淺析虛擬機技術(shù)的特征與應(yīng)用

摘 要：虛擬機是一個利用軟件來模擬出完整計算機系統(tǒng)的工具。它具有完整的硬件系統(tǒng)功能，運行在一個完全隔離的環(huán)境中。虛擬機的使用范圍很廣，如軟件調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)測試、病毒程序測試等，即使這些程序中帶有病毒，它能做到的也只是破壞你的虛擬系統(tǒng)，大可不用擔(dān)心它會傷害你的物理計算機。

關(guān)鍵詞：虛擬機；VMware；虛擬機技術(shù)

中圖分類號：TP3-4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0104-02

Abstract：Virtual machine is a tool that uses software to simulate the complete computer system. It has the function of complete hardware system and runs in a completely isolated environment. Virtual machines have a wide range of applications，such as software debugging，network testing，virus program testing and so on. Even if there are viruses in these programs，it can only destroy your virtual system and dont worry about your physical computer damaging.

Keywords：virtual machine；VMware；virtual machine technology

1 什么是虛擬機

所謂虛擬機，就是通過軟件形式運行的模擬計算機，它具有與物理計算機一樣的硬件系統(tǒng)功能，可以在一個安全的隔離環(huán)境中運行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

對于我們用戶來說，我們可以分清物理計算機與虛擬計算機，而對于運行在計算機之中的操作系統(tǒng)來說，是不會也無從分辨物理計算機與虛擬機的區(qū)別的。對于操作系統(tǒng)來說，不管是物理計算機還是虛擬機，都是一樣的。同樣，對于運行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用軟件來說，基本上沒有什么區(qū)別。

所以，我們可以像使用真正的物理計算機一樣使用虛擬機，在虛擬機中安裝各種操作系統(tǒng)、各種軟件，在虛擬機中做實驗，以及在企業(yè)中，用虛擬機安裝服務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)軟件，對外提供服務(wù)。

現(xiàn)在比較流行的虛擬機軟件有VMware Workstation、Virtual Box和Virtual PC，它們都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個計算機。

2 虛擬機技術(shù)

虛擬機技術(shù)其實是一種虛擬化技術(shù)，所謂虛擬化技術(shù)就是通過軟件形式來模擬計算機軟硬件環(huán)境，通過共享宿主機（安裝虛擬機軟件的物理計算機）的部分硬件（如主板芯片、CPU、內(nèi)存、硬盤存儲空間、I/O等）來建立完整的運行環(huán)境。簡單來說，虛擬化技術(shù)是可以將一臺物理計算機虛擬化實現(xiàn)多個具備計算機功能的虛擬機，所分配出的多個虛擬機都完全具備完整計算機的特性；但物理計算機的整體性能也會被各個虛擬機所劃分，因此分配的虛擬機越多，各個虛擬機所分配的CPU、內(nèi)存、存儲空間等資源就越少，對創(chuàng)建虛擬機的物理計算機配置要求也越來越高。

3 虛擬機的特征

使用個人虛擬機軟件（如VMware的Workstation、Microsoft的Virtual PC）不需要對物理硬盤重新分區(qū)，也不影響現(xiàn)有硬盤上的數(shù)據(jù)，以及當(dāng)前操作系統(tǒng)上安裝的軟件，在虛擬機中運行的操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件與主機是獨立的，就相當(dāng)于另外增加了一臺（或多臺）計算機一樣。

虛擬機具備以下四個比較關(guān)鍵特征。

3.1 兼容性

虛擬機軟件是在物理計算機上運行的應(yīng)用程序，它可以模擬一個基于x86的標(biāo)準(zhǔn)PC環(huán)境，與所有標(biāo)準(zhǔn)的x86操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序完全兼容。這個環(huán)境和真實的計算機一樣，都有芯片組、CPU、內(nèi)存、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)、串口、并口、USB控制器、SCSI控制器等設(shè)備，提供這個應(yīng)用程序的窗口就是虛擬機的顯示器。

在使用上，這臺虛擬機和真正的物理主機沒有太大的區(qū)別，都需要分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序和軟件，一切操作都跟一臺真正的計算機一樣。

3.2 隔離性

通過虛擬機軟件，你可以在一臺物理計算機上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作，例如你可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等。對于你而言，它只是運行在你物理計算機上的一個應(yīng)用程序，但是對于在虛擬機中運行的應(yīng)用程序而言，它就像是在真正的計算機中進行工作。因此，當(dāng)你在虛擬機中進行軟件評測時，可能系統(tǒng)一樣會崩潰，但是，崩潰的只是虛擬機上的操作系統(tǒng)，而不是物理計算機上的操作系統(tǒng)，并且，使用虛擬機的Undo（復(fù)原）功能，你可以馬上恢復(fù)虛擬機到安裝軟件之前的狀態(tài)。

3.3 封裝

虛擬機相當(dāng)于一個軟件容器，它可以將一整套虛擬硬件資源與操作系統(tǒng)及其所有應(yīng)用程序封裝打包（即轉(zhuǎn)換為模板）。虛擬機模板可以在不同的物理計算機之間進行遷移和管理使用。例如，你在一臺物理計算機上已經(jīng)創(chuàng)建配置好一套虛擬機系統(tǒng)，你現(xiàn)在想在另外一臺物理計算機上也創(chuàng)建一套一樣的虛擬機系統(tǒng)，那么就可以把創(chuàng)建好的虛擬機系統(tǒng)封裝打包拷貝到另一臺物理計算機上運行使用，它們的虛擬硬件資源與操作系統(tǒng)及其所有應(yīng)用程序都是一樣的。

3.4 硬件獨立性

虛擬機具有完全獨立于其底層物理硬件的特性，能夠設(shè)定并且隨時修改虛擬機操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境參數(shù)，如CPU、內(nèi)存、存儲空間等等，同時I/O（輸入輸出）端口也受到相應(yīng)的保護，所有虛擬機都能共享物理計算機系統(tǒng)資源。

同一臺物理計算機上可以配置多個不同屬性的虛擬硬件組件，同一臺物理計算機上可以安裝不同類型的操作系統(tǒng)（如Windows、Linux），它們之間獨立不相互影響。我們在虛擬機內(nèi)的操作系統(tǒng)中可以獨立分區(qū)，也不會對物理主機的數(shù)據(jù)造成破壞。

4 虛擬機的應(yīng)用

虛擬機最初的用途比較簡單，例如，在MAC平臺上運行Windows軟件。最初的虛擬機就是在這種情況下開發(fā)出來的，即為了解決在一個系統(tǒng)中運行另一個系統(tǒng)的問題。例如，在Windows中運行Linux、在Linux中運行Windows、在MAC系統(tǒng)中運行Windows與Linux操作系統(tǒng)，最初是為了專業(yè)用戶測試、實驗等需要。

隨著計算機軟件、硬件的飛速發(fā)展與企業(yè)應(yīng)用，VM ware推出了VMware GSX Server（用于工作組企業(yè)的虛擬機軟件）與VMware ESX Server（用于中大企業(yè)的虛擬機軟件）。VMware GSX Server（在4.0之后改名為VMware Server）仍然需要宿主系統(tǒng)（Windows或Linux）的支持，而VMware ESX Server的底層采用了經(jīng)過精簡與優(yōu)化的Red Hat Linux系統(tǒng)，所以不再需要宿主系統(tǒng)（實際上VMware ESX Server的宿主系統(tǒng)是Linux）。

另外，有許多我們小時候常玩的、接在電視上的游戲機，一些愛好者們自己制作了可以運行在x86計算機上的“模擬器”，并且將游戲機的ROM復(fù)制出來，在模擬器中運行，從本質(zhì)上來說，這些“模擬器”也是一種虛擬機。

虛擬機的應(yīng)用很多，主要有以下四個方面。

4.1 做實驗、測試

IP Pro、計算機愛好者、計算機網(wǎng)管需要經(jīng)常測試多種操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件，使用虛擬機可以很容易地實現(xiàn)多種操作系統(tǒng)與多種軟件環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。程序員也可以用虛擬機測試軟件。

4.2 做演示錄像

如果想捕獲操作系統(tǒng)的整個安裝過程，傳統(tǒng)的方式費時費力，并且錄像的效果也不好，使用虛擬機則很容易做到。

4.3 企業(yè)服務(wù)器合并

目前VMware、Microsoft都提供了企業(yè)級的虛擬化軟件，可以在一臺服務(wù)器上創(chuàng)建多臺虛擬機，每臺虛擬機可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的服務(wù)器，這可以減少企業(yè)物理服務(wù)器數(shù)量，降低企業(yè)的成本（購置成本與使用成本）。

4.4 運行老的、舊的系統(tǒng)或程序

現(xiàn)在計算機發(fā)展很快，而新的計算機硬件可能不支持以前的系統(tǒng)。例如，現(xiàn)在64位的服務(wù)器已經(jīng)很少安裝NetWare操作系統(tǒng)了，而許多場合仍然在采用NetWare，這時候可以使用虛擬機；有些軟件只能運行在Windows XP中，而現(xiàn)在的主流操作系統(tǒng)已經(jīng)升級到Windows 7，此時可以在Windows 7中運行Windows XP的虛擬機，在虛擬機中運行以前的程序。

5 結(jié) 論

虛擬的系統(tǒng)和真實的系統(tǒng)沒有什么區(qū)別，有自己的硬件，BIOS等等，你可以隨便對其進行操作，包括分區(qū)、格式化，完全不需要擔(dān)心會對現(xiàn)有的系統(tǒng)有任何的影響。虛擬機可以在一臺機器上同時運行幾個操作系統(tǒng)，特別適合于IT從業(yè)人員、開發(fā)人員以及軟件支持人員，因為這一類的從業(yè)人員都會同時使用兩個以上的操作系統(tǒng)以便于開發(fā)和測試的需求。

參考文獻：

[1] 方莉.淺析虛擬機技術(shù)在計算機硬件與軟件課程教學(xué)中的應(yīng)用 [J].科技資訊，2017，15（7）：19-20.

[2] 沐士光，師秀鳳.虛擬化技術(shù)探討 [J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2009（7）：275-276.

[3] 王曉梅，馬芳.計算機虛擬化技術(shù)應(yīng)用分析 [J].信息與電腦（理論版），2012（5）：136-137.

作者簡介：黃俊杰（1984-），男，漢族，廣東徐聞人，教師，助教。研究方向：計算機應(yīng)用。