Виртуальное «железо»

Наверное, всем знаком популярный анекдот: «Сообщение об ошибке: CPU not found. Press F1 for program emulation». Однако современные технологии способны максимально приблизить эту шутку к реальности.

Долгий путь к виртуальности

Давным-давно, когда компьютеры еще были большими, дорогими и очень редкими «зверюшками», доступ к ним можно было получить только при помощи так называемых терминалов, которые, выражаясь современным языком, представляли собой монитор, клавиатуру и элементную базу для сопряжения с самим компьютером (мэйнфреймом). Изначально все терминалы мэйнфрейма работали под управлением единой операционной системы. Впоследствии же, с ростом вычислительных мощностей, появилась очень удобная и интересная возможность устанавливать различные ОС для разных терминалов одного и того же компьютера. Чем же удобна и полезна такая возможность?

Во-первых, различные по своей сути задачи могут требовать разных операционных систем. Пример из сегодняшнего дня: контроль за состоянием датчиков стратегических объектов разумнее отдать только сверхнадежной ОС реального времени, веб-сервер лучше всего строить на специально «заточенном» под это ПО UNIX, а пользователю привычнее и проще в повседневной работе использовать Windows.

Во-вторых, по каким-то глубинным философским причинам некоторые программы требуют только определенной (чаще всего старой) версии операционной системы. По иронии судьбы, такие программные продукты обычно относятся к группе важных, дорогих и уже неподдерживаемых разработчиками. Именно из-за этого автору изредка встречались, например, ноутбуки Centrino, управляемые Windows 98. Неудобно ведь и непрактично!

В-третьих, как поступать экспериментаторам и разработчикам системного ПО, которые по роду своей деятельности умышленно или нечаянно «роняют» операционные системы? Ведь вывод из строя компьютера – это довольно дорогостоящее занятие, а в некоторых случаях и недопустимое. Выходом из этой ситуации могут стать эксперименты на виртуальной машине.

Как видно, решение запуска нескольких независимых операционных систем на одном компьютере оказывается весьма полезным в целом ряде случаев. И если на мэйнфреймах эта задача была решена довольно давно, то до персональных компьютеров прогресс в этой области добирался долго. Это и понятно: с одной стороны, аппаратного обеспечения долгое время едва-едва хватало на удовлетворение насущных потребностей пользователя, а с другой, – рядовому пользователю не до того было, чтобы с парой ОС разбираться, ему бы с одной освоиться.

Однако время шло, аппетиты пользователя и мощи вычислительной техники росли, и вот для ПК начали появляться особые программы – так называемые эмуляторы компьютеров.

Виртуальная вселенная второго порядка

Что собой представляет подобный эмулятор? С обывательской точки зрения, это обыкновенное приложение, в окне которого функционирует виртуальный полноценный компьютер со своим процессором, оперативной памятью, жестким диском и прочей цифровой атрибутикой. Такой компьютер называется гостевым. ПК пользователя, на котором установлен эмулятор и чьи ресурсы используются для функционирования «гостя», называется хостом. Он предоставляет виртуальной машине процессорные ресурсы, «выкраивает» для нее из оперативной памяти отрезок заданного пользователем размера, выдает виртуальный жесткий диск (который на самом деле хранится на хосте в виде файла), осуществляет доступ к собственным дисководам, а также своими силами эмулирует работу чипсета, звукового, видео- и сетевого контроллера.

На гостевую машину можно устанавливать любую x86-совместимую операционную систему (будь то DOS, Windows, Linux, Novell и прочие), можно рушить ее, можно заражать виртуальный компьютер вирусами и смотреть, что из этого получится. И при этом можно абсолютно не опасаться за сохранность и работоспособность хост-машины. Даже если гостевой компьютер завис или злобный вирус полностью разрушил его виртуальную файловую систему, это никак не сможет повредить реальному ПК, на котором установлен эмулятор.

Безусловно, виртуализация далеко не «бесплатна» для производительности гостевого компьютера. В древних версиях эмуляторов выполнение одного такта виртуального процессора требовало до сотни тактов процессора у хоста. Поэтому, например, на ПК с чипом Pentium III 1,2 ГГц еле-еле шевелилась MS DOS, запущенная из-под эмулятора Dos-Box. Более совершенные и мощные эмуляторы, обзор которых представлен ниже, уже позволяли на том же самом Pentium III запустить «гостя» с MS Windows 98 и даже Windows XP. Колоссальный прирост скорости был обусловлен тем, что разработчики эмуляторов наконец-то вспомнили об особенности архитектуры x86, а именно о защищенном режиме работы процессора. Упрощенно говоря, защищенный режим предполагает исполнение любой программы в собственном виртуальном пространстве, то есть как бы на отдельном виртуальном компьютере.

Однако со временем и этого стало недостаточно. Как всегда, впереди индустрии бежала корпорация Intel, заявившая о внедрении в свои процессоры технологии Vonderpool (Intel Virtualization Technology – VT), как аппаратного решения проблем виртуализации. Суть этой технологии заключается в поддержке дополнительных функций защищенного режима процессора, которые позволяют сократить объем работы для эмуляторов, что приводит к повышению производительности. Естественно, реализация VT требует поддержки со стороны эмуляторов, и это создает определенные проблемы. Несмотря на то что технологии виртуализации Intel уже не первый год, автору до сих пор не встречалось эмулирующее ПО, официально поддерживающее VT. Стоит отметить, что во всемирной Сети уже давно появилась информация о разработке нового эмулятора Zen под патронажем Intel и AMD, способного использовать преимущества аппаратной технологии виртуализации. Однако до коммерческого распространения данного продукта дело пока не дошло.

Испытания

Чем сегодня живет рынок «виртуализационного» софта? В качестве флагманских можно выделить два пакета: Microsoft Virtual PC (в девичестве Connectix Virtual PC) и VMware Workstation. По сути оба они схожи между собой. Хоть VMware и небесплатен, теоретически он является более мощным и функциональным пакетом.

Практическое же тестирование обоих эмуляторов автор начал весьма банально: создал с их помощью приблизительно одинаковые виртуальные компьютеры, установил на них Windows XP SP2 и выполнил замеры производительности с помощью различных тестов.
Никаких проблем с установкой системы не возникло, оба эмулятора спокойно позволили загрузить программу установки Windows с CD-ROM. Проблем с неопознанным оборудованием также не было. Результаты тестирования программами Sisoft Sandra 2005, DiskSpeed32 и SuperPi представлены в таблице, там же приведено время установки системы на виртуальный компьютер и объем файла, содержащего «жесткий диск» виртуальной машины. Для VMware Workstation замеры проводились два раза: в конфигурациях с одним и двумя виртуальными процессорами. Хостом выступал компьютер под управлением MS Windows XP SP2 с процессором Intel Core 2 Duo E6600, 2 Гб оперативной памяти и двумя жесткими дисками SATA-II, объединенными в массив RAID-0.

Анализируя данные, полученные в результате тестов, можно заметить одну странную особенность. Время расчета одного миллиона знаков числа ? выполняется почти на 40% быстрее при использовании Virtual PC, хотя эта виртуальная машина проигрывает VMware во всех остальных испытаниях. К сожалению, объяснить данный факт очень непросто.

На втором этапе тестирования в BIOS была включена технология виртуализации, после чего все замеры были сделаны повторно. Полученная картина свидетельствует о том, что, к сожалению, ни один из двух эмуляторов на настоящий день не воспользовался преимуществами аппаратной технологии Intel VT: производительность всех виртуальных компьютеров осталась на прежнем уровне.

Третий этап тестирования заключался в установке несколько более экзотических операционных систем на виртуальный ПК. В качестве таковых были выбраны две «старушка» Windows 98, которая может понадобиться для запуска древних игр и прочих устаревших программ, и Mandrake Linux 9.0 как один из наиболее популярных представителей *nix систем.

Результаты этой проверки показали несколько печальную статистику: Windows 98 категорически отказалась устанавливаться на всех конфигурациях виртуальных компьютеров, притом что Linux запустился как под управлением Virtual PC, так и под VMware, причем и в однопроцессорном, и в двухпроцессорном режимах. При этом стоит отметить, что VMware официально поддерживает Linux на гостевом компьютере, что выражается в наличии специализированных драйверов для виртуальной машины.

Итого

Резюмируя, можно сказать, что оба рассмотренных эмулятора являются весьма мощными и полезными пакетами, позволяющими запускать на одном компьютере несколько операционных систем и проводить над ними разнообразные эксперименты. Если говорить о субъективных ощущениях, то продукт VMware произвел более приятное впечатление, как по удобству настройки, так и по скорости работы. Но если учесть стоимость его полнофункциональной версии ($189), то бесплатный эмулятор от Microsoft становится весьма привлекательной альтернативой.

Илья ТИХОНОВ ([email protected])

Новости партнеров: