Трофимов И.Е. Виртуальные машины. VMware Workstation 6 - файл n1.doc

приобрести
Трофимов И.Е. Виртуальные машины. VMware Workstation 6
скачать (1213.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1214kb.08.07.2012 17:01скачать

n1.doc



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 4

1. ТЕОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН 5

1.1. Основные положения 5

1.2. Архитектура системы виртуальных машин 6

1.2.1. Виртуальные машины с эмуляцией API гостевой ОС 8

1.2.2. Виртуальные машины с полной эмуляцией гостевой ОС 9

1.2.3. Виртуальные машины с квазиэмуляцией гостевой ОС 10

1.3. Сферы применения виртуальных машин 11

2. ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ VMWARE WORKSTATION 6 12

2.1. Общая характеристика 12

2.2. Создание виртуальной машины 14

2.3. Первый запуск 22

3. ЗАДАНИЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 25

4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 26

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 (рисунок 1).

frame1

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 (рисунок 2):

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.

frame2

В настоящее время распространение получили три схемы виртуализации:

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:

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:

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 операционной системы. Очевидно, что производительность такой виртуальной машины должна быть выше, чем у виртуальной машины с полной эмуляцией. Тем не менее, при достигнутых уровнях производительности персональных компьютеров разница оказывается не столь ощутимой.

Примеры проектов, выполненных по технологии квазиэмуляции:

1.3. Сферы применения виртуальных машин


Приведем небольшой перечень сфер применения виртуальных машин:

Данный перечень не претендует на абсолютную полноту и может быть без труда дополнен.

2. ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ VMWARE WORKSTATION 6

2.1. Общая характеристика


До тех пор, пока корпорация Microsoft не обратила свой взор на рынок виртуальных машин, компания VMware была на этом рынке безоговорочным лидером. Однако и сейчас еще рано говорить о том, что пакет Virtual PC и другие конкуренты оттеснили продукты VMware на вторые роли. Они остаются весьма популярны среди пользователей по трем основным причинам: удачные технологические решения, постоянное совершенствование поддерживаемых продуктов и поддержка самых разнообразных видов и версий операционных систем, причем как хостовых, так и гостевых.

В настоящее время семейство продуктов от VMware, предназначенных для создания виртуальных машин и управления ими, насчитывает несколько представителей:

Далее мы рассмотрим лишь один из названных продуктов – VMware Workstation 6, предназначенный для настольных (пользовательских) систем.

Каждая виртуальная машина, созданная с помощью VMware Workstation, представляет собой автономный компьютер с собственными аппаратными ресурсами, часть которых эмулируется программно, а часть «заимствуется» у хост-компьютера.

Параметры виртуального компьютера сохраняются в текстовом конфигурационном VMX-файле, который при необходимости может быть перенесен на другой хост-компьютер с целью воспроизведения параметров виртуальной машины.

Перечень операционных систем, которые могут быть установлены на виртуальные машины VMware Workstation в качестве гостевых, весьма обширен и включает системы семейств MS-DOS, Windows, Linux, Novell NetWare, FreeBSD и другие. Данный перечень постоянно пополняется и не имеет смысла его приводить здесь полностью.

В качестве хостовой операционной системы могут использоваться ОС семейства Windows (начиная с версии Windows 2000), Linux (начиная с ядра версии 2.4).

Периферийные устройства. В виртуальной машине обычным образом используются такие устройства, подключаемые к реальному компьютеру, как принтеры, модемы и внешние накопители. Полностью поддерживаются устройства, подключаемые к USB-порту.

Оперативная память. Выделение оперативной памяти для работы каждой виртуальной машины ограничено емкостью реальной оперативной памятью хост-компьютера. При наличии оперативной памяти хост-компьютера в объеме 4 Гбайт виртуальной машине можно выделить не более 3,6 Гбайт.

Жесткие диски. Не забудем отметить, что виртуальные машины VMware Workstation позволяют использовать до четырех устройств с интерфейсом IDE и до семи с интерфейсом SCSI. К устройствам с подобными интерфейсами можно отнести как виртуальные жесткие диски, так и CD/DVD устройства.

Подробнее рассмотрим работу виртуальных машин VMware с виртуальными жесткими дисками. В VMware Workstation доступны два режима выделения пространства физического жесткого диска под файлы виртуальных жестких дисков: режим фиксированных дисков и режим динамических дисков. Первый из этих режимов предполагает, что все запрошенное пространство выделяется сразу при создании виртуального диска. При использовании второго режима размер файла виртуального диска увеличивается постепенно, по мере записи на диск новых данных.

Необходимо отметить, что в действительности информация о каждом виртуальном диске в VMware хранится не в одном файле, а как минимум в двух. Первый из этих файлов является дескриптором, содержащим сведения о диске и ссылки на файлы данных. Файлов данных может быть один и более. Это связано с тем, что VMware умеет создавать так называемые многотомные диски. Размер каждого тома в таком случае не будет превышать 2 Гбайт. Причина в том, что не все файловые системы способны работать с файлами большего размера (например, FAT16). Когда размер виртуального диска превышает предел в 2 Гбайта, VMware автоматически создает новый том. Нужно ли разделять диск на тома, решает пользователь.

В качестве жесткого диска к виртуальной машине можно подключить как физический жесткий диск хост-компьютера так и один из разделов этого диска. В VMware такой присоединенный к виртуальной машине физический диск называется Raw Disk (в данном случае этот термин можно перевести как «необработанный диск»). Эффект от применения raw-дисков имеется в тех случаях, когда на физическом диске создано несколько системных разделов с разными операционными системами. Raw-диск позволяет запустить одну из «реальных» альтернативных операционных систем из-под другой реальной операционной системы.

Механизм отката. В VMware реализован механизм отката – восстановления некоторого предыдущего состояния виртуальной машины и ее дисков. Этот механизм основан на создании так называемых снимков состояния (snapshot) виртуальной машины. Такой снимок может быть создан в любой момент в ходе работы с VMware. Затем вы можете вернуться к зафиксированному состоянию. Все изменения, сделанные за прошедший период будут отменены. При желании вы можете исключить любой из виртуальных дисков из «группового снимка».

2.2. Создание виртуальной машины


Рассмотрим процесс создания виртуальной машины в программе VMware Workstation 6.

После запуска VMware Workstation 6 появится консоль виртуальных машин, объединяющая в себе панель управления виртуальными машинами и «экраны мониторов» виртуальных машин (рисунок 1).

Элементы управления виртуальными машинами распределены по трем областям основного окна VMware:

Создание виртуальной машины с VMware Workstation выполняется с помощью мастера. Для его запуска необходимо перейти на вкладку Home и щелкнуть на кнопке New Virtual Machine (рисунок 1) или выбрать в меню File одноименную команду (рисунок 3).

frame3

После того, как вы ознакомитесь со стартовым окном мастера, вам предстоит выбрать один из двух способов создания виртуальной машины (рисунок 4):

Т


Рисунок 4 - Выбор режима создания
виртуальной машины

ак как указанные режимы принципиальных отличий не имеют (в режиме Typical опущены некоторые действия), мы выберем режим Custom для создания виртуальной машины, исходя из наших предпочтений.

Выбрав режим Custom, мы перейдем к окну настройки совместимости виртуальной машины с приложениями VMware Workstation ранних версий (рисунок 5). Если создаваемую виртуальную машину планируется запускать только в VMware Workstation 6, то имеет смысл оставить указанный по умолчанию вариант совместимости и перейти к следующему окну.

Д


Рисунок 5 - Выбор параметров
совместимости

алее откроется окно выбора гостевой операционной системы, которая впоследствии будет установлена на данной виртуальной машине (рисунок 6).

На данном шаге выбор гостевой операционной системы не является принципиально важным: он влияет лишь на выделяемый виртуальной машине объем оперативной памяти и предлагаемое по умолчанию имя создаваемой виртуальной машины, которое можно изменить на следующем шаге мастера (рисунок 7).

К


Рисунок 6 - Выбор гостевой
операционной системы

роме имени создаваемой виртуальной машины, на данном шаге также можно задать и каталог для хранения ее файлов.

С


Рисунок 7 - Выбор имени виртуальной
машины и ее размещения

ледующий шаг предполагает выбор количества процессоров виртуальной машины (рисунок 8). Для многопроцессорных хост-компьютеров имеет смысл выбрать два процессора, в противном случае оставляем один и переходим к следующему шагу.

Д


Рисунок 8 - Выбор процессора
виртуальной машины

алее мастер предложит настроить объем оперативной памяти, выделяемой для работы виртуальной машине (рисунок 9). Данный параметр автоматически настраивается мастером, исходя из указанной ранее гостевой операционной системы и объема оперативной памяти хост-компьютера, но может быть изменен по желанию пользователя. В дальнейшем объем оперативной памяти легко можно изменять в настройках созданной виртуальной машины.

На следующем шаге мастер позволяет указать, под виртуальную сеть какого типа требуется сконфигурировать виртуальную машину (рисунок 10). Вариантов всего четыре:

Не будем вдаваться в теорию построения сетей и выберем вариант Do not use a network connection, так как для дальнейшей работы сеть нам не понадобится. Как и объем оперативной памяти, настройки сетевого подключения можно изменить в любой момент после создания виртуальной машины.

С


Рисунок 10 - Выбор сетевого подключения
виртуальной машины

ледующие несколько шагов мастера позволят задать параметры жесткого диска. В первую очередь мастер предлагает определить типы адаптеров для подключения жестких дисков и CD/DVD дисководов (рисунок 11).

На следующем шаге мастер предлагает определиться с выбором жесткого диска (рисунок 12):

Выбор того или иного варианта будем делать, исходя из существования ранее созданного виртуального диска, необходимости подключения физического диска, целей создания виртуальной машины. В нашем случае мы выберем вариант создания нового виртуального диска и перейдем к следующему шагу.

Далее мастер предлагает выбрать тип виртуального диска (рисунок 13). Оставим рекомендуемый мастером тип IDE и продолжим.

На следующем шаге мастер предлагает определить объем создаваемого виртуального диска (рисунок 14). Кроме того на данном этапе можно произвести следующие настройки:

У


Рисунок 13 - Выбор типа виртуального диска
кажем объем виртуального диска равный 1 Гбайт и создадим диск динамическим, дабы не расходовать память зря.

П


Рисунок 14 - Выбор объема создаваемого
виртуального диска

ерейдя к следующему шагу мастера, мы можем указать имя дескриптора виртуального диска и, нажав на кнопку Готово, завершить работу мастера по созданию виртуальной машины (рисунок 15).

После завершения работы мастера на панели Favorites (Избранное) добавится созданная виртуальная машина (рисунок 16). В правой же части окна можем наблюдать основные параметры виртуальной машины, а также средства управления ею (запуск, редактирование и другие).

П


Рисунок 15 - Выбор дескриптора
виртуального диска

ри необходимости существует возможность изменения настроек виртуальной машины, для этого необходимо в окне виртуальной машины выбрать пункт Edit virtual machine settings (Редактировать настройки виртуальной машины). В открывшемся окне (рисунок 17) можно как задать настройки уже существующих устройств, так и добавить недостающие, нажатием на кнопку Add (Добавить) и вызвав окно добавления устройств (рисунок 18).

frame16

frame17

frame18

2.3. Первый запуск


Вот мы создали виртуальную машину. И что же с ней делать?

Вопрос вполне закономерен. Для того, чтобы использовать все описанные ранее преимущества виртуальной машины, необходимо ее запустить, но перед этим следует вспомнить, каким же образом функционирует обычный персональный компьютер.

Работу обычного персонального компьютера можно разделить на следующие основные этапы:

  1. включение компьютера нажатием кнопки Power (Включение);

  2. работа BIOS по определению, настройке и тестированию устройств;

  3. запуск операционной системы с внешнего устройства (в порядке определенном в BIOS);

  4. работа операционной системы;

  5. выключение или перезагрузка компьютера нажатием кнопок Power (Включение) или Reset (Перезагрузка).

Подобный алгоритм работы присущ и виртуальной машине.

Для начала разберемся с запуском виртуальной машины. Запуск, выключение, а также перезагрузка и временная остановка работы виртуальной машины осуществляются нажатием специальных кнопок, вынесенных на панели инструментов консоли виртуальных машин (рисунок 19).

Р


Рисунок 19 - Фрагмент панели инструментов
азобравшись с запуском виртуальной машины, обратим внимание на то, что любой компьютер работает под управлением операционной системы. На нашу же виртуальную машину мы ничего не устанавливали, а потому толку от нее столько же, сколько и от свежесобранного персонального компьютера.

Решение в нашем случае лежит на поверхности – необходимо установить на виртуальную машину операционную систему. Для этого мы можем воспользоваться одним из следующих вариантов:

Так как последний вариант в особом пояснении не нуждается, остановимся на рассмотрении первых двух.

О подключении дополнительных устройств и настройке существующих мы говорили ранее, тем более, по умолчанию, в создаваемой системе уже присутствует по одному Floppy- и CD/DVD-дисководу.

Для того, чтобы связать виртуальный дисковод с дисководом хост-компьютера, необходимо в настройках дисковода выбрать пункт Use physical drive (Выбрать физический дисковод) и указать конкретный дисковод в выпадающем списке.

В случае подключения к виртуальному дисководу образа диска/дискеты необходимо в настройках дисковода выбрать пункт Use ISO image (Использовать ISO образ) для CD/DVD-дисководов или Use floppy image (Использовать Floppy образ) для Floppy-дисководов, затем указать путь к образу диска/дискеты.

Примеры настройки CD-дисковода для работы с дисководом хост-компьютера и Floppy-дисковода для работы с образом дискеты представлены далее (рисунки 20-21).

frame20

frame21

Вот мы и прояснили для себя, как создать виртуальную машину и подготовить ее к установке операционной системы. Напоследок отметим еще пару моментов:



3. ЗАДАНИЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


Ознакомьтесь с основами теории виртуальных машин, принципами их работы и ответьте на приведенные ниже вопросы.

  1. Дайте определение виртуальной машине.

  2. Охарактеризуйте гостевую и хостовую операционные системы. В чем их отличия?

  3. Назовите известные вам схемы виртуализации, лежащие в основе приложений виртуальных машин. Приведите пример программных продуктов, использующих ту или иную схему.

  4. Какая схема виртуализации используется в VMware Workstation 6?

  5. В чем отличие виртуальных машин с полной эмуляцией от виртуальных машин с квазиэмуляцией?

  6. Для каких целей можно использовать виртуальные машины?

  7. Какие задачи на ваш взгляд можно решать с помощью виртуальных машин?

  8. Что такое Snapshot?

  9. Вы – начинающий специалист по информационной безопасности. Для исследования нового вируса Вы решили использовать виртуальную машину. Какую конфигурацию виртуальной машины вам необходимо задать, чтобы опасный вирус не уничтожил хостовую операционную систему и хранящиеся на жестком диске файлы?

4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА


В процессе изучения механизмов работы виртуальных машин может возникнуть желание подробнее изучить виртуальные машины в целом. Приведенная ниже литература позволит вам глубже изучить принципы функционирования виртуальных машин, а также ознакомиться с популярными программными решениями в данной области.

  1. VMgu.ru – технологии виртуализации и виртуальных машин. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vmgu.ru/, свободный. – Загл. с экрана.

  2. Виртуализация. VMware VI, MS Hyper-V, Xen, etc... –
    [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vm4.ru/, свободный. – Загл. с экрана.

  3. Гультяев, А. К. Виртуальные машины: несколько компьютеров в одном. – СПб.: Питер, 2006. – 224 с.

  4. Костромин, В. А. Система виртуальных машин фирмы VMWare / Linux Center. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.linuxcenter.ru/lib/books/vmware/, свободный. – Загл. с экрана.

  5. Сайт компании VMware Inc. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vmware.com/, свободный. – Загл. с экрана.


Составитель

Иван Евгеньевич Трофимов

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»

Подписано в печать 06.04.2009. Формат 6084/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе.

Уч.-изд. л. 1,3. Тираж 46 экз. Заказ

ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации