Понятие виртуальной машины.

Основные цели операционной системы состоят в том, чтобы, во-первых, обеспечить пользователя удобными средствами взаимодействия с компьютером, и, во-вторых, предоставить эффективный метод совместного использования ресурсов системы. Следовательно, то, с чем на самом деле сталкивается пользователь, есть виртуальная машина, чьи характеристики напоминают больше характеристики операционной системы, чем основного аппаратного оборудования. Операционная система наводит мост через пропасть между виртуальной машиной пользователя и реальной аппаратурой машины. Концепция виртуальной машины появилась в конце 60-х годов в Кембридже, шт. Массачусетс. В виртуальной машине все системные ресурсы считаются ресурсами потенциально совместного пользования. Использование виртуальных машин обеспечивает развязку между несколькими пользователями, работающими в одной компьютерной системе, обеспечивая определенный уровень защиты данных. Таким образом, виртуальная машина – это совокупность ресурсов, которые эмулируют поведение реальной машины, а характеристики виртуальной машины отличны, но более управляемы, чем у существующих чистых машин.

Основные параметры, определяющие различия “чистой” и виртуальной машин.

Параметры, по которой виртуальная машина отличается от чистой следующие:

• Ввод/вывод

Способности ввода/вывода основного оборудования могут быть чрезвычайно сложны и могут требовать соответствующего программного обеспечения для их использования. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые надо анализировать.

Операционная система избавляет пользователя от бремени понимания этой сложности и представляет виртуальную машину со способностям в/в, которая много проще в использовании, а также мощнее.

• Память

Многие ОС представляют виртуальные машины, память которой отличается по размеру от памяти реальной машины. Например ОС может использовать внешнюю память для того, чтобы создать иллюзию большей основной памяти; альтернативно можно разделить основную память среди пользователей так, что каждый их них будет видеть память виртуальной машины - меньшую, чем у чистой. Эти две техники могут одновременной использоваться для разных пользователей на одной и той же машине.

• Файловая система

Большинство виртуальных машин включают в себя файловую систему для долговременного хранения программ и данных. Файловая система обычно базируется на дисковой памяти реальной машины, но ОС позволяет пользователю получить доступ к хранимой информации по символьному имени, а не по деталям их физического местоположения в среде хранения. Виртуальная машина также допускает некоторые структуры для использования сохраненной информации.

• Защита и обработка ошибок

Так как большинство больших компьютерных систем разделены между рядом пользователей, существенно, чтобы каждый пользователь был защищен от действий, ошибок или злого умысла других. Даже в маленьких системах часто необходимо защищать пользователей от самих себя. Компьютеры различаются по степени защиты, представляемой основных оборудованием и операционные системы должны строиться на его основе так, чтобы предоставить виртуальную машину, в которой пользователи не могли бы воздействовать друг на друга или нарушить целостность системы.

• Программное взаимодействие

Виртуальная машина может предоставить возможность пользовательским программам взаимодействовать после их запуска, так что, например, выход одной программы используют как вход другой. Например, вновь запущенной дочерней программе доступны все файлы, открытые родительской программой.

• Программный контроль

Виртуальная машина снабжает пользователя средствами манипулирования программами и данными в рамках компьютерной системы. Пользователь снабжается человеко-компьютерным интерфейсом, который позволяет отследить, что требуется, чтобы Виртуальная машина сделала - например, компиляцию и выполнение исходных программ, слияние двух множеств данных, выполняемых в файловой системе и т.д. Этот интерфейс может иметь форму командного языка или графической системы. В обоих случаях интерфейс находится на гораздо более высоком и простом уровне для использования, чем базисные машинные коды - инструкции, выполняемые физической машине.

Конкретная природа Виртуальной машины будет зависеть от приложений в которых она будет использоваться. Например, характеристики, требуемые для системы резервирования авиабилетов будут отличаться от тех, что требуются для контроля научных экспериментов или настольного компьютера. Ясно, что проектирование ОС должно быть строго обусловлено типом использования для которого предназначена машина.