淺析虛擬機技術的特征與應用

摘 要：虛擬機是一個利用軟件來模擬出完整計算機系統的工具。它具有完整的硬件系統功能，運行在一個完全隔離的環境中。虛擬機的使用范圍很廣，如軟件調試、網絡測試、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，大可不用擔心它會傷害你的物理計算機。

關鍵詞：虛擬機；VMware；虛擬機技術

中圖分類號：TP3-4 文獻標識碼：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功能，可以在一個安全的隔離環境中運行操作系統和應用程序。

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來說，是不會也無從分辨物理計算機與虛擬機的區別的。對于操作系統來說，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之上的應用軟件來說，基本上沒有什么區別。

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、各種軟件，在虛擬機中做實驗，以及在企業中，用虛擬機安裝服務系統、服務軟件，對外提供服務。

現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系統上虛擬出多個計算機。

2 虛擬機技術

虛擬機技術其實是一種虛擬化技術，所謂虛擬化技術就是通過軟件形式來模擬計算機軟硬件環境，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、內存、硬盤存儲空間、I/O等）來建立完整的運行環境。簡單來說，虛擬化技術是可以將一臺物理計算機虛擬化實現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、內存、存儲空間等資源就越少，對創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，也不影響現有硬盤上的數據，以及當前操作系統上安裝的軟件，在虛擬機中運行的操作系統與應用軟件與主機是獨立的，就相當于另外增加了一臺（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用程序，它可以模擬一個基于x86的標準PC環境，與所有標準的x86操作系統、應用程序和設備驅動程序完全兼容。這個環境和真實的計算機一樣，都有芯片組、CPU、內存、顯卡、聲卡、網卡、軟驅、硬盤、光驅、串口、并口、USB控制器、SCSI控制器等設備，提供這個應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別，都需要分區、格式化、安裝操作系統、安裝應用程序和軟件，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、安裝應用程序、訪問網絡資源等。對于你而言，它只是運行在你物理計算機上的一個應用程序，但是對于在虛擬機中運行的應用程序而言，它就像是在真正的計算機中進行工作。因此，當你在虛擬機中進行軟件評測時，可能系統一樣會崩潰，但是，崩潰的只是虛擬機上的操作系統，而不是物理計算機上的操作系統，并且，使用虛擬機的Undo（復原）功能，你可以馬上恢復虛擬機到安裝軟件之前的狀態。

3.3 封裝

虛擬機相當于一個軟件容器，它可以將一整套虛擬硬件資源與操作系統及其所有應用程序封裝打包（即轉換為模板）。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創建配置好一套虛擬機系統，你現在想在另外一臺物理計算機上也創建一套一樣的虛擬機系統，那么就可以把創建好的虛擬機系統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及其所有應用程序都是一樣的。

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，能夠設定并且隨時修改虛擬機操作系統的硬件環境參數，如CPU、內存、存儲空間等等，同時I/O（輸入輸出）端口也受到相應的保護，所有虛擬機都能共享物理計算機系統資源。

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（如Windows、Linux），它們之間獨立不相互影響。我們在虛擬機內的操作系統中可以獨立分區，也不會對物理主機的數據造成破壞。

4 虛擬機的應用

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出來的，即為了解決在一個系統中運行另一個系統的問題。例如，在Windows中運行Linux、在Linux中運行Windows、在MAC系統中運行Windows與Linux操作系統，最初是為了專業用戶測試、實驗等需要。

隨著計算機軟件、硬件的飛速發展與企業應用，VM ware推出了VMware GSX Server（用于工作組企業的虛擬機軟件）與VMware ESX Server（用于中大企業的虛擬機軟件）。VMware GSX Server（在4.0之后改名為VMware Server）仍然需要宿主系統（Windows或Linux）的支持，而VMware ESX Server的底層采用了經過精簡與優化的Red Hat Linux系統，所以不再需要宿主系統（實際上VMware ESX Server的宿主系統是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復制出來，在模擬器中運行，從本質上來說，這些“模擬器”也是一種虛擬機。

虛擬機的應用很多，主要有以下四個方面。

4.1 做實驗、測試

IP Pro、計算機愛好者、計算機網管需要經常測試多種操作系統與應用軟件，使用虛擬機可以很容易地實現多種操作系統與多種軟件環境以及網絡環境。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的整個安裝過程，傳統的方式費時費力，并且錄像的效果也不好，使用虛擬機則很容易做到。

4.3 企業服務器合并

目前VMware、Microsoft都提供了企業級的虛擬化軟件，可以在一臺服務器上創建多臺虛擬機，每臺虛擬機可以代替傳統的服務器，這可以減少企業物理服務器數量，降低企業的成本（購置成本與使用成本）。

4.4 運行老的、舊的系統或程序

現在計算機發展很快，而新的計算機硬件可能不支持以前的系統。例如，現在64位的服務器已經很少安裝NetWare操作系統了，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，而現在的主流操作系統已經升級到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 論

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

參考文獻：

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