4.3. Концепция виртуализации

Виртуализация того или иного ресурса осуществляется в рамках централизованной схемы распределения ресурсов. Путем виртуализации осуществляются две формы обмана пользователей:

1. Пользователь обеспечивается при обслуживании своего процесса ресурсом, который реально не существует, или существует, но с худшими свойствами. В выигрыше оказывается пользователь, получая ресурсы с наиболее устраивающими его характеристиками.

2. Для нескольких параллельных процессов создается иллюзия одновременного использования нескольких экземпляров того, что реально существует в системе в единственном экземпляре. Тем самым снимается ограничение на количество распределяемых ресурсов, что увеличивает скорость развития процессов и обеспечивает гибкость по управлению ими.

Для иллюстрации вышесказанного приведем конкретные примеры виртуальных ресурсов.

Рассмотрим очередь заявок от отдельных процессов к интервальному таймеру. Это устройство реально присутствует в системе в одном экземпляре, но на его основе средствами соответствующего распределителя строится произвольное число виртуальных интервальных таймеров. Для этого заявки упорядочиваются по возрастанию требуемых значений временных интервалов, и обслуживание начинается с заявки на меньший интервал. После очередного прерывания на таймере устанавливается интервал, равный разности между моментом времени, когда должно произойти следующее прерывание, и моментом времени возникновения текущего прерывания.

Виртуализация используется и при распределении такого дорогого ресурса как канал, причем распределитель реального канала реализуется аппаратно. Переключение канала во времени между нуждающимися в нем устройствами происходит таким образом, что для каждого устройства создается иллюзия использования собственного канала. Канал, разделяемый таким образом, называется мультиплексным.

Чаще всего осуществляется виртуализация периферийных устройств. Например, доступ к данным на компакт-диске современные ОС организуют таким образом, что у пользователя создается иллюзия работы с магнитным диском. В ОС UNIX путем виртуализации драйверы различных по видам доступа ПУ создают для пользователя видимость, что он работает с устройствами, обеспечивающими передачу и хранение прямоадресуемых блоков по 512 байт.

Интересным примером виртуального устройства является нулевое устройство NUL. При направлении на него данных они неограниченно поглощаются, а при попытке чтения с него сразу выдается признак конца файла.

В любой многозадачной системе имеется спулинг – процесс обработки выходных данных, направляемых на печатающее устройство (принтер). Его реализация проста – создаваемые виртуальные печатающие устройства моделируются с помощью буферов, представляющих собой области внешней памяти (обычно дисковой). Фактическая передача информации на печатающее устройство происходит только после того, как заканчивается процесс, являющийся поставщиком информации в выходной буфер.

В конечном счете, виртуальный ресурс моделируется некоторым процессом, причем для построения виртуальных ресурсов используются дополнительные реальные ресурсы.

Наиболее характерным представителем виртуального ресурса, построенного на базе эластичного пассивного ресурса, является виртуальная память.

Вершиной концепции виртуализации является понятие виртуальной машины. По сути дела любая ОС создает для пользователя виртуальную машину. Чаще всего она воспроизводит архитектуру реальной машины, но с новыми или улучшенными характеристиками, а именно:

• бесконечная по объему память с произвольно выбираемым наиболее удобным для пользователя способом доступа к хранимым в ней объектам;

• один или несколько процессоров, способных выполнять действия, выраженные в терминах, понятных пользователю;

• произвольное количество внешних устройств с удобным способом доступа и представлением информации.

Концепция виртуализации лежит в основе метода восходящего проектирования и разработки ОС. В соответствии с этим ОС строится как иерархия вложенных друг в друга виртуальных машин. Низший уровень представляет собой аппаратные средства машины, далее следуют программные слои.