מהו Bare Metal?
Bare Metal (מתכת חשופה) מתייחס לסוג של מערכת מחשב או שרת הפועלים ישירות על החומרה הפיזית
ללא כל מערכת הפעלה (OS) או שכבת וירטואליזציה מתערבת.
כאשר מערכת פועלת על Bare Metal, היא פועלת ישירות על החומרה הבסיסית, ואין מערכת הפעלה
או hypervisor לניהול משאבי חומרה או לספק הפשטות.
להלן כמה מאפיינים ושיקולים מרכזיים הקשורים למערכות Bare Metal:
אין מערכת הפעלה: בניגוד לשרתים מסורתיים או מחשבים אישיים, המריצים בדרך כלל מערכת הפעלה כמו Windows, Linux או macOS,
למערכות Bare Metal אין שכבת מערכת הפעלה.
במקום זאת, הם מריצים יישומי תוכנה או עומסי עבודה ישירות על החומרה.
ביצועים: מערכות Bare Metal מציעות לרוב ביצועים מצוינים מכיוון שאין תקורה ממערכת הפעלה או שכבת וירטואליזציה.
זה הופך אותם למתאימים למשימות מחשוב הדורשות ביצועים גבוהים, כגון סימולציות מדעיות, ניתוח נתונים וסוגים מסוימים
של עומסי עבודה במסד נתונים.
שכירות יחידה: מערכות Bare Metal הן בדרך כלל סביבות של דייר יחיד, כלומר שלמשתמש או ארגון בודד
יש גישה בלעדית לחומרה הבסיסית.
זה מנוגד לסביבות וירטואליות, שבהן מספר מכונות וירטואליות (VM) חולקות את אותה חומרה פיזית.
מקרי שימוש: Bare Metal משמשת בדרך כלל במצבים שבהם ביצועים, בידוד ושליטה הם קריטיים.
דוגמאות כוללות שרתי אינטרנט ייעודיים, שרתי מסד נתונים בעלי ביצועים גבוהים ואשכולות מחשוב מיוחדים למחקר מדעי.
מורכבות ניהול: בעוד שמערכות Bare Metal מציעות יתרונות במונחים של ביצועים ובידוד, הן יכולות להיות גם מאתגרות יותר
לניהול בהשוואה לסביבות וירטואליות.
מנהלי מערכת אחראים על קביעת התצורה והתחזוקה של כל ערימת החומרה, כולל מנהלי התקנים, קושחה ותוכנת מערכת.
זמן פריסה: הקצאה והגדרה של שרתי Bare Metal נמשכים זמן רב יותר בהשוואה לפריסת מכונות וירטואליות בסביבה וירטואלית,
מכיוון שהיא כרוכה בהגדרת החומרה והתקנת רכיבי התוכנה הדרושים מאפס.
מחשוב ענן: חלק מספקי שירותי ענן מציעים מופעי ענן Bare Metal, המספקים את היתרונות של שרתי Bare Metal
עם הנוחות והגמישות של מחשוב ענן.
ניתן להקצות ולנהל מופעים אלו דרך ממשק ספק ענן אך לפעול ישירות על חומרה ייעודית.
איך עובד מחשוב Bare Metal?
מחשוב Bare Metal פועל על ידי הפעלת תוכנה ישירות על החומרה הפיזית של מחשב או שרת ללא נוכחות
של מערכת הפעלה (OS) או שכבת וירטואליזציה.
הנה סקירה היי לבל של אופן פעולתן של מערכות Bare Metal:
אתחול החומרה: כאשר מחשב מופעל או מופעל מחדש, רכיבי החומרה, לרבות המעבד, הזיכרון, התקני האחסון וציוד היקפי,
עוברים אתחול.
תהליך זה כולל בדיקה עצמית ותצורה כדי להבטיח שכל רכיבי החומרה פועלים כשורה.
קושחה / BIOS / UEFI: הקושחה, המכונה מערכת הקלט/פלט הבסיסית (BIOS) במערכות ישנות יותר
או ממשק הקושחה המורחב המאוחד (UEFI) במערכות מודרניות יותר, ממלאת תפקיד מכריע בתהליך האתחול.
הוא מאתר וטוען את התוכנית הראשונית שתפעיל את המערכת.
טעינת אתחול: בהגדרות Bare Metal, בדרך כלל נעשה שימוש במטען אתחול מיוחד כדי להתחיל את הפעלת התוכנה.
טוען האתחול אחראי על איתור התוכנה הניתנת לאתחול וטעינתה לזיכרון.
במקרים מסוימים, נצרך אתחול כמו GRUB עבור מערכות לינוקס, אבל בסביבת Bare Metal,
זה יכול להיות טוען אתחול מותאם אישית.
יישום Bare Metal: לאחר שמטען האתחול טען את יישום ה-Bare Metal לזיכרון, קוד היישום מתחיל לפעול ישירות על המעבד.
יישום זה יכול להיות תוכנה מיוחדת, ליבת מערכת הפעלה או כל קוד אחר שנועד לפעול ללא מערכת הפעלה מתערבת.
אינטראקציית חומרה: יישום Bare Metal מקיים אינטראקציה ישירה עם רכיבי החומרה, מוציא הוראות לקריאה ולכתיבה של נתונים,
ביצוע חישובים וניהול משאבי מערכת.
שלא כמו בסביבת מערכת הפעלה מסורתית, אין שכבת ביניים (קרנל מערכת ההפעלה) להפשטה או לנהל את אינטראקציות החומרה הללו.
סטאק תוכנה: במיוחד עבור יישומי Bare Metal יותר מורכבים, מפתחים בונים סטאק תוכנה הכולל מנהלי התקנים
עבור רכיבי חומרה, ספריות וקוד יישומים.
מחסנית זו מנהלת משימות כמו רשת, אחסון וגישה למכשיר היקפי.
חוסר בריבוי משימות: בניגוד למערכות הפעלה מודרניות, מערכות Bare Metal בדרך כלל אינן תומכות בריבוי משימות
או בביצוע של מספר תהליכים במקביל.
כל המשאבים של המערכת מוקדשים לאפליקציית Bare Metal היחידה הפועלת עליה.
ללא וירטואליזציה: מערכות Bare Metal אינן וירטואליים, כלומר אין היפרוויזר או שכבת וירטואליזציה המאפשרת יצירה של מספר מכונות
וירטואליות בשרת פיזי אחד.
כל מערכת Bare Metal פועלת ישירות על החומרה הייעודית שלה.
מי צריך מחשוב Bare Metal?
פיתוח Bare Metal נדרש בדרך כלל במקרים ספציפיים ותרחישים שבהם שליטה ישירה על החומרה והביצועים המקסימליים הם קריטיים.
להלן כמה מצבים ותעשיות שבהן ייתכן שיהיה צורך בפיתוח Bare Metal:
מערכות משובצות: פיתוח Bare Metal משמש בדרך כלל בפיתוח מערכות משובצות, כגון מיקרו-בקרים, התקני IoT, יחידות בקרה לרכב
ובקרי אוטומציה תעשייתית.
מערכות אלו דורשות שליטה מדויקת על ציוד היקפי וביצועים בזמן אמת.
מערכות בזמן אמת: יישומים הדורשים עיבוד בזמן אמת, כגון רובוטיקה, מערכות בקרה ותוכנות בקרת טיסה עבור מל”טים ומטוסים,
מסתמכות על פיתוח Bare Metal כדי לעמוד באילוצי תזמון קפדניים ולמזער את השהיה.
מחשוב בעל ביצועים גבוהים (HPC): סימולציות מדעיות, ניתוח מספרי ומשימות עתירות מחשוב אחרות נהנות מפיתוח Bare Metal
כדי להשיג את הביצועים הגבוהים ביותר האפשריים.
מחשבי-על ואשכולות HPC מריצים תוכנות מיוחדות ישירות על החומרה לקבלת כוח חישוב מרבי.
מנהלי התקנים וקושחה: פיתוח מנהלי התקנים עבור רכיבי חומרה או כתיבת קושחה עבור התקנים כמו כרטיסים גרפיים, ממשקי רשת
ובקרי אחסון כוללים תכנות Bare Metal כדי להבטיח אינטראקציה יעילה וישירה עם החומרה.
פיתוח מערכת הפעלה: בעת יצירת מערכת הפעלה חדשה מאפס או מפתחים של טוען אתחול, ליבה או רכיבי מערכת לואו לבל,
פיתוח Bare Metal חיוני לבניית שכבות התוכנה הבסיסיות.
פלטפורמות חומרה מותאמות אישית: אם אתה עובד על פלטפורמות חומרה מותאמות אישית עם דרישות ייחודיות, פיתוח Bare Metal מאפשר
להתאים את התוכנה לתצורת החומרה הספציפית.
אבטחה: בכמה יישומים קריטיים לאבטחה, ארגונים בוחרים בפיתוח Bare Metal כדי לצמצם את משטחי ההתקפה ולשפר את האבטחה.
לדוגמה, יישומי הצפנה מסוימים פועלים ישירות על חומרה כדי למזער פגיעויות.
מסחר בתדירות גבוהה (HFT): בתעשייה הפיננסית, אלגוריתמי מסחר בתדירות גבוהה דורשים חביון נמוך במיוחד וביצוע דטרמיניסטי.
מערכות HFT מסוימות משתמשות בפיתוח Bare Metal כדי למזער זמן השהייה הקשורים לתוכנה.
תעופה והגנה: מערכות תעופה, מערכות הנחיית טילים ויישומים ברמה צבאית דורשות לרוב פיתוח Bare Metal לצורך אמינות,
ביצועים בזמן אמת ותקני בטיחות מחמירים.
מחקר: חוקרים בתחומים שונים, כגון פיזיקה, אסטרונומיה וביולוגיה, מפתחים פתרונות חומרה ותוכנה מותאמים אישית
הדורשים פיתוח Bare Metal כדי לעמוד ביעדי מחקר ספציפיים.
שאלות ותשובות בנושא Bare Metal
ש: האם יש ספקי ענן שמציעים שירותי אירוח Bare Metal?
ת: כן, חלק מספקי הענן מציעים שירותי אירוח Bare Metal, המאפשרים למשתמשים לספק ולנהל שרתים פיזיים ייעודיים באמצעות ממשק ענן.
זה משלב את היתרונות של Bare Metal עם נוחות ענן.
ש: אילו סוגי אפליקציות עובדות הכי טוב בפיתוח Bare Metal?
ת: מערכות זמן אמת, בקרת חומרה ישירה, מחשוב בעל ביצועים גבוהים ועיבוד עם אחזור נמוך, כגון מערכות משובצות,
מערכות בקרה וסימולציות מדעיות.
ש: במה שונה פיתוח Bare Metal מווירטואליזציה?
ת: בפיתוח Bare Metal, התוכנה פועלת ישירות על חומרה פיזית, בעוד וירטואליזציה כוללת הפעלת מספר מכונות וירטואליות (VM) על שרת פיזי יחיד,
שלכל אחת מהן מערכת הפעלה משלה.
וירטואליזציה מספקת בידוד אך מוסיפה תקורה בהשוואה למערכות Bare Metal.
ש: האם ניתן להשיג יתרונות אבטחה באמצעות פיתוח Bare Metal?
ת: מערכות Bare Metal יכולות להציע אבטחה משופרת על ידי צמצום משטח ההתקפה, אך האבטחה תלויה בסופו של דבר בתכנון וביישום של התוכנה.
יש לנקוט באמצעי אבטחה נאותים ברמת האפליקציה והמערכת.
ש: האם פיתוח Bare Metal מאתגר יותר מאשר פיתוח עבור מערכות הפעלה מסורתיות?
ת: פיתוח Bare Metal הוא בדרך כלל מאתגר יותר בשל הצורך באינטראקציה עם חומרה לואו לבל והיעדר הפשטות בהיי לבל.
מפתחים חייבים להיות בעלי מומחיות בתכנות ספציפי לחומרה.
ש: איזה תפקיד משחקת הקושחה בפיתוח Bare Metal?
ת: קושחה, כגון BIOS או UEFI, מאתחלת רכיבי חומרה במהלך אתחול המערכת ומספקת שירותים חיוניים לאתחול ותצורת
חומרה במערכות Bare Metal.
ש: האם ניתן לעבור מ-Bare Metal למערכת הפעלה מסורתית על אותה חומרה?
ת: כן, אפשר לעבור ממערך Bare Metal למערכת הפעלה מסורתית על ידי התקנת מערכת ההפעלה על החומרה.
עם זאת, תהליך זה דורש הגדרה מחדש של התוכנה ורכיבי המערכת.
