Віртуальні машини (VM): Як вони формують цифровий світ

Чи колись ви замислювалися, як можна запустити кілька різних комп’ютерів, але не маючи кожного окремо? Або як код смарт-контрактів знаходить спосіб працювати по всій мережі Ethereum одночасно? Відповідь криється у віртуальних машинах — VM в основі надають можливість одному фізичному пристрою функціонувати як кілька різних систем одночасно. Хоча цей концепт може здаватися складним, насправді VM є одним із найелегантніших інженерних рішень, які ми створювали. У цій статті дізнайтеся, що таке VM і чому вони важливі як для хмарної інфраструктури, так і для блокчейнів.

VM: від теорії до практики

Уявіть, що ваш комп’ютер — це великий будинок, а віртуальні машини — це окремі кімнати. У кожній кімнаті можна мати різний інтер’єр (операційну систему), різні меблі (програми) і різних людей (користувачів) — все це на одній землі без прямого конфлікту. Це і є суть VM.

VM насправді — це програма, яка імітує реальний комп’ютер. У ній можна встановлювати Windows, Linux або будь-яку іншу операційну систему, відкривати файли, запускати програми і підключатися до Інтернету. Але важливо — усе це відбувається у вашому основному комп’ютері. Ваша реальна система працює у фоновому режимі, надаючи пам’ять, обчислювальну потужність і сховище — ніби безпечна підвалина, де живуть інші члени родини.

Як працює VM: секрет гіпервізора

Все починається із спеціальної програми — гіпервізора. Гіпервізор — це як центр управління VM. Він бере фізичне обладнання вашого комп’ютера: процесорну потужність (CPU), оперативну пам’ять (RAM) і сховище — і ділить їх між кількома VM, які можуть працювати одночасно.

Існує два основних типи гіпервізорів, кожен зі своєю метою:

Тип 1 гіпервізори встановлюються безпосередньо на апаратну інфраструктуру, обходячи операційну систему. Вони дуже швидкі та ефективні, тому використовуються у дата-центрах, AWS, Azure і Google Cloud. Тут пріоритет — швидкість і надійність.

Тип 2 гіпервізори працюють у межах звичайної операційної системи як прості програми. Вони ідеальні для домашніх користувачів, які хочуть протестувати нову ОС або перевірити незнайому програму на ноутбуці. Хоча вони трохи повільніші, їх легше встановлювати.

Чому VM незамінні для блокчейнів і хмарних сервісів

Використання VM поширилося у таких ключових сферах:

Безпечне тестування. За допомогою VM можна протестувати будь-що — від нової версії Windows до підозрілого файлу — не боячись пошкодити основну систему. Якщо щось зламається, просто видаляєте цей VM і починаєте заново.

Запуск застарілого програмного забезпечення. Деякі користувачі хочуть знову використовувати програми, призначені для Windows XP, яку вони встановлювали ще у 2005 році. Замість купівлі старого комп’ютера вони створюють VM, що відтворює цю середу.

Тестування для розробників у різних платформах. Хочете перевірити, як ваш код працює у Windows, Mac і Linux? VM дозволяє зробити це на одному комп’ютері, значно прискорюючи процес розробки.

Обчислення у хмарі. Уся індустрія хмарних сервісів — AWS, Azure, Google Cloud — базується на VM. Коли ви орендуєте «хмарний сервер», насправді ви отримуєте окрему VM у віддаленому дата-центрі, готову для хостингу сайтів, програм або баз даних.

Віртуальна машина для смарт-контрактів: EVM і інші блокчейн VM

Віртуальні машини у блокчейнах працюють інакше, ніж традиційні VM. Замість ізоляції у пісочниці вони функціонують як децентралізовані рушії, що керують смарт-контрактами та децентралізованими додатками (DApp).

Ethereum Virtual Machine (EVM) — найкращий приклад. EVM читає і виконує код смарт-контрактів, написаний мовами Solidity, Vyper і Yul. Щоразу, коли ви виконуєте операцію в Ethereum, EVM гарантує, що всі вузли мережі однаково перевіряють результати. Це — серце децентралізації.

Однак різні блокчейни мають свої стратегії VM:

• NEAR і Cosmos використовують WebAssembly (WASM)-базовані VM. Це гнучкий підхід, що дозволяє розробникам писати смарт-контракти різними мовами.

• Sui застосовує Move VM, створену спеціально для мови Move. Move розроблена для безпечного управління ресурсами, тому Sui Move VM дуже безпечна і ефективна.

• Solana не використовує традиційний EVM. Замість цього, Solana застосовує власне середовище виконання — Solana VM (SVM). SVM оптимізована для паралельної обробки транзакцій і високої пропускної здатності — тому Solana може обробляти тисячі транзакцій за секунду.

Віртуальні машини з точки зору користувача

Коли ви користуєтеся DApp або DeFi-платформою, VM працює у фоновому режимі:

• При обміні у Uniswap ваші операції керуються смарт-контрактом, що працює у EVM.

• Створюючи NFT, VM відслідковує, кому належить кожен з них. Коли купуєте або переказуєте, VM оновлює журнали, щоб було абсолютно ясно, хто що володіє.

• Використовуючи Layer 2 рішення, наприклад zkEVM, операції керуються спеціалізованою VM, що виконує смарт-контракти з підтвердженнями zero-knowledge proof (ZKP) — поєднання безпеки і швидкості.

Обмеження VM: що потрібно знати

VM дуже корисні, але не ідеальні:

Вартість продуктивності. VM додає додатковий шар між вашим обладнанням і кодом. Це іноді уповільнює процес у порівнянні з виконанням коду безпосередньо на фізичному пристрої.

Складність і підтримка. Управління VM, особливо у хмарній інфраструктурі або блокчейнах, — непроста задача. Потрібне постійне оновлення, виправлення безпеки і експертиза.

Сумісність систем. Смарт-контракт, написаний для EVM, не працюватиме безпосередньо у Solana або інших несумісних блокчейнах. Потрібно переписати або адаптувати код, що потребує часу і ресурсів.

Підсумки

Віртуальні машини (VM) — це невидимий, але незамінний фундамент сучасного цифрового світу. Від персональних комп’ютерів до глобальних хмарних систем і децентралізованої інфраструктури блокчейнів — VM забезпечують гнучкість, безпеку і можливість роботи багатьох користувачів на одному пристрої. Навіть якщо ви не технічний спеціаліст, розуміння роботи VM допоможе краще керувати своїми фінансами у цифровій економіці.