KVM: دليل خاص بالآلة الافتراضية القائمة على النواة

لقد غَيرت المُحاكاة الإفتراضية الطّريقة التي نَستخدم بها مَوارد الحَوسبة، بحيث توفر قابلية توسع وكفاءة ومرونة لا نظير لها في إِدارة البُنية التحتية لتِكنولوجيا المَعلومات. تُعد KVM حل فعّال ومُتعدد الإستخدامات للمُحاكاة الإفتراضية للخوادم، مما يُميزها عن تقنيّات المُحاكاة الإفتراضية المُختلفة المتوفرة.

لا غنى عن مُرونة KVM وفعاليتها وقابليّتها للتوسّع لتَحسين البُنية التحتية لتِكنولوجيا المَعلومات. يجب أن نبدأ بالأساسيات من أجل تحديد ما لو كانت KVM هي الخَيار الأمثل لإحتياجاتك الإفتراضية.

ما هو KVM؟

الآلة الإفتراضية القائمة على النواة (KVM) هي تقنيّة المُحاكاة الإفتراضية المدمجة مباشرةً في نواة لينكس. وهي تَعمل كبرنامج Hypervisor، مما يتيح التشغيل المتزامن لعدة أجهزة إفتراضية (VMs) على مُضيف حقيقي واحد. وتعد KVM مكوّن أساسي لحُلول المُحاكاة الإفتراضية للخوادم، بحيث توفر البنية التحتية الأساسية لإنشاء وإِدارة وتَشغيل الأجهزة الإفتراضية.

وتتمثل وظيفة KVM في المُحاكاة الإفتراضية في تَجريد موارِد الأَجهزة الأساسيّة للنّظام المُضيف، بما في ذلك وِحدة المُعالجة المركزيّة والذّاكرة والتّخزين والشّبكات، وتَخصيصها للأجهزة الإفتراضية الفردية. يسهل هذا التّجريد زيادة كفاءة ومرونة إستخدام الموارِد، بالإضافة إلى العَزل بين الأجهزة الإفتراضية، مما يَضمن أن كُل جِهاز إفتراضي يعمل بصورة مُستقلة عَن أقرانه على نَفس الخادِم الحقيقي.

كيف يَعمل KVM على مُستوى النّواة؟

تسهّل KVM المُحاكاة الإفتراضية الفعّالة لمَوارد وِحدة المُعالجة المركزية من خلال إستخدام إمتدادات المُحاكاة الإفتراضية للأجهزة، بما في ذلك Intel VT-x وAMD-V، على مستوى النواة. تمكّن هذه الإمتدادات برنامج KVM Hypervisor من تنفيذ أَنظمة تَشغيل الضيف غَير المعدلة مباشرةً على الأَجهزة المضيفة، مما يلغي الحاجَة إلى الترجمة الثنائية أو المحاكاة.

يقوم برنامج Hypervisor بإنشاء جهاز مراقبة آلة افتراضية خفيفة الوزن (VMM) داخل نواة Linux حين يتِم إعداد جِهاز إفتراضي بإستخدام KVM. يعمل مُدير الآلة الإفتراضية (VMM) هذا كطَبقة رَقيقة بين نِظام التّشغيل الضّيف والأَجهزة الأساسيّة، بحيث يَعترض ويُدير التّعليمات المُميزة وطَلبات الوصول إلى الأَجهزة من الزائر.

بالمقارنة مع طرق المُحاكاة الإفتراضية القائمة على البرمجيات، تعمل KVM على تحسين الأداء بشكل كبير وتقلل من النفقات العامة من خلال الإستفادة من قُدرات الأَجهزة في المُعالجات الحَديثة لتَوفير المُحاكاة الإفتراضية بمُساعدة الأجهزة. توفّر KVM خدمات المُحاكاة الإفتراضية عالية الأداء والفعالية لمجموعة متنوعة من أعباء العمل وحالات الإستخدام عن طريق الإستفادة من قُدرات نواة لينكس وإضافات المُحاكاة الإفتراضية للأجهزة.

المميزات الرّئيسية لـ KVM

الدعم للمحاكاة الإفتراضية للأجهزة

من أجل تسهيل المُحاكاة الإفتراضية الفعّالة لموارد وِحدة المُعالجة المركزيّة، تستخدم KVM إمتدادات المحاكاة الإفتراضية للأجهزة. تمكّن هذه المُحاكاة الإفتراضية المدعومة بالأجهزة KVM من تحقيق أداء شِبه أَصلي لأَحمال العَمل الإفتراضية، وبالتالي تقليل النّفقات العامّة وزيادة إستخدام المَوارد إلى أَقصى حَد.

تَشغيل عدّة أجهزة إفتراضية على مُضيف حقيقي واحد

تُعد قدرة KVM على تَشغيل العديد من الأجهزة الإفتراضية في وَقت واحِد على خادِم حقيقي واحد إحدى أهم مزاياها. فتضمن KVM أن يعمل كُل جِهاز إفتراضي (VM) بشَكل مُستقل وآمن، مع تَخصيص موارِد مُخصّصة حَسب الحاجة، من خلال تطبيق عَزل قوي بين الأجهزة الإفتراضية. فتسمح هذه الإمكانية للمؤسسات بتقليل تكاليف الأجهزة وتسهيل الإدارة عن طريق دَمج أَحمال العَمل على عَدد أقلّ من الخوادِم الحقيقية.

قُدرات التّرحيل المباشر

تسهّل KVM التّرحيل المباشر، ممّا يتيح للمَسؤولين نقل الأَجهزة الإفتراضية العاملة (VMs) بين المُضيفين الحقيقيين بأَقل قَدر مِن التّأخير. يسهّل التّرحيل المُباشر تحسين الموارد ومواءمة أَحمال العَمل وصِيانة الأَجهزة بدون تَعطيل توافر الخِدمة. وتضمن خاصيّة التّرحيل المُباشر في KVM التنقل السهل للأجهزة الإفتراضية عَبر البُنية التحتية، وبالتالي تحسين مرونة البيئات الإفتراضية وقُدرتها على التكيف.

أدوات وواجهات الإدارة

تقدم KVM مَجموعة مُتنوعة من أَدوات الإدارة والواجِهات لتسهيل إنشاء البيئات الإفتراضية وتكوينها وإدارتها. تتكون هذه الأدوات من:

• Virt-manager: تطبيق واجِهة مُستخدم رسوميّة (GUI) يعمل على أتمتة إدارة الأجهزة الإفتراضية (VMs) من خلال توفير إمكانيات مثل الترحيل المباشر والإعداد والمُراقبة وضبط الأجهزة الإفتراضية.
• Virsh: واجهة سَطر أَوامر (CLI) تُستخدم لإِدارة الأَجهزة الإفتراضية (VMs) والتّفاعل مع برنامج KVM hypervisor. فيمكن للمَسؤولين تنفيذ مَهام مُعقدة بإستخدام Virsh، بما في ذلك الوصول إلى وحدات التحكم الإفتراضية وإدارة الشّبكات الإفتراضية وأتمتة النصوص البرمجية.

فوائد المُحاكاة الإفتراضية KVM

الأَداء

يميز أداء KVM المتفوق عن حلول المُحاكاة الإفتراضية الأُخرى بفضل دعم المُحاكاة الإفتراضية بمُساعدة الأجهزة والإستخدام الفعّال لموارد الأجهزة. فهو يُحقق أداء شبه أصلي لأَحمال العَمل الإفتراضية من خلال تحسين تخصيص الموارد والإستفادة من إمتدادات المُحاكاة الإفتراضية للأجهزة، وبالتالي تقليل النّفقات العامّة وزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد. إن KVM مناسب تمامًا لبيئات المؤسسات المتطلبة والتطبيقات ذات المهام الحرجة وأعباء عَمل الحوسبة ذات الأداء العالي (HPC) نظرًا لميزة الأداء التي يتمتع بها.

فعالية التّكلفة

KVM عِبارة عَن منصّة إفتراضية مَفتوحة المَصدر مُدمجة مباشرةً في نَواة لينكس، ممّا يضمن سُهولة الوُصول إليها من قبل المُستخدمين في كافة أَنحاء العالم. من خلال كونها أحد مكونات نواة لينكس، فهي مضمونة لتلقي التطوير والدعم المُستمر من مُجتمع لينكس، ممّا يؤدّي إلى تصحيحات أمنية وتحديثات وتحسينات مستمرة. بالمقارنة مع حلول المُحاكاة الإفتراضية المَملوكة، توفّر طَبيعة KVM مَفتوحة المَصدر للمؤسّسات فعالية أَكبر من حَيث التكلُفة والتحكم والمرونة، بحيث لا تُوجد رُسوم تَرخيص أو إتفاقيات تأمين البائعين.

التوافقية

إنها قابلة للتّشغيل البيني ومتعددة الإستخدامات، بحيث إنها متوافقة مع مَجموعة متنوعة من أَنظمة التّشغيل، مثل لينكس وويندوز والعديد من الأنظمة الشبيهة بنظام يونكس. تُمكِّن KVM المؤسسات من المُحاكاة الإفتراضية بسهولة لمجموعة متنوعة من أعباء العَمل والتطبيقات من خلال دعم كُل مِن أَنظمة تَشغيل الضيف لخادم ويندوز ولينكس. بالإضافة إلى ذلك، تعمل على مَجموعة مُتنوعة من منصّات الأَجهزة، ممّا يَسمح للمؤسسات بالإستفادة من بنيتها التحتية وإستثماراتها الحاليّة بدون أي قيود على الأجهزة.

المُرونة

يُمكّن المسؤولين من تحسين الأداء وتَخصيص الموارِد وتَخصيص الإعدادات لتَلبية مُتطلبات محددة، وبالتالي توفير المرونة في إعداد البيئات الإفتراضية وإدارتها. فيمكن للمَسؤولين تخصيص مُعلمات الأجهزة الإفتراضية، بما في ذلك وِحدة المُعالجة المركزيّة والذّاكرة والتّخزين والشّبكات، لتلبية المتطلبات المحددة لكُل عبء عمل، بإستخدام KVM. يوفّر KVM مَجموعة متنوعة من أَدوات وواجهات الإدارة، بما في ذلك برنامجي Virt-manager و virsh، لتسهيل الإدارة المركزيّة والأَتمتة ومُراقبة البيئات الإفتراضية. تسمح هذهِ القدرة على التكيف للمسؤولين بتوسيع نطاق البُنية التحتية الإفتراضية وتكييفها بكفاءة، وبالتالي تقليل النفقات التشغيلية وزيادة إستخدام المَوارد إلى أقصى حد.

مُقارنات مع تقنيّات المُحاكاة الإفتراضية الأخرى

VMware مُقابل KVM

البُنية: KVM هو برنامج Hypervisor من النّوع الأول مُدمج مباشرةً في نَواة لينكس، في حين أن VMware يوفر كلا النوعين مِن النّوع الأول (ESXi) والنّوع الثاني (مَحطة العمل، Fusion). يوفّر تكامُل KVM مع تَوزيعات لينكس مَزايا من حَيث كَفاءة الموارد والأداء.

التكلُفة: KVM مَفتوح المَصدر ومجّاني الإستخدام، على عكس حلول VMware، التي تتطلب بالعادة رُسوم تَرخيص. هذا يَجعل KVM أَكثر فعاليّة من حَيث التكلُفة للمؤسّسات المُهتمة بنشر المُحاكاة الإفتراضية على نِطاق واسِع.

أَدوات الإدارة: تقدم VMware مَجموعة شامِلة من أَدوات الإِدارة، بما في ذلك vSphere، للإِدارة المركزيّة للبيئات الإفتراضية. على الرغم من أن KVM توفّر أَدوات مِثل Virt-manager و virsh، إلا أن أَدوات إدارة VMware غالباً ما تعتبر أكثر سُهولة في الإستخدام وغنية بالمميزات.

النّظام البيئي: تُعد VMware بديل مُفضل للمؤسّسات بسبب نظامها الإيكولوجي الواسع من عمليات التكامل والشّهادات وخَدمات الدعم من طرف ثالث. نظرًا لطبيعتها مفتوحة المصدر، تمتلك KVM نظام بيئي مُزدهر ومدعوم من المجتمع ويتكامل مع مجموعة متنوعة من الحُلول المُستندة إلى Linux.

Xen مُقابل KVM

البُنية: KVM و Xen كلاهما من النّوع 1 من برامج Hypervisor، مما يعني أنهما يوفران وصول مُباشر إلى موارِد الأَجهزة. في المقابل، يَعمل Xen كبرنامج Hypervisor منفصل، في حين أن KVM مدمج في نواة Linux. قد يتأثّر الأَداء والتّوافق مع أَنظمة التّشغيل المُختلفة بهذا التمييز المعماري.

الإِدارة: تَم تَصميم أَدوات إِدارة KVM، بما فيها مدير Virt-manager و virsh، لتعمل بطريقة تتكامل بسهولة مع نِظام لينكس. يوفّر Xen أيضًا أَداة الإِدارة الخاصّة به، XenCenter، والتي توفّر إمكانيات مُماثلة. ومع ذلك، قد يواجه المُستخدمين الذين ليسوا على دراية ببنية Xen مُنحنى تَعليمي أكثر صعوبة.

المُجتمع والدّعم: KVM هي عضو في مجتمع لينكس الأوسع، والذي يوفر وثائِق ومُنتديات ودَعم مُجتمعي واسع النطاق. بالمُقارنة مع KVM، قد يَكون لدى Xen قاعدة مُستخدمين أقل، على الرغم من وجود مجتمع نشط.

Hyper-V مُقابل KVM

دَعم المنصة: Hyper-V هو بَرنامج Hypervisor أصلي لبيئات ويندوز سيرفر، بينما يُستخدم في الغالب على الأنظمة المُستندة إلى لينكس. يُمكن أن يعمل Hyper-V كذلك على أَنظمة تَشغيل عملاء ويندوز، ممّا يوفّر مَجموعة متنوعة من خَيارات النّشر للمؤسّسات التي تُركز على نِظام ويندوز.

التّرخيص: KVM مَفتوح المَصدر ومجّاني للإستخدام، بَينما يتوفر Hyper-V مع إِصدارات مُحددة مِن Windows Server، مِثل Windows 10 VPS، ويتطلّب ترخيص للإستخدام في الإنتاج. فيمكن أن يؤثّر ذلك على التكلُفة الإجماليّة للمُلكية لعمليات نشر المُحاكاة الإفتراضية.

التكامُل: يتكامَل Hyper-V بإحكام مع مُنتجات وخَدمات Microsoft الأُخرى، بما في ذلك Active Directory و System Center، لتَقديم تجرُبة إِدارة موحّدة للبيئات التي تُركز على VPS Windows. يوفّر KVM، كبرنامج مَفتوح المَصدر، القدرة على التكامُل مع مجموعة متنوعة من الأدوات والخدمات الخارجية.

التّحديات والإعتبارات

مُتطلبات الأجهزة للحصول على أداء KVM الأمثل

• تتأثر فعالية KVM بالبُنية التحتيّة للأَجهزة الأساسيّة، والتي تشمل وِحدة المُعالجة المركزيّة والذّاكرة والتّخزين ومكوّنات الشبكات.
• يجب على المؤسسات أن تضمن أن أَجهزتها تفي بمواصفات KVM، بما في ذلك توافر تخزين عالي السرعة لتخزين الأجهزة الإفتراضية وذاكرة كافية وموارد كافية لوحدة المُعالجة المركزيّة ودَعم إمتدادات المُحاكاة الإفتراضية للأجهزة، من أجل تحقيق الأداء الأمثل.
• يمكن تحسين فعالية KVM وقابلية توسّعها من خلال تَرقية مكوّنات الأَجهزة والإستثمار في بُنيات الخوادم الحديثة.

المخاوف الأمنيّة المُتعلقة بالمُحاكاة الإفتراضية

• يتم إدخال تحديات أمنية جديدة ونواقل هجوم جديدة، مثل الهجمات القائمة على برنامج Hypervisor، والتهديدات الأمنية من ضيف إلى ضيف، ونقاط ضَعف الهُروب من الآلة الإفتراضية، وذلك من خلال المُحاكاة الإفتراضية.
• من أجل التخفيف من هذه المخاطر، يجب على المؤسسات إنشاء بروتوكولات أمنية قوية. مثل إجراء عمليات تدقيق أمني منتظمة، وتنفيذ تجزئة الشّبكة، وضَوابط الوصول، والتشفير.
• يُمكن تحسين الوضع الأمني العام للبيئات الإفتراضية من خلال إستخدام مميزات الأَمان المُضمنة في KVM، مثل جدران الحماية المدركة للمُحاكاة الإفتراضية وتكامُل SELinux.

إستراتيجيات لمواجهة هذه التّحديات

• الأمن: في البيئات الإفتراضية، يُمكن أن يساعد تطبيق أفضل الممارسات الأمنية، بما في ذلك تجزئة الشّبكة، وتَشفير البيانات، وضوابط الوصول إلى أقل الإمتيازات، والتحديث المنتظم، في تقليل المخاطر الأمنية.
• الأتمتة: يمكن لإستخدام أَدوات الأَتمتة، مثل Ansible أو Puppet أو Chef، أتمتة المَهام المتكررة وتسريع عملية التزويد وإدارة التهيئة وتعزيز الإتساق عَبر عمليّات نشر KVM.
• تَحسين الأداء: من خلال مُراقبة مُعلمات أداء KVM وتعديلها بإنتظام، وتَحسين تَخصيص المَوارد، وتَرقية مكوّنات الأجهزة، فيمكن تَحسين الأداء العام والقابلية للتّوسع.
• التّدريب وتَطوير المَهارات: من خلال الإستثمار في تدريب موظفي تكنولوجيا المَعلومات وتطوير مهاراتهم، يمكنهم ضمان إمتلاكهم المَعرفة والخِبرة اللازمة لإدارة عمليّات نَشر KVM وإستكشاف الأَخطاء وإصلاحها بكفاءة، وبالتالي مُعالجة أي عقبات قد تنشأ.

الخلاصة

في الخِتام، تُعد KVM في لينكس بمثابة حجر الأساس للمُحاكاة الإفتراضية للخوادم المعاصرة. فهو يوفر طريقة سريعة وقابلة للتكيّف لإستخدام موارِد الكُمبيوتر. ومع هذا، هُناك بَعض العقبات، مثل ضرورة وجود أَجهزة مُتخصصة والحِفاظ على الأمن. فيمكننا مُعالجتها من خلال إستخدام أدوات وأساليب ذكية. إن تعدد إستخدامات KVM وقُدرته على التكامل مع الأنظمة المختلفة تجعله خيار مُفضل للمؤسسات. فهو يؤثّر على الطريقة التي ننظم بها أَنظمة الكمبيوتر لدينا بطريقة إيجابية.

أسئلة وأجوبة