Узнайте, как работают виртуальные машины (VM) в цифровую эпоху

Основные моменты

• ВМ позволяют запускать несколько операционных систем на одном устройстве без необходимости инвестирования в дополнительное оборудование.
• Это неоценимые инструменты для обеспечения безопасности при тестировании неизвестных приложений или новых программных сред.
• В экосистеме блокчейн виртуальные машины, такие как Ethereum Virtual Machine (EVM), являются сердцем, которое движет смарт-контрактами и децентрализованными приложениями (dApps).
• Хотя они предоставляют большую гибкость и контроль, ВМ подразумевают компромиссы в терминах производительности, потребления ресурсов и увеличения операционной сложности.

Какова истинная функция виртуальной машины?

Представьте, что вам нужно запустить macOS на компьютере с Windows или поэкспериментировать с Linux, не затрагивая вашу основную операционную систему. Виртуальные машины делают это возможным, создавая изолированное пространство, где разные платформы и программное обеспечение могут сосуществовать без взаимных вмешательств. Кроме личного рабочего стола, эти виртуализированные среды являются основными в блокчейн-сетях, где они обеспечивают выполнение смарт-контрактов и экосистемы децентрализованных приложений.

Анатомия виртуальной машины: как она действительно работает

Виртуальная машина (VM) по сути является репликой компьютера, которую вы настраиваете за считанные минуты, полностью независимой от физического оборудования, которым вы обладаете. Вы можете устанавливать полные операционные системы, сохранять данные, запускать приложения и подключаться к сети — все это внутри вашей хостовой машины. Хост-система прозрачно предоставляет свою оперативную память, вычислительные мощности и хранилище, чтобы виртуальная машина работала без сбоев.

То, что происходит внизу, координируется критически важным компонентом, называемым гипервизором. Этот специализированный программный продукт берет физические ресурсы вашего оборудования (процессор, память, диск) и умно их разделяет, позволяя нескольким виртуальным машинам одновременно делить эти ресурсы.

Существуют две основные категории гипервизоров:

• Гипервизоры типа 1 (Без базовой операционной системы): Устанавливаются напрямую на физическое оборудование, без посредников. Являются стандартным вариантом в корпоративных центрах обработки данных и облачных вычислительных платформах, оптимизированными для максимальной эффективности и производительности.
• Гипервизоры типа 2 (С базовой операционной системой): Они работают как обычные приложения на вашей существующей операционной системе. Идеально подходят для разработчиков, которым необходимо тестировать код или экспериментировать с различными окружениями, не нарушая работу основной системы.

Почему стоит включить виртуальные машины в ваш рабочий процесс?

Безопасное исследование новых операционных систем

Вы можете получить доступ к различным платформам в контролируемой и изолированной среде. Если что-то пойдет не так, ваш основной компьютер останется целым. Это цифровой эквивалент репетировать на безопасной сцене перед финальным представлением.

Защита от угроз программного обеспечения

Есть ли у вас сомнения по поводу открытия вложенного документа или установки неизвестной программы? Запуск его в виртуальной машине действует как барьер. Даже если вы столкнетесь с вредоносным ПО или испытаете катастрофический сбой внутри виртуальной машины, ваш хост и критически важные данные остаются защищенными.

Обратная совместимость со старым программным обеспечением

Некоторые специализированные или унаследованные программы работают только на старых версиях операционной системы. Виртуальные машины воссоздают эти исторические среды, позволяя вам продолжать использовать инструменты, которые в противном случае были бы недоступны в современных технологиях.

Мультиплатформенная разработка и распределенное тестирование

Для разработчиков ВМ являются идеальной лабораторией. Они могут симулировать и тестировать, как их приложения ведут себя в различных операционных системах, не заботясь о поддержке множества физических устройств. Это ускоряет циклы разработки и улучшает качество программного обеспечения.

Инфраструктура облака по запросу

Сервисы, такие как AWS, Azure и Google Cloud Platform, строят все свои предложения инфраструктуры на виртуальных машинах. Когда вы выделяете ресурсы в облаке, вы по сути запускаете одну или несколько ВМ на удалённых серверах, готовых для размещения ваших приложений, веб-сайтов или баз данных.

Ключевая роль ВМ в блокчейн-сетях

В контексте блокчейн виртуальные машины выходят за рамки своей традиционной роли. Это не просто изолированные среды, а вычислительные движки, которые выполняют основные операции децентрализованных сетей.

Ethereum Virtual Machine (EVM) является самым ярким примером. Она позволяет программистам писать смарт-контракты, используя такие языки, как Solidity, Vyper и Yul, которые затем разворачиваются в Ethereum и совместимых сетях. EVM гарантирует, что каждый участвующий узел в сети валидирует и интерпретирует эти контракты по одним и тем же правилам, обеспечивая согласованность во всей распределенной системе.

Тем не менее, панорама блокчейн-виртуальных машин гораздо более разнообразна:

• NEAR Protocol и Cosmos внедрили виртуальные машины на основе WebAssembly (WASM), позволяя программистам писать контракты на нескольких языках программирования, а не только на собственных решениях.
• Sui использует MoveVM, специализированную среду выполнения, которая выполняет контракты, написанные на языке Move, сосредотачиваясь на безопасности и выразительности.
• Solana внедряет свою собственную пользовательскую виртуальную машину (SVM), специально разработанную для обработки транзакций параллельно и управления массовыми объемами сетевой активности с высокой скоростью.

Каждая архитектура отражает различные дизайнерские решения: некоторые отдают приоритет скорости и масштабируемости, в то время как другие стремятся к большей безопасности, гибкости для разработчиков или специфическим инновациям протокола.

Виртуальные машины в действии: реальные случаи использования

Хотя они работают тихо в фоновом режиме, виртуальные машины блокчейн активны каждый раз, когда вы взаимодействуете с децентрализованными приложениями:

• В DeFi-транзакциях: Когда вы обмениваете токены на платформах, таких как Uniswap, смарт-контракты, которые облегчают этот обмен, выполняются внутри EVM, проверяя балансы, вычисляя ставки и переводя активы.
• В создании и передаче NFT: ВМ управляет кодом, который регистрирует право собственности на каждый невзаимозаменяемый токен. Когда вы покупаете или передаете NFT, виртуальная машина обрабатывает обновления собственности, поддерживая точный учет.
• В решениях второго уровня: В роллапах, таких как те, что основаны на доказательствах с нулевым знанием (zkEVM), специализированная виртуальная машина выполняет смарт-контракты, генерируя криптографические доказательства корректности, которые отправляются в основную блокчейн.

Внутренние вызовы и ограничения

Стоимость производительности

Виртуальные машины вводят уровень абстракции между аппаратным обеспечением и выполняемым кодом. Эта промежуточная связь может привести к замедлению и потребовать больше вычислительной мощности по сравнению с прямым выполнением на физических машинах.

Запрос на экспертизу и обслуживание

Поддержка виртуальных машин, особенно в облачной инфраструктуре или сложных блокчейн-сетях, требует тщательной настройки, регулярных обновлений и постоянного мониторинга. Это требует специализированных инструментов и глубоких технических знаний, что отнимает ценное время.

Фрагментация по совместимости

Умные контракты часто разрабатываются для конкретной виртуальной машины. Код, написанный для Ethereum, потребуется переписать или значительно изменить, чтобы он работал на таких блокчейнах, как Solana или других, несовместимых с EVM. Разработчики, желающие расшириться на несколько экосистем, сталкиваются с дублированием усилий.

Финальные размышления

Виртуальные машины являются невидимыми, но необходимыми столпами как в традиционных вычислениях, так и в инфраструктурах блокчейн. Они обеспечивают гибкость, безопасность и эффективность в использовании ресурсов. Понимание их работы дает более четкое представление о механизмах, которые стимулируют инструменты DeFi, смарт-контракты и децентрализованные приложения, трансформирующие современный цифровой ландшафт.

Расширение знаний

• Изучение модульных блокчейнов: архитектуры будущего
• Биткойн Уровень 2: масштабируемость в оригинальной сети
• Аудиты смарт-контрактов: обеспечение безопасности кода

Отказ от ответственности: Данный контент предоставляется исключительно в информационных и образовательных целях, без каких-либо заявлений или гарантий. Он не является финансовым, юридическим или профессиональным советом и не рекомендует приобретение конкретных продуктов или услуг. Консультируйтесь с квалифицированными профессиональными консультантами перед принятием решений. Упомянутые продукты могут быть недоступны в вашей юрисдикции. Эта статья отражает взгляды внешних авторов и не обязательно представляет позицию Gate. Для получения полной информации ознакомьтесь с нашими условиями обслуживания и предупреждением о рисках. Стоимость инвестиций может значительно колебаться, и вы можете потерять капитал. Вы несете полную ответственность за свои инвестиционные решения.