شاید برایتان پیش آمده باشد که بخواهید برنامه ای را روی سیستم خود اجرا کنید اما به خاطر نسخه های متفاوت کتابخانه ها یا تداخل با نرم افزارهای دیگر با مشکل روبه رو شوید. یا شاید نیاز داشته باشید محیطی جداگانه برای آزمایش نرم افزارها بسازید بدون اینکه به سیستم اصلی آسیبی برسد. در چنین شرایطی مفهومی به نام محیط مجازی (Virtual Environment) به کمک شما می آید.
بسیاری افراد این اصطلاح را با ماشین مجازی (Virtual Machine) اشتباه می گیرند. هرچند هر دو برای جداسازی محیط ها به کار می روند، اما ماهیت و کاربردشان کاملا متفاوت است. در ادامه به زبان ساده توضیح می دهیم که محیط مجازی چیست و چه تفاوتی با ماشین مجازی دارد.
محیط مجازی (Virtual Environment) چیست؟
محیط مجازی یک فضای نرم افزاری ایزوله شده است که به شما امکان می دهد برنامه ها و وابستگی های آنها را جدا از بقیه سیستم نصب و اجرا کنید. این مفهوم بیشتر در دنیای برنامه نویسی و توسعه نرم افزار کاربرد دارد.
به عنوان مثال، در زبان پایتون برنامه نویس می تواند برای هر پروژه یک محیط مجازی بسازد و نسخه های مختلف کتابخانه ها مثل NumPy یا Django را نصب کند. این کار باعث می شود پروژه ها با هم تداخل نداشته باشند.
برای درک بهتر می توان از یک مثال ساده استفاده کرد: فرض کنید شما یک نقاش هستید و روی چندین پروژه هنری کار می کنید. هر پروژه به رنگ ها و ابزار خاص خود نیاز دارد. اگر همه پروژه ها را با یک پالت رنگی انجام دهید، نتیجه خراب می شود. راه حل این است که برای هر پروژه یک مجموعه رنگ و قلم موی جداگانه داشته باشید. محیط مجازی دقیقا همین کار را در برنامه نویسی انجام می دهد.
از نظر فنی، یک محیط مجازی معمولا یک پوشه است که شامل یک کپی از مفسر پایتون، کتابخانه ها و ابزارهای لازم برای همان پروژه می شود. وقتی محیط را فعال می کنید، تمام دستورات و نصب ها فقط در همان پوشه انجام می شود و به بقیه سیستم آسیبی نمی رسد.
ماشین مجازی (VM) چیست؟
ماشین مجازی یا Virtual Machine در واقع یک کامپیوتر کامل است که به صورت نرم افزاری شبیه سازی می شود. تصور کنید شما یک لپ تاپ یا سرور دارید و می خواهید روی همین یک دستگاه، چندین کامپیوتر مستقل اجرا کنید. هر کدام از این کامپیوترها سیستم عامل، نرم افزارها و درایورهای مخصوص به خود را دارند.
این کار به کمک نرم افزاری به نام هایپروایزر (Hypervisor) انجام می شود. هایپروایزر روی سخت افزار نصب می شود و منابع آن مثل پردازنده، رم و هارد را بین ماشین های مجازی تقسیم می کند. هر ماشین مجازی که به آن «مهمان» (Guest) گفته می شود، کاملا مستقل عمل می کند و حتی می تواند سیستم عاملی متفاوت از سیستم عامل میزبان داشته باشد.
به عنوان نمونه شما می توانید روی یک کامپیوتر همزمان ویندوز، لینوکس و حتی مک را اجرا کنید، بدون اینکه نیازی به چند دستگاه جداگانه داشته باشید. اگر می خواهید اطلاعات کامل تری در این زمینه کسب کنید، پیشنهاد می کنیم مقاله ما با عنوان “ماشین مجازی چیست؟” را بخوانید.
تفاوت محیط مجازی و ماشین مجازی به زبان ساده
هرچند هر دو مفهوم «محیط مجازی» و «ماشین مجازی» فضایی جدا از سیستم اصلی ایجاد می کنند، اما تفاوت های مهمی میان آنها وجود دارد:
سطح ایزولاسیون (جداسازی):
محیط مجازی فقط کتابخانه ها و وابستگی های نرم افزاری یک پروژه (مثل پروژه های پایتون) را ایزوله می کند و این کار در سطح سیستم عامل انجام می شود.
ماشین مجازی اما یک کامپیوتر کامل را شبیه سازی می کند. شامل سیستم عامل، نرم افزارها و درایورها. این ایزولاسیون در سطح سخت افزار اتفاق می افتد.منابع مصرفی:
محیط مجازی بسیار سبک است و معمولا فقط یک پوشه در سیستم ایجاد می کند. در مقابل، ماشین مجازی سنگین تر است چون باید یک سیستم عامل کامل را اجرا کند و به RAM، CPU و فضای دیسک بیشتری نیاز دارد.هدف و کاربرد:
محیط مجازی بیشتر برای توسعه دهندگان و برنامه نویسان استفاده می شود تا وابستگی های نرم افزاری پروژه ها را جدا از هم مدیریت کنند.
ماشین مجازی برای اجرای چند سیستم عامل روی یک سخت افزار، آموزش، تست نرم افزارها، مجازی سازی سرورها و افزایش امنیت استفاده می شود.مدیریت و مقیاس:
محیط مجازی ساده و سریع راه اندازی می شود و فقط روی یک سیستم عامل کار می کند. در حالی که ماشین مجازی پیچیده تر است اما قابلیت های گسترده تری دارد و خودش یک سیستم عامل مجزا محسوب می شود.
مزایا و معایب محیط مجازی
مزایا:
- جلوگیری از تداخل نرم افزارها و کتابخانه ها در پروژه های مختلف
- امکان مدیریت چند پروژه همزمان بدون مشکل
- سبک و سریع بودن، چون فقط در سطح نرم افزار عمل می کند.
- حفظ تمیز بودن سیستم اصلی (کتابخانه های قدیمی یا تستی وارد سیستم اصلی نمی شوند)
- سهولت در اشتراک گذاری و بازسازی محیط پروژه
- ابزارهای ساده و رایج مثل venv و virtualenv برای ایجاد آن وجود دارد.
معایب:
- فقط در سطح نرم افزار کاربرد دارد و برای سیستم عامل های مختلف قابل استفاده نیست
- امنیت آن به اندازه ماشین مجازی نیست.
- محدود به حوزه برنامه نویسی و توسعه است.
مزایا و معایب ماشین مجازی
مزایا:
- امکان نصب چندین سیستم عامل روی یک سخت افزار
- جداسازی کامل محیط ها و افزایش امنیت (اگر یک VM آلوده شود، بقیه در امان هستند)
- مناسب برای آموزش، تست نرم افزار و شبیه سازی محیط های مختلف
- کاربرد گسترده در سرورها و خدمات ابری (کنسولیداسیون سرورها)
- صرفه جویی در هزینه و انرژی با کاهش نیاز به دستگاه های فیزیکی متعدد
- نرم افزارهای متنوع و قدرتمند مثل VMware ،VirtualBox و Hyper-V در دسترس هستند.
معایب:
- نیاز به سخت افزار قوی به خصوص RAM و CPU
- کندتر بودن نسبت به اجرای مستقیم روی سخت افزار
- پیچیدگی در مدیریت و راه اندازی، مخصوصا در مقیاس بزرگ
- گاهی هزینه های لایسنس نرم افزارهای مجازی سازی زیاد است.
کدام یک بهتر است؟
پاسخ این سوال کاملا به نیاز شما بستگی دارد. اگر توسعه دهنده نرم افزار هستید و فقط می خواهید برنامه ها و وابستگی های پروژه هایتان را مدیریت کنید، محیط مجازی بهترین گزینه است. اما اگر قصد دارید چند سیستم عامل مختلف را اجرا کنید یا به دنبال محیطی ایزوله تر و امن تر هستید، ماشین مجازی انتخاب مناسب تری خواهد بود.
به زبان ساده، محیط مجازی مانند داشتن چند کابینت مجزا در یک آشپزخانه است که مواد اولیه هر غذا را جدا نگهداری می کنید تا با هم قاطی نشوند. در مقابل، ماشین مجازی شبیه داشتن چند آشپزخانه کامل در یک ساختمان بزرگ است که هر کدام اجاق گاز، یخچال و فضای مخصوص به خود را دارند.
هر دو مفهوم “مجازی” هستند، اما در سطوح کاملا متفاوت عمل می کنند. محیط مجازی برای برنامه نویسان پایتون یک ضرورت است، در حالی که ماشین مجازی برای مدیران سیستم، مهندسین امنیت و هر کسی که با زیرساخت IT سروکار دارد، یک ابزار قدرتمند محسوب می شود.
شناخت تفاوت این دو به شما کمک می کند تا بر اساس نیاز خود، انتخاب درستی داشته باشید.
سوالات متداول
خیر، محیط مجازی فقط در سطح نرم افزار و کتابخانه ها کار می کند، اما ماشین مجازی یک سیستم عامل کامل را شبیه سازی می کند.
محیط مجازی عمدتا در برنامه نویسی و توسعه نرم افزار به خصوص زبان پایتون کاربرد دارد، اما مفهومی مشابه در زبان های دیگری مثل JavaScript و Ruby هم وجود دارد.
بله، چون برای اجرای چند سیستم عامل و مدیریت منابع باید رم، پردازنده و فضای دیسک کافی موجود باشد.
ماشین مجازی ایمن تر است زیرا ایزولاسیون آن کامل تر است و سیستم عامل میزبان را از آسیب احتمالی حفظ می کند.
بله، بسیاری از برنامه نویسان محیط مجازی خود را داخل یک ماشین مجازی ایجاد می کنند تا امنیت و انعطاف بیشتری داشته باشند. این ترکیب امکان مدیریت پروژه های مختلف و تست نرم افزار در محیط ایزوله را فراهم می کند.
