虚拟机（Virtual Machine，缩写VM）

定义

虚拟机（Virtual Machine，缩写VM）是基于计算机架构，通过软件对计算机系统进行虚拟化，从而提供跟实体计算机相同功能的计算机系统。它能在完全隔离的环境下，利用软件模拟硬件系统功能，还可实现与物理主机的资源同步 。

分类

• 系统虚拟机：被视为实体计算机高效且独立的副本，是严密隔离、内含操作系统和应用的软件容器。多个虚拟机可置于一台计算机，实现在单个物理服务器（主机）上运行多个操作系统和应用 。比如在一台物理服务器上同时运行Windows和Linux系统的虚拟机，分别提供不同服务。
• 进程虚拟机：支持单一进程，虚拟化软件位于ABI接口、操作系统和硬件组合之上，仿真用户级指令和操作系统调用 。像Java虚拟机（JVM ），支持Java程序运行，消除了Java程序与机器平台的依赖关系。

关键组件

• 虚拟机监视器（Hypervisor）：也叫Virtual Machine Monitor ，是运行在物理服务器和操作系统间的中间软件层，允许多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件，可协调访问服务器上的物理设备和虚拟机，是虚拟化技术核心 。比如在数据中心，Hypervisor可让多个虚拟机共享服务器的CPU、内存、存储等资源。
• 虚拟机管理器（VMM）：用于管理相互独立运行的虚拟机，在逻辑上分离虚拟机，为其分配底层计算能力、内存和存储分片，防止虚拟机相互干扰 。

实现原理

通过软件模拟硬件功能，包括CPU、内存、硬盘、网卡等设备 。以VMware虚拟机为例，安装后创建虚拟机时需指定操作系统类型、分配CPU核心数、内存大小、硬盘容量等资源。创建完成启动虚拟机，其内部操作系统会认为自己在真实硬件上运行。 运行时，Hypervisor负责将虚拟机的硬件访问请求转换为对物理硬件的实际操作，同时管理虚拟机的资源分配和调度 。

优点

• 分区：在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机相互隔离，可同时运行不同操作系统及应用程序，提高硬件利用率，降低成本 。如企业用一台服务器部署多个虚拟机，分别运行数据库、Web服务等。
• 封装：虚拟机及其应用、配置等可封装成文件，便于复制、迁移和备份 。例如可快速复制虚拟机部署新环境，或迁移到其他物理服务器。
• 隔离：虚拟机间相互隔离，一个虚拟机故障或受攻击，不影响其他虚拟机，保障系统稳定性和安全性 。
• 兼容性：能在不兼容的硬件上运行特定操作系统或软件 。比如在新电脑运行老旧软件，可通过虚拟机模拟其兼容的运行环境。

缺点

• 性能损失：运行在宿主操作系统之上，虚拟机性能受物理机性能和虚拟化开销影响，比直接在物理机运行程序性能低 。
• 资源竞争：多个虚拟机共享物理机资源，资源分配不合理会导致资源竞争，影响性能 。如多个虚拟机同时大量占用CPU或内存。
• 软件兼容性问题：部分软件在虚拟机中运行可能出现兼容性问题 。如一些对硬件直接访问要求高的软件。

应用场景

• 开发测试：开发人员可创建多个不同操作系统和环境的虚拟机，测试软件兼容性、稳定性 。如开发跨平台软件，在Windows、Linux、macOS虚拟机分别测试。
• 服务器整合：企业数据中心用虚拟机整合服务器，将多个应用部署在一台物理服务器的不同虚拟机，提高资源利用率，降低能耗和管理成本 。
• 多操作系统体验：用户可在一台计算机体验多个操作系统，无需更换硬件 。如在Windows主机安装Linux虚拟机。
• 软件演示和培训：制作包含特定软件和数据的虚拟机文件，方便软件演示和培训，保证环境一致性 。
• 安全隔离：用于隔离危险或不可信程序，防止对主机系统造成损害 。如运行来源不明软件或进行安全测试。

两类实现