什么是虚拟机？虚拟机工作原理指南

虚拟机 (VM) 是一种基于软件的计算机，它运行的操作系统 (OS) 和应用程序与主机不同。例如，您可以在 Windows 计算机上运行 Linux VM。

上个世纪，计算机的力量改变了世界。如今，它们服务于我们的关键基础设施、业务运营等。同样，虚拟机已成为新千年企业计算的基石。

虽然虚拟化技术于 20 世纪 60 年代推出，但直到 1999 年 VMware 推出工作站后，虚拟机才成为一种可销售的解决方案。现在，Future Market Insight预测，到 2033 年，全球虚拟机市场将达到 1773 亿美元的估值。全球数字化转型、云计算的兴起、成本节约以及尖端技术的普及推动了市场的增长。

本文深入探讨了虚拟机是什么、它为什么有价值、它如何工作以及在转向虚拟化时需要考虑什么。

虚拟机的工作原理

虚拟机是一种独立的服务器，它不依赖硬件运行，而是使用软件。管理员可以从一台物理主机服务器运行多个“客户”虚拟机，这些虚拟机具有各自的操作系统和用途。

作为参考，操作系统是安装在硬件中用于管理机器操作的基础软件。但是，由于应用程序（为最终用户设计的软件程序）是特定于操作系统的，因此本机操作系统可能会限制用户探索其他系统和应用程序的能力。

与其主机服务器一样，虚拟机包含内存、网络接口、存储和分配的 CPU 容量。虚拟机管理程序将虚拟机客户机彼此隔离，而物理主机的资源则根据需要在虚拟机之间共享。

使用虚拟机的优点和缺点

使用虚拟机的好处包括节省成本、灵活性和可移植性。虚拟机允许管理员从单个物理设备管理数百台虚拟计算机。虚拟机还可以快速地从一台物理设备移动至另一台物理设备。

虚拟机的运行方式与任何计算机一样，但只占用物理硬件的一小部分。例如，管理员可以从主机运行十几台虚拟机，每台虚拟机都可充当独立的操作系统。

VM 部署已经是服务器虚拟化的热门选择，它非常适合当今的混合基础设施。

这些优势使得虚拟机被各行各业采用，并在其云环境中运行。

然而，虚拟机的许多优点也暴露了其缺点。虽然虚拟机可以做很多事情，但它们的生产力自然不如独立的物理主机，因为它们从物理主机中获取所有功能，并且必须与其他客户虚拟机共享如此多的资源。

您需要虚拟机吗？

您是否曾经想要拥有多台计算机？旧计算机贬值速度快，而您想保留其内容？您是否同时为 Windows、Mac 和 Linux 开发应用程序？

如果您有这些问题，那么虚拟机可以成为您技术工具包的宝贵补充。从组建计算机大军到保存旧数据以及开发跨操作系统运行的应用程序，虚拟机可以做到这一切，甚至更多。

虚拟化的另一个吸引人的特点是它对库存和成本的影响。企业可以削减成本，提高利用率，并减少硬件问题，只需使用一小部分硬件，包括磁盘、驱动器和服务器设备。

虚拟机与数据中心、软件开发人员和 IT 组织最为相关。但是，它们也可以在最终用户 PC 和笔记本电脑上使用，以隔离工作负载或应用程序。

虚拟机的类型

虚拟机主要有两种类型：进程虚拟机和系统虚拟机。系统虚拟机会创建一个完整的虚拟操作系统环境，本质上与标准物理计算机相同，而进程虚拟机仅会暂时模拟操作系统以运行特定应用程序或进程。

以下是这两种类型的虚拟机的更详细比较：

虚拟机与容器

容器和虚拟机经常被混淆，因为它们都从单一平台运行独立的应用程序。它们的区别在于大小、速度、工作负载效率以及与主机的集成。

虽然虚拟机可以模拟计算机硬件并以 GB 为单位来衡量数据，但容器通常只能容纳单个应用程序或进程（以 MB 为单位）。轻量级容器在速度和微服务部署方面比虚拟机具有天然优势。相比之下，虚拟机更适合管理更大的工作负载和应用程序。

如何部署虚拟机

虚拟机部署背后的技术是称为虚拟机管理程序的软件机制。虚拟机管理程序位于硬件和客户虚拟机之间，在物理主机上运行并监督现有虚拟机。虚拟机管理程序不仅可用于服务器虚拟化，还能够虚拟化应用程序、存储和桌面。

部署虚拟机管理程序不仅为管理员提供了所需的管理功能，还提供了实施微分段的机会。另一个发展迅速的趋势是嵌入虚拟机管理程序（如基于内核的 Linux 虚拟机 (KVM)）的设备销售。顶级虚拟机管理程序供应商包括VMware、Microsoft和Red Hat。

8 个虚拟机用例

由于灵活性是虚拟机的主要优势之一，因此有大量的潜在用例。您可能会考虑的一些常见用例包括优化容量利用率、运行旧版软件和不同的操作系统、系统级快照以及用于探索和修改的沙盒环境。

优化产能利用率

采用虚拟机的最大好处或许是扩大了存储、应用程序和处理能力。虚拟化提供了压缩工作负载的机会，从而减少了工作负载所在的物理空间以及所需的设备和开销。通过减少本地空间占用，组织可以管理比以往更多的资源。

运行旧版软件

旧版软件应用程序可能会与较新的操作系统版本不兼容，或无法供组织员工使用。这可能是由于 IT 团队有意迁移或软件开发人员终止支持。无论是哪种情况，员工想要使用旧版应用程序都不是问题。使用虚拟机，用户可以重新创建运行已停用的程序所需的环境。

使用不同的操作系统

虚拟机最常见的用例是从单个物理主机访问一组不同的操作系统。无论主机的本机操作系统是什么，IT 人员创建或复制新机器的能力使跨操作系统开发变得更容易。

系统级快照

在调整虚拟机时，用户会发现快照功能对于保存客户机版本非常有用。此功能允许客户端保存当前系统的状态和数据，包括磁盘、内存和虚拟网络接口 (VNI) 卡。用户可以创建和管理多个快照以在其虚拟机上进行测试，但请注意，长时间在快照上运行虚拟机可能会导致不稳定和数据丢失。

开发非原生操作系统软件

虚拟机的一个不变主题是它们对需要大量访问不同计算机系统的开发人员和专业人士的价值。不久前，程序员还不得不将时间分配到不同类型的设备（例如桌面平台和移动平台）上，而虚拟机则为更快、更顺畅的跨操作系统应用程序开发打开了大门。

提供安全的沙盒

VM 的服务器安全特性之一是它们是物理主机内的隔离环境。由于它们不是使用自己硬件的独立计算机，其操作系统和应用程序也不连接到主机或其他客户机，因此 VM 可以成为在隔离环境中测试可疑文件、新项目等的绝佳场所，而不必担心损害系统本身。

系统探索和调整

虽然开发人员在使用计算机时可能会有详细的目标计划，但技术爱好者通常没有任何计划就开始使用。许多用户希望通过说明书、网络指南等来探索设备的功能。对于好奇的人来说，虚拟机提供了一个可以随意摆弄的游乐场。无论是学习新的操作系统还是拆解计算机，虚拟机都为感兴趣的用户提供了探索的空间。

将虚拟机复制到其他机器

由于单个主机可以为多个虚拟机提供服务，因此很容易理解为什么它们如此容易复制。此功能的一个警告是，虚拟机仅限于其虚拟机管理程序所服务的目标。否则，虚拟机将包含在几个文件中，并且可以转移到其他主机。

顶级虚拟机解决方案

VM 市场多种多样，有众多选择和新公司提供 VM。Microsoft、Red Hat、Canonical、Oracle、Linux Mint 和 IBM 是领先的 VM 提供商。让我们来看看三种流行的 VM 产品。

微软 Azure

Microsoft Azure 虚拟机是最受欢迎的云计算服务之一，允许用户按需创建和运行虚拟机。Azure 为不同的工作负载提供各种选项，包括 Windows 和 Linux 操作系统、多种大小和配置以及高可用性和可扩展性功能。

用户还可以从与其他 Azure 服务（例如存储、网络、安全和管理）集成中受益。Azure VM 为用户提供了对其云基础架构的更多控制和灵活性，同时降低了成本和复杂性。

价格

在您创建新帐户后，Microsoft Azure 会为您提供为期 12 个月的免费 Windows 或 Linux 虚拟机。此后，他们会提供一个方便（但非常复杂）的成本计算器来估算您的费用。

规范的Ubuntu

Canonical Ubuntu 虚拟机是基于云的实例，可在 Amazon Web Services (AWS) 和 Microsoft Azure 等流行平台上运行。它们为需要可靠且可扩展解决方案的企业和开发人员提供增强的安全性、合规性和支持功能。它们与 Linux、Windows 和 Mac OS 兼容。

Ubuntu Pro 虚拟机之所以受欢迎，是因为它们提供开源资源，让开发人员拥有完全的自由，同时还通过更新、补丁和修复以及来自 Canonical 及其合作伙伴的认证软件包和工具来降低与开源相关的风险。

价格

Ubuntu Pro VM 的起价为每年 25 美元（单个桌面，无支持）或每年 300 美元（全天候支持）。对于具有无限 VM 的服务器，起价为每年 500 美元（无支持），或每年 3,400 美元（全支持）。

红帽虚拟化

Red Hat Virtualization (RHV) 是一个全面的企业级虚拟化平台，可让您在单个或集群基础架构上运行和管理虚拟机。RHV 基于 Linux 构建，可为您的工作负载提供高性能、可扩展性、安全性和灵活性。

RHV 之所以受欢迎，是因为它基于 Linux、KVM 和 oVirt 等开放标准和技术。RHV 还与其他 Red Hat 产品和服务（如 Ansible、Satellite 和 OpenShift）集成，为您的混合云环境提供完整的解决方案。

价格

RHV 标准版起价为每个虚拟机管理程序每年 999 美元，高级版起价为每个虚拟机管理程序每年 1,499 美元。

结论：虚拟机可实现运营灵活性

虽然计算机虚拟化可以追溯到 20 世纪 60 年代，但虚拟机的普及却是 21 世纪的现象。随着软件开发和应用程序成为优先事项，访问多个操作系统和独立的内部环境变得至关重要。

虚拟机提供：

• 运营灵活性
• 集中管理
• 灾难恢复保护
• 减少开销和停机时间
• 可扩展性

为了服务未来的组织、应用程序和工作负载，虚拟机将继续成为提高企业生产力的重要组成部分。