سرورهای مجزا در حال اجرا باشند، در صورت امکان، فوق ناظر تصمیم می‌گیرد ماشین‌های مجازی را بر روی یک سرور اجرا کند و باقی سرورها را در حالت آماده ‌به ‌کار قرار دهد تا انرژی کمتری مصرف شود و به راحتی مراکز داده بتوانند به‌روز‌رسانی و یا تعمیرات سخت‌افزاری را انجام دهند بدون اینکه اختلالی در سرویس‌دهی و برنامه‌های اجرا شده در ماشین‌های مجازی رخ دهد.

مفهوم هایپروایزر یا فوق ناظر

فوق ناظر چگونه کار می‌کند؟

نرم‌افزار فوق ناظر روی سرورهای فیزیکی نصب می‌شود (این کار توسط مدیران سیستم انجام می‌شود) و فوق ناظر ماشین‌های مجازی را برای ایجاد چندین سیستم عامل مجازی بارگذاری می‌کند. فوق ناظر با نقشی که به عنوان یک واسط میان ماشین‌های مهمان و سخت افزار فیزیکی اجرا می‌کند تضمین می‌کند که هر ماشین مجازی منابع تخصیص داده شده را طبق تنظیمات انجام شده دریافت کند. فوق ناظر درخواست‌های مربوط به هسته‌های پردازشی، حافظه، ذخیره‌سازی و سایر منابع را به روش‌های مختلفی از جمله تماس‌های API به دستگاه میزبان ارسال می‌کند. (API یک روش ارتباطی نرم‌افزاری است که به برنامه‌های مختلف اجازه تبادل داده را می‌دهد).

فوق‌ناظر به سخت‌افزار به دید انباری از منابع نگاه می‌کند که به راحتی می‌تواند هر بخش‌هایی از هر منبع را با هم ترکیب کرده و یک ماشین مجازی تشکیل دهد. مثلاً اگر سرور میزبان شما شامل 128 هسته، 512 گیگابایت حافظه اصلی و 128 ترابایت فضای ذخیره‌سازی باشد، به جای اینکه یک ماشین با همین مشخصات داشته باشیم و تمام برنامه‌ها بر روی همین ماشین باشد، می‌توان آن را به ماشین‌های کوچکتر با مشخصات دلخواه مثلاً 2 هسته و 2 گیگابایت حافظه و 500 گیگابایت تقسیم کرد و روی هر کدام برنامه‌‌هایی متفاوت را اجرا کرد. این کار علاوه ‌بر افزایش امنیت و عدم دسترسی کاربران به برنامه‌ها و محیط‌های یکدیگر باعث می‌شود که درصورت ایجاد مشکل در یک ماشین، ماشین‌های دیگر دچار مشکل نشده و به عملکرد خود ادامه دهند.

مفهوم ماشین مجازی بر روی ماشین فیزیکی

انواع فوق‌ ناظرها کدام‌اند؟

فوق ناظرها با توجه به ارتباط مستقیم یا غیرمستقیم با سخت‌افزار به دو دسته تقسیم می‌شوند.

نوع 1-فوق ناظر بومی (Native/ Bare-metal)

فوق ناظر بومی به منظور مدیریت سیستم عامل‌های مهمان به طور مستقیم روی سخت‌افزار میزبان اجرا می‌شود. در این حالت فوق ‌ناظر به جای سیستم عامل میزبان، کنترل سخت‌افزار را در اختیار می‌گیرد و منابع ماشین مجازی به طور مستقیم توسط فوق‌ناظر برنامه‌ریزی و مدیریت می‌شود. این نوع فوق‌ناظر بیشتر در مراکز داده سازمانی یا سایر محیط‌های مبتنی بر سرور رایج است، مانند VMware vSphere، Microsoft Hyper-V و KVM. KVM در سال 2007 در هسته (Kernel) لینوکس ادغام شده است، بنابراین اگر از نسخه جدید لینوکس استفاده می‌کنید، به KVM دسترسی دارید.

نوع 2- فوق ناظر میزبانی شده (Hosted)

این نوع فوق ناظر بر روی یک سیستم عامل معمولی به عنوان یک لایه نرم‌افزاری یا برنامه اجرا می‌شود. این فوق‌ناظر برای کاربرانی که می‌خواهند چندین سیستم عامل را روی یک رایانه شخصی اجرا کنند مناسب است، چراکه نیازی به حذف سیستم‌ عامل اصلی نیست و به آسانی می‌توانند با استفاده از فوق‌ناظر نوع 2 چندین ماشین مجازی بر روی رایانه شخصی خود ایجاد کنند. VMware Workstation و Oracle VirtualBox از رایج‌ترین نمونه‌های فوق ناظر میزبانی شده رایگان هستند.

فوق ناظرهای نوع 1 و 2

فوق ناظر ابری چیست؟

با فراگیر شدن رایانش ابری، فوق ناظر به عنوان ابزاری ارزشمند برای اجرای ماشین های مجازی و ایجاد نوآوری در محیط ابری ظاهر شده است. فوق ناظرها برنامه‌های مبتنی بر ابر را در یک محیط مجازی در دسترس کاربران قرار می‌دهند و کمک می‌کنند تا کنترل زیرساخت، برنامه‌ها و داده‌های حساس یک محیط ابری حفظ شود.

تحول دیجیتال و افزایش انتظارات مشتری باعث اتکای بیشتر به برنامه‌های کاربردی نوآورانه شده است. به این دلیل، بسیاری از شرکت‌ها در حال انتقال ماشین‌های مجازی خود به فضای ابری هستند. وجود فوق ناظر می‌تواند به انتقال سریع برنامه‌ها به ابر کمک کند. در نتیجه، شرکت‌ها می‌توانند از مزایای بسیاری از ابر، از جمله کاهش هزینه‌های سخت‌افزار، افزایش دسترسی و مقیاس‌پذیری بیشتر، برای بازگشت سریع‌تر سرمایه، بهره ببرند.

مزایای فوق ناظر چیست؟

سازمان‌ها به منظور بهره‌برداری مؤثر و کاهش سرمایه‌گذاری بر سخت‌افزارها، ‌از نرم‌افزارهای مجازی‌سازی و فوق‌ناظرها استفاده می‌کنند. مجازی‌سازی مزیت‌های دیگری نیز دارد که در ادامه به توضیح آن‌ها می‌پردازیم:

استقلال سخت‌افزاری (Hardware independency)

فوق ‌ناظر باعث ایجاد انتزاع سخت‌افزار میزبان از محیط فعالیت نرم‌افزار می‌شود، بدین صورت که کاربر محیط عملیاتی، هیچ تفاوتی میان محیط مجازی‌شده و محیطی که به صورت مستقیم بر روی سخت‌افزار پیاده ‌شده احساس نمی‌کند. مدیران فناوری اطلاعات می‌توانند برنامه‌های نرم‌افزاری را پیکربندی، مستقر و مدیریت کنند، بدون این که محدود به تنظیمات سخت‌افزاری خاصی باشند. به عنوان مثال، می‌توانید macOS را به جای رایانه‌های iMac روی یک ماشین مجازی اجرا کنید.

بهره‌وری (Efficiency)

نصب دستی سیستم عامل و اجزای نرم‌افزاری مرتبط فرآیندی زمان‌بر است. در عوض، فوق‌ناظر می‌تواند بلافاصله محیط مجازی را ایجاد کند.

مقیاس‌پذیری (Scalability)

تخصیص منابع بیشتر به یک ماشین مجازی بسیار آسان است، مانند حافظه، هسته‌های پردازنده یا فضای ذخیره‌سازی. اکثر فوق ناظرهای جدید به راحتی می‌توانند ماشین‌های مجازی را مقیاس‌بندی کنند.

قابل حمل بودن (Portability)

در حالی که مدیریت سرورهای سنتی سخت‌تر است، ماشین‌های مجازی جدا از سخت‌افزار اصلی باقی می‌مانند و انتقال، پشتیبان‌گیری یا شبیه‌سازی (Clone) آسان است. بارهای کاری به راحتی بین ماشین‌های مجازی جابجا می‌شوند. هنگامی که یک برنامه به قدرت پردازش بیشتری نیاز دارد، فوق‌ناظر دسترسی یکپارچه به منابع فیزیکی اضافی را فراهم می‌کند.

موارد استفاده فوق‌ناظرها چیست؟

از پر استفاده‌ترین کاربردهای فوق‌ناظر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مجازی‌سازی دسکتاپ

کارمندان از نرم‌افزار مجازی‌سازی دسکتاپ برای شبیه‌سازی نسخه‌ای از محیط کاری خود در سرور استفاده می‌کنند. این فرایند باعث می‌شود که هر نسخه و یا تغییری در محیط عملیاتی را بر روی یک سیستم جدا امتحان کرده و نتیجه آن را مشاهده کنند بدون اینکه اختلالی در محیط عملیاتی رخ دهد. برای مثال فعالین حوزه امنیت، به منظور بررسی ویروس‌ها و بدافزارها، آن‌ها را در ماشین‌های مجازی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهند.

بهینه‌سازی منابع

شرکت‌ها از فوق ‌ناظر برای ادغام چندین رایانه که عملکردهای متفاوتی را در یک سرور واحد انجام می دهند، استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، اگر تیم‌های تولید، بازاریابی و پشتیبانی مشتری بارکاری خود را روی سرورهای فیزیکی فردی اجرا کنند، می‌تواند منجر به بلااستفاده ماندن یا استفاده غیربهینه از منابع شود. اما با استفاده از فوق‌ناظر، می‌توانید ماشین‌های مجازی را برای واحدهای تجاری مربوطه روی یک سرور واحد میزبانی کنید، حتی اگر به سیستم عامل‌ها و اجزای نرم‌افزاری متفاوتی نیاز داشته باشند.

بازیابی

فوق ‌ناظر اسنپ‌شات (Snapshot) از وضعیت قبلی ماشین مجازی را در یک تصویر ماشین مجازی (فایلی که حاوی دستورالعمل‌های نصب، پیکربندی‌ها و سایر جزئیات ماشین مجازی است) ذخیره می‌کند. مدیران سیستم می‌توانند از فایل تصویری برای بازیابی ماشین مجازی در صورت خرابی استفاده کنند. همچنین قابلیت ایجاد نسخه‌های پشتیبان یا انتقال ماشین مجازی به یک میزبان دیگر وجود دارد. در مراکز داده استاندارد، ویژگی‌ وجود دارد که با فعال کردن آن می‌توان به صورت دوره‌ای از ماشین‌های مجازی اسنپ‌شات گرفته و با برچسب‌های زمانی مختلف ذخیره‌سازی کرد.

تداوم سیستم میراثی

برخی از سازمان‌ها در طول زمان نرم‌افزارهایی را تولید کرده‌اند که عمر استفاده از آن‌ها از عمر مفید سخت‌افزارهایی که بر روی آن اجرا می‌شدند بیشتر بوده است. بعد از از دست رفتن سخت‌افزارها هم هنوز نیاز به استفاده از آن نرم‌افزارها است. فوق ناظرها گزینه‌ای برای ادامه اجرای نرم‌افزار هستند چرا که با مجازی‌سازی محیط سخت‌افزاری شرایط اجرای نرم‌افزارهای مورد نیاز را فراهم می‌کنند.

جمع‌بندی

در این مقاله با مفهوم و اهمیت فوق ناظر آشنا شدیم که به عنوان بخش اصلی مجازی‌سازی به سازمان‌ها امکان مدیریت بهتر منابع را می‌دهد و از طریق ایجاد محیط‌های مجازی، به افزایش بهره‌وری و امنیت سیستم‌ها کمک می‌کند. اکنون شما با مزایا، انواع و کاربردهای مختلف استفاده از فوق ناظر آشنا هستید و می‌دانید که فوق ناظرها به عنوان ابزاری اساسی در مدیریت منابع محاسباتی و امنیت سیستم‌های اطلاعاتی در دنیای دیجیتال امروزی دارای اهمیت بسیاری هستند و در آینده نقش بزرگی در توسعه فناوری اطلاعات خواهند داشت.