虚拟机（VM）：为什么以及何时需要？

Virtual machines 允许你在桌面的应用窗口中运行操作系统，作为一个完整且独立的设备运行。你可以用它体验各种操作系统、运行主操作系统无法运行的应用，以及在安全的虚拟化环境中试用应用。

虚拟机的整个概念是提供一个设备，将来自真实主机的资源分配到我们的虚拟环境。资源分配根据用户的需求进行设置，意味着可以对 CPU、RAM 或分配给我们虚拟机的存储容量设置具体限制。虚拟机使用 virtualization technology.

什么是虚拟化技术？

虚拟化是指在一台计算机上运行一个或多个虚拟实例的方法。这个概念最初在20世纪60年代由系统开发人员提出，目的是在大型主机内逻辑分配系统资源供各种应用使用。云计算就是虚拟化如何提高资源利用率和计算能力的典范。由于它能分配资源，所以非常经济高效。

在虚拟化技术出现之前，如果操作员需要同时运行两个操作系统（如 Windows 和 Linux），必须管理两个独立的操作系统并在它们之间切换。同一时间只能使用其中一个，而且会占用硬件的全部性能。

虚拟化的不同类型

虚拟化技术让你可以在一个系统上创建多个隔离的虚拟环境。虚拟化框架使用专门的软件在其中高效地构建隔离的虚拟环境，让多个操作系统运行其中，并为每个虚拟实例分配单独的资源。

如今，传统数据中心或IT基础设施的各个部分都可以通过以下几种虚拟化形式实现虚拟化：

• server virtualization
  服务器虚拟化使计算资源得以更高效地利用。它允许一台计算机同时运行多个操作系统。这是通过创建计算机和操作系统的虚拟副本（虚拟机），然后将它们整合到单个物理服务器中实现的。

• 操作系统虚拟化
  操作系统或软件虚拟化创建一个具有硬件的计算系统，使一个或多个客户操作系统能在物理主机上运行。例如，Android OS 可以在原本运行 Microsoft Windows OS 的主机上运行，并使用主机相同的硬件。模拟器是常用的操作系统虚拟化技术。如需了解模拟器的详细信息，可以查看我们的文章 PC 上最轻量的 Android 模拟器.

• Data virtualization
  数据虚拟化技术位于多个数据源前端，能将它们作为单个源来处理。它在适当的时间以特定格式向任何应用或用户提供所需数据。优势包括提高效率和速度、负载均衡和降低成本。
• 网络功能虚拟化
  网络虚拟化在同一物理网络上创建多个子网。它也将可用带宽划分为多个独立的网络，每个网络都可以实时分配给服务器和计算机。优势包括提高可靠性、网络速度和稳定性，以及增强数据使用监控能力。
• Desktop virtualization
  桌面虚拟化让中央管理员（或自动化管理软件）能够一次性向数百台物理计算机部署虚拟桌面环境。与需要在每台计算机上物理安装、配置和修改的传统桌面环境不同，桌面虚拟化使管理员能够对所有虚拟桌面同时执行大规模的配置、升级和安全测试。

VDI 和 RDP 的区别是什么？

VDI 和 RDS 是两种桌面虚拟化和远程桌面技术。RDS 基于远程桌面协议（Remote Desktop Protocol）或 RDP。两者都能提供高性能、安全性以及远程办公的灵活性，但各有差异、优劣和局限。

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虚拟机如何工作？

虚拟机作为一个进程运行，比如像一个应用窗口，相当于物理计算机上的任何其他应用。组成虚拟机的主要文件包括 log file, an NVRAM 设置文件, a 虚拟磁盘文件, and a configuration file.

你的主机上可能运行多个虚拟机，这些虚拟机中的操作系统称为客户机。由于客户机操作系统与主操作系统和其他虚拟机相互独立，对客户机所做的任何修改都不会影响主机或其他虚拟机。

什么是虚拟机管理器？

虚拟机无法直接与物理机通信。hypervisor是一个轻量级软件层，用于协调虚拟机与底层物理硬件之间的通信。管理程序用来将实际虚拟机与云环境隔离开来。它通常为客户操作系统提供虚拟操作平台，并控制客户操作系统的执行。

虚拟化层不仅在多个操作系统之间提供了隔离的虚拟边界，还能够模拟传统物理机的硬件组件。处理器、输入输出、内存等硬件资源都会以虚拟化副本的形式在虚拟化层中可用。由于虚拟化层能够将每个模拟设备彼此分离，一个虚拟环境可以包含多个虚拟化层，并支持数量不断增加的虚拟机。

2 Types of Hypervisors

虚拟化主要采用两种超级监管程序：

• 第 1 类：裸金属管理程序（进程虚拟机）
  裸金属虚拟化管理程序直接运行在硬件之上，监控和管理虚拟机操作系统。裸金属虚拟化管理程序通常用于企业环境，因为它们支持物理资源超配。使用这类虚拟化管理程序，你可以为一组虚拟机分配更多资源。

• 类型 2：托管型管理程序（系统虚拟机）
  The Hosted Hypervisor would run on a physical host server within the operating system. That’s why they’re named the “Hosted Hypervisor.” The biggest distinction between type 1 and type 2 hypervisors is that type 1 operates on hardware, and type 2 runs within the operating system.

虚拟机不需要特定的超级监控器硬件。但是，如果单台设备要运行多个虚拟机，虚拟化需要比普通服务器或计算机消耗更多的带宽、存储和计算能力。

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虚拟机有哪些优势？

过去十年里，虚拟机一直是 cloud computing，使数千个各类软件和工作负载能够高效运行和扩展。

1- 与系统其他部分隔离的独立环境

虚拟机提供了一个与系统其他部分隔离的环境，因此在虚拟机内运行的任何东西都不会与主机硬件上运行的其他程序产生冲突。由于虚拟机是独立的，它们是测试新应用或搭建生产环境的便捷方式。你也可以运行专用虚拟机来支持特定的操作。

2- 可以测试新的桌面操作系统

虚拟机让你在桌面上试用新的操作系统，而不会影响主系统。数字计算机对恶意软件研究人员也很有用，他们经常用新机器测试恶意代码。此外，使用虚拟浏览机可以让你安全访问网站，不用担心感染风险。

3- 适合企业开发者使用

虚拟机是帮助商业开发人员的理想方案。开发人员可以用合适的设置配置虚拟机模板，用于软件开发和测试。他们可以为特定任务（比如静态软件测试）快速创建虚拟机。

4- 虚拟机的灵活性

从灵活性来看，虚拟化允许快速部署各种虚拟机。你可以根据操作系统、资源分配和其他因素进行自定义。大多数虚拟机提供商还支持构建自定义模板，点击按钮即可快速部署。

5- 在网络中易于迁移和转移

虚拟机可以根据需要在网络中的物理计算机之间迁移。这样可以将工作负载重新分配到具有额外处理资源的服务器。虚拟机也可以在本地和云环境之间切换，非常适合混合云服务，在这种服务中你可以在数据中心和云服务商之间共享处理资源。

6- 虚拟机具有成本效益

硬件更新的持续成本对任何公司来说都很高。虽然虚拟机仍然需要设备和软件许可证，但它们是更经济的解决方案。这是因为虚拟机的资源使用可以比基于多硬件的系统更灵活、更有序地管理。

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虚拟机有哪些劣势？

另一方面, 虚拟机的效率可能低于独立服务器，因为它们可能无法直接访问硬件。换句话说，它们没有自己的硬件，需要通过父操作系统进行交互，这会降低硬件响应速度。

1- 虚拟机会占用系统资源

虚拟机会占用宿主机的大量系统资源，尤其是在运行多个虚拟机的情况下。此外，如果资源分配配置不当，宿主机和其他所有虚拟机都可能崩溃。

2- 不适合游戏玩家使用

对图形和处理能力要求高的游戏或其他应用在虚拟机上表现不佳，因此虚拟机不是在 Windows、Linux 或 macOS 上玩 PC 游戏的最佳方案，除非游戏较旧或对图形要求不高。

3- 可能需要较大的存储空间

配置多个虚拟机需要占用物理服务器的大量存储空间。特别是当虚拟环境中虚拟机数量不断增加时，你需要注意资源耗尽指标。合理的资源管理是确保虚拟环境安全可靠的关键。一旦你能够最小化虚拟机资源使用相关的问题，就能建立可持续的虚拟机系统。

虚拟机与容器的对比

容器是虚拟化世界的另一个组成部分，但它们不基于虚拟机监管程序软件。本质上，容器是一个虚拟操作系统，不包含完整虚拟机的虚拟硬件组件。

容器可以在虚拟机内运行，存在于虚拟机监管程序中，但它们只是虚拟机的一部分。当你需要在同一操作系统上运行多个程序而无需使用多个操作系统时，容器会很有帮助。

The 容器的主要优势 是它们的停机时间比虚拟机少。容器只包含二进制文件、库和其他必要组件以及应用程序。同一宿主机上的容器运行相同的操作系统内核，这使它们轻量级，因此快速且便携。

因此，容器可以更快地启动、优化服务器容量，并使应用程序交付更加便利。容器在网络服务器、DevOps 测试、微服务和优化每个节点可安装应用数量等场景中应用广泛。

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虚拟机与 VPS 的对比

虚拟专用服务器(VPS)利用虚拟化技术将物理服务器划分为虚拟容器，每个容器都可作为独立的物理服务器。每个 VPS 都为用户提供 root 访问权限和完全控制，包括启动和结束任何操作的权限，以及停止和重启 VPS 本身的权限。

云服务中的虚拟机也使用虚拟化技术将服务器分配给虚拟容器。在这个层级，VPS 和虚拟机之间没有区别，因为它们使用相同的虚拟化技术。

VPS 主机托管和虚拟机托管的关键区别在于数据的维护方式，以及物理服务器和虚拟容器的处理方式。对于 VPS 主机托管，VPS 容器位于自包含服务器上，该服务器拥有自己的磁盘驱动器集合，通常采用 RAID 阵列以提高效率。

虚拟机应用

有多个热门虚拟机应用可供选择。下面是 最佳虚拟机软件选项的简要概览，但请务必查阅我们的详细指南获取专业对比分析。

• VirtualBox
• KVM with Qemu
• VMware Workstation
• Xen
• Citrix Hypervisor

Conclusion

虽然容器和虚拟机各有优缺点，但适合你公司的选择取决于当前的项目需求。不过，两者都可以是成本更低的计算方案。

简单来说，虚拟机是一种更经济的解决方案，能帮你更高效地管理整个系统工作流，并在不同虚拟机之间更有效地分配资源。

这是一个理想的环境，可用于评估其他操作系统(包括测试版本)、隔离感染病毒的数据、为操作系统生成备份，以及在非原本设计运行的操作系统上运行软件或应用程序。

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