Понятие виртуальной машины

Исполнение прикладных программ – это основное назначение любого компьютера. В зависимости от решаемых задач, прикладные программы могут быть совершенно различными, но любая прикладная программа для своего выполнения нуждается в получении от операционной системы определенного сервиса, такого как чтение или запись файлов, вывод полученных результатов на печать или на экран, ввод символов с клавиатуры, синхронизация с ходом выполнения других программ и т.п.
Прикладные программы обращаются к операционной системе за необходимыми услугами через интерфейс прикладных программ операционной системы. При этом прикладные программы совершенно не интересует, каким образом будут выполняться их запросы, как устроен компьютер и какова структура операционной системы.
Прикладные программы могут одинаково успешно выполняться при различной аппаратной конфигурации компьютера и под управлением различных операционных систем, главное, чтобы не изменился интерфейс прикладных программ.
При этом можно утверждать, что прикладные программы исполняются не на реальном компьютере с его аппаратной архитектурой, а на некоторой виртуальной машине, свойства которой определяются возможностями операционной системы.
Заметим теперь, что операционная система изолирует параллельно выполняемые программы друг от друга, при этом выполнение программы (кроме, конечно, скорости ее работы) не зависит от того, какие еще программы запущены в данный момент на данном компьютере. Следовательно, каждая запущенная программа получает в свое распоряжение свою собственную виртуальную машину.
Виртуальная машина для прикладных программ строится операционной системой на основе возможностей реальной машины, при этом возможности виртуальной машины могут превосходить возможности реальной машины, за счет того, что операционная система может имитировать для прикладной программы работу аппаратуры, которая на самом деле отсутствует в составе данного компьютера. Устройства, которые на самом деле не представлены в составе компьютера, но имитируются для программ операционной системой, называют виртуальными устройствами.
На современном уровне развития техники, для того, чтобы разработать компьютерную программу, требуется знать только характеристики и правила работы той виртуальной машины, на которой планируется выполнение программы. Знание характеристик и устройства реального компьютера не требуется. Такой подход обеспечивает для разработчика программ следующие удобства и преимущества:
- виртуальная машина изолирует программы от аппаратных особенностей ЭВМ, в результате программы становятся переносимыми, т.е. могут без каких-либо переделок запускаться на различных аппаратных платформах;
- виртуальная машина изолирует запущенные программы от других программ, что с одной стороны обеспечивая требуемый уровень безопасности и надежности, а с другой стороны существенно упрощает разработку программ;
- уровень и виды услуг, предоставляемых виртуальной машиной, лучше согласуются с потребностями прикладных программ, чем услуги реальной машины. Например, виртуальная машина представляет данные на диске в виде именованных файлов, в то время как реальная машина представляет дисковые данные просто как набор пронумерованных блоков данных, без какой-либо логической связи между ними;
- виртуальная машина обеспечивает более простой и более мощный интерфейс ввода-вывода, чем может обеспечить реальная машина. В частности, прикладные программы запрашивают услуги ввода вывода в терминах прочитать/записать данные, без конкретизации физических параметров реальных устройств, таких как положение головок дискового накопителя или параметры модуляции модема.