定義

虛擬機(jī)（Virtual Machine，縮寫(xiě)VM）是基于計(jì)算機(jī)架構(gòu)，通過(guò)軟件對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，從而提供跟實(shí)體計(jì)算機(jī)相同功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它能在完全隔離的環(huán)境下，利用軟件模擬硬件系統(tǒng)功能，還可實(shí)現(xiàn)與物理主機(jī)的資源同步 。

分類

• 系統(tǒng)虛擬機(jī)：被視為實(shí)體計(jì)算機(jī)高效且獨(dú)立的副本，是嚴(yán)密隔離、內(nèi)含操作系統(tǒng)和應(yīng)用的軟件容器。多個(gè)虛擬機(jī)可置于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在單個(gè)物理服務(wù)器（主機(jī)）上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用 。比如在一臺(tái)物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行Windows和Linux系統(tǒng)的虛擬機(jī)，分別提供不同服務(wù)。
• 進(jìn)程虛擬機(jī)：支持單一進(jìn)程，虛擬化軟件位于ABI接口、操作系統(tǒng)和硬件組合之上，仿真用戶級(jí)指令和操作系統(tǒng)調(diào)用 。像Java虛擬機(jī)（JVM ），支持Java程序運(yùn)行，消除了Java程序與機(jī)器平臺(tái)的依賴關(guān)系。

關(guān)鍵組件

• 虛擬機(jī)監(jiān)視器（Hypervisor）：也叫Virtual Machine Monitor ，是運(yùn)行在物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)間的中間軟件層，允許多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享一套基礎(chǔ)物理硬件，可協(xié)調(diào)訪問(wèn)服務(wù)器上的物理設(shè)備和虛擬機(jī)，是虛擬化技術(shù)核心 。比如在數(shù)據(jù)中心，Hypervisor可讓多個(gè)虛擬機(jī)共享服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等資源。
• 虛擬機(jī)管理器（VMM）：用于管理相互獨(dú)立運(yùn)行的虛擬機(jī)，在邏輯上分離虛擬機(jī)，為其分配底層計(jì)算能力、內(nèi)存和存儲(chǔ)分片，防止虛擬機(jī)相互干擾 。

實(shí)現(xiàn)原理

通過(guò)軟件模擬硬件功能，包括CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)卡等設(shè)備 。以VMware虛擬機(jī)為例，安裝后創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)需指定操作系統(tǒng)類型、分配CPU核心數(shù)、內(nèi)存大小、硬盤(pán)容量等資源。創(chuàng)建完成啟動(dòng)虛擬機(jī)，其內(nèi)部操作系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為自己在真實(shí)硬件上運(yùn)行。 運(yùn)行時(shí)，Hypervisor負(fù)責(zé)將虛擬機(jī)的硬件訪問(wèn)請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為對(duì)物理硬件的實(shí)際操作，同時(shí)管理虛擬機(jī)的資源分配和調(diào)度 。

優(yōu)點(diǎn)

• 分區(qū)：在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)相互隔離，可同時(shí)運(yùn)行不同操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，提高硬件利用率，降低成本 。如企業(yè)用一臺(tái)服務(wù)器部署多個(gè)虛擬機(jī)，分別運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)等。
• 封裝：虛擬機(jī)及其應(yīng)用、配置等可封裝成文件，便于復(fù)制、遷移和備份 。例如可快速?gòu)?fù)制虛擬機(jī)部署新環(huán)境，或遷移到其他物理服務(wù)器。
• 隔離：虛擬機(jī)間相互隔離，一個(gè)虛擬機(jī)故障或受攻擊，不影響其他虛擬機(jī)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性 。
• 兼容性：能在不兼容的硬件上運(yùn)行特定操作系統(tǒng)或軟件 。比如在新電腦運(yùn)行老舊軟件，可通過(guò)虛擬機(jī)模擬其兼容的運(yùn)行環(huán)境。

缺點(diǎn)

• 性能損失：運(yùn)行在宿主操作系統(tǒng)之上，虛擬機(jī)性能受物理機(jī)性能和虛擬化開(kāi)銷影響，比直接在物理機(jī)運(yùn)行程序性能低 。
• 資源競(jìng)爭(zhēng)：多個(gè)虛擬機(jī)共享物理機(jī)資源，資源分配不合理會(huì)導(dǎo)致資源競(jìng)爭(zhēng)，影響性能 。如多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)大量占用CPU或內(nèi)存。
• 軟件兼容性問(wèn)題：部分軟件在虛擬機(jī)中運(yùn)行可能出現(xiàn)兼容性問(wèn)題 。如一些對(duì)硬件直接訪問(wèn)要求高的軟件。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 開(kāi)發(fā)測(cè)試：開(kāi)發(fā)人員可創(chuàng)建多個(gè)不同操作系統(tǒng)和環(huán)境的虛擬機(jī)，測(cè)試軟件兼容性、穩(wěn)定性 。如開(kāi)發(fā)跨平臺(tái)軟件，在Windows、Linux、macOS虛擬機(jī)分別測(cè)試。
• 服務(wù)器整合：企業(yè)數(shù)據(jù)中心用虛擬機(jī)整合服務(wù)器，將多個(gè)應(yīng)用部署在一臺(tái)物理服務(wù)器的不同虛擬機(jī)，提高資源利用率，降低能耗和管理成本 。
• 多操作系統(tǒng)體驗(yàn)：用戶可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)體驗(yàn)多個(gè)操作系統(tǒng)，無(wú)需更換硬件 。如在Windows主機(jī)安裝Linux虛擬機(jī)。
• 軟件演示和培訓(xùn)：制作包含特定軟件和數(shù)據(jù)的虛擬機(jī)文件，方便軟件演示和培訓(xùn)，保證環(huán)境一致性 。
• 安全隔離：用于隔離危險(xiǎn)或不可信程序，防止對(duì)主機(jī)系統(tǒng)造成損害 。如運(yùn)行來(lái)源不明軟件或進(jìn)行安全測(cè)試。

兩類實(shí)現(xiàn)