虚拟机基础

什么是虚拟机？

虚拟机指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在虚拟机中，一台或多台客户机可以运行在一台主机上。

每个虚拟机都有自己的操作系统，独立于其他虚拟机，即使它们位于同一物理主机上。虚拟机通常运行在服务器上，但也可以运行在桌面系统上，甚至是嵌入式平台上。多个虚拟机可以共享一个物理主机的资源，包括 CPU 周期、网络带宽和内存。

企业通过服务器虚拟化可以更有效地利用其物理服务器的计算能力，减少物理服务器的数量并节省数据中心的空间。 

虚拟机如何工作？

一般来说，有两种类型的虚拟机：程序虚拟机（将单个程序分开）和系统虚拟机（将操作系统和应用程序与物理计算机完全分离）。程序虚拟机的例子包括 Java 虚拟机、.NET Framework 和 Parrot 虚拟机。

系统虚拟机依赖管理程序（hypervisor）作为中间人，提供软件对硬件资源的访问。hypervisor模拟计算机的 CPU、内存、硬盘、网络和其他硬件资源，创建一个资源池，可以根据各个虚拟机的特定需求将资源分配给它们。Hypervisor 可以支持多个相互隔离的虚拟硬件平台，使虚拟机能够在同一物理主机上运行 Linux 和 Windows Server 操作系统。

该领域的知名企业包括 VMware (ESX/ESXi)、Intel/Linux Foundation (Xen)、Oracle（适用于 SPARC 的 MV 服务器和适用于 x86 的 Oracle VM 服务器）和微软（Hyper-V）。

台式计算机系统也可以使用虚拟机。例如Mac 用户在自己的Mac上运行虚拟Windows系统。

管理程序有哪两种类型？

管理程序负责管理资源，并将资源分配给虚拟机使用。还可以根据管理程序和虚拟机的配置方式来调度和调整资源的分配方式，并且可以根据需求波动重新分配资源。大多数虚拟机管理程序可分为以下两类:

Type1：裸机管理程序直接在物理主机上运行，并且可以直接访问硬件。这类管理程序通常在服务器上运行，通常比 2 类管理程序更高效、性能更好，非常适合服务器、桌面和应用程序虚拟化。这类管理程序包括 Microsoft Hyper-V 和 VMware ESXi。

Type2：有时称为托管管理程序，这类管理程序安装在主机操作系统上，负责管理对硬件资源的调用，通常部署在最终用户系统上。这类管理程序包括 VMware Workstation 和 Oracle VirtualBox。

优缺点

优点：

• 用户可以在单个硬件上运行多个操作系统，从而节省企业的时间、管理成本和物理空间。
• 开发人员可以使用虚拟机在安全的沙盒环境中测试应用程序。有助于隔离恶意软件，由于虚拟机内的软件无法篡改主机，恶意软件无法传播。

缺点：

• 在一台物理主机上运行多个虚拟机可能会导致性能不稳定，尤其是在不满足特定应用程序的基础架构要求的情况下。这也使它们在很多情况下比物理计算机效率低。 
• 如果物理服务器崩溃，在其上运行的所有应用程序都会崩溃。

虚拟机和容器

虚拟机的增长促进了容器等技术的进一步发展，使这一概念又向前迈进了一步。容器可以对单个应用程序及其依赖项进行虚拟化。与虚拟机相比，容器的开销要少得多，只包含二进制文件、库和应用程序。

虽然有些人认为容器的开发可能会扼杀虚拟机，但虚拟机有足够的能力和优势来推动技术向前发展。例如，在同时运行多个应用程序或在旧操作系统上运行传统应用程序时，虚拟机仍然发挥很大作用。

此外，还有人认为容器不如虚拟机管理程序安全，因为容器只有一个应用程序共享的操作系统，而虚拟机可以隔离应用程序和操作系统。

IDC 软件定义计算部门的研究经理 Gary Chen 在IDC的《2019-2022年全球虚拟机软件预测》中写道:“虚拟机软件市场非常有弹性，并将在未来五年继续积极增长，尽管该市场已经非常成熟并接近饱和。”