一文掌握虛擬機

#今天的許多尖端技術，如雲端運算、邊緣運算和微服務，都源自於虛擬機器的概念——將作業系統和軟體實例從底層實體電腦中分離出來。

#什麼是虛擬機器？

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#虛擬機器指透過軟體模擬的具有完整硬體系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整電腦系統。在虛擬機器中，一台或多台客戶機可以運行在一台主機上。

 

虛擬機器的起源可以追溯到1960年代早期。每個虛擬機都有自己的作業系統，獨立於其他虛擬機，即使它們位於同一實體主機上。虛擬機器通常運行在伺服器上，但也可以運行在桌面系統上，甚至是嵌入式平台。多個虛擬機器可以共享一個實體主機的資源，包括 CPU 週期、網路頻寬和記憶體。

 

虛擬機在過去的20年裡獲得了極大的發展，企業透過伺服器虛擬化可以更有效地利用其實體伺服器的運算能力，減少實體伺服器的數量並節省資料中心的空間。 

#虛擬機器如何運作？

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#一般來說，有兩種類型的虛擬機器：程式虛擬機器（將單一程式分開）和系統虛擬機器（將作業系統和應用程式與實體電腦完全分開）。程式虛擬機器的範例包括 Java 虛擬機器、.NET Framework 和 Parrot 虛擬機器。

 

系統虛擬機器依賴管理程式（hypervisor）作為中間人，提供軟體對硬體資源的存取。 hypervisor模擬電腦的 CPU、記憶體、硬碟、網路和其他硬體資源，建立一個資源池，可以根據各個虛擬機器的特定需求將資源分配給它們。 Hypervisor 可以支援多個相互隔離的虛擬硬體平台，使虛擬機器能夠在同一實體主機上執行 Linux 和 Windows Server 作業系統。另外，搜尋公眾號程式技術圈後台回覆“大禮包”，取得一份驚喜禮包。

 

該領域的知名企業包括VMware (ESX/ESXi)、Intel/Linux Foundation (Xen)、Oracle（適用於SPARC的MV 伺服器和適用於x86 的Oracle VM 伺服器）和微軟（Hyper-V）。

 

桌上型電腦系統也可以使用虛擬機器。例如Mac 用戶在自己的Mac上運行虛擬Windows系統。

 

管理程式有哪兩種類型？

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管理程式負責管理資源，並將資源指派給虛擬機器使用。它還可以根據管理程序和虛擬機器的配置方式來調度和調整資源的分配方式，並且可以根據需求波動重新分配資源。大多數虛擬機器管理程式可分為以下兩個類別:

 

Type1：

裸機管理程式直接在實體主機上運行，並且可以直接存取硬體。這類管理程式通常在伺服器上運行，通常比 2 類管理程式更有效率、效能更好，非常適合伺服器、桌面和應用程式虛擬化。這類管理程式包括 Microsoft Hyper-V 和 VMware ESXi。

Type2：###有時稱為託管管理程序，這類管理程序安裝在主機作業系統上，負責管理對硬體資源的調用，通常部署在最終用戶系統上。這類管理程式包括 VMware Workstation 和 Oracle VirtualBox。 ######

虛擬機器有什麼優勢？

#由於軟體與實體主機分離，使用者可以在單一硬體上執行多個操作系統，從而節省企業的時間、管理成本和實體空間。虛擬機還可以支援舊版應用程序，從而減少或消除將舊應用程式遷移到更新或不同作業系統的需求和成本。

 

此外，開發人員可以使用虛擬機器在安全的沙盒環境中測試應用程式。開發人員想知道他們的應用程式是否能在新的作業系統上運行，可以利用虛擬機器來測試他們的軟體，而不必提前購買新的硬體和作業系統。這也有助於隔離惡意軟體，由於虛擬機器內的軟體無法篡改主機，惡意軟體無法傳播。

#虛擬機器的缺點是什麼？ ##########

#虛擬機器也存在一些缺點。在一台實體主機上執行多個虛擬機器可能會導致效能不穩定，尤其是在不滿足特定應用程式的基礎架構要求的情況下。這也使它們在許多情況下比實體電腦效率低。

 

此外，如果實體伺服器崩潰，在其上執行的所有應用程式都會崩潰。

 

#還有哪些其他形式的虛擬化？

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#虛擬機器在伺服器虛擬化方面的成功促使虛擬化應用到了許多其他領域，包括儲存、網路和桌面。

 

在網路虛擬化方面的探索包括NaaS（網路即服務）和NFV（網路功能虛擬化），透過商用伺服器取代專用網路設備，以實現更靈活和可擴展的服務。這與SDN（軟體定義網路）略有不同，SDN是將網路控制平面與轉送平面分開，以實現更自動化的網路資源分配和基於策略的網路資源管理。 VNF（虛擬網路功能）是可以在 NFV 環境中運行的軟體為基礎的服務，包括路由、防火牆、負載平衡、廣域網路加速和加密等。

#虛擬機器與容器

虛擬機的成長促進了容器等技術的進一步發展，使這個概念又向前邁進了一步。容器可以對單一應用程式及其相依性進行虛擬化。與虛擬機器相比，容器的開銷要少得多，只包含二進位檔案、函式庫和應用程式。

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雖然有些人認為容器的開發可能會扼殺虛擬機，但虛擬機有足夠的能力和優勢來推動技術向前發展。例如，在同時執行多個應用程式或在舊作業系統上執行傳統應用程式時，虛擬機器仍然發揮很大作用。

 

此外，有人認為容器不如虛擬機器管理程式安全，因為容器只有一個應用程式共享的作業系統，而虛擬機可以隔離應用程式和作業系統。

 

IDC 軟體定義計算部門的研究經理Gary Chen 在IDC的《2019-2022年全球虛擬機器軟體預測》中寫道：「虛擬機器軟體市場非常有彈性，並將在未來五年繼續積極成長，儘管該市場已經非常成熟並接近飽和。」

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#虛擬機器、5G 和邊緣運算

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虛擬機器被視為 5G 和邊緣運算等新技術的一部分。例如，微軟、VMware 和 Citrix 等虛擬桌面基礎架構 (VDI) 供應商正在尋找將其 VDI 系統擴展到居家辦公的方式，作為疫情後混合辦公方式的補充。

 

卡內基美隆大學的電腦科學教授Mahadev Satyanarayanan說:「使用VDI，你需要極低的延遲，因為你基本上是把你的鍵盤敲擊和滑鼠移動發送到遠端桌面。」2009年，Satyanarayanan寫了一篇文章，介紹如何利用基於虛擬機的雲為互聯網邊緣的移動設備提供更好的處理能力，這促進了邊緣運算的發展。

 

在5G 無線領域，網路切片過程使用SDN和NFV 技術來幫助將網路功能安裝到虛擬伺服器上的虛擬機上，以提供曾經只能在專有硬體上運行的服務。

 

就像今天使用的許多其他技術一樣，如果沒有幾十年前引入的原始虛擬機器的概念，這些新興的創新就不會發展。

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