虚拟机与操作系统：每天10分钟操作系统，第18天
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开始之前 🔗
如果能在一台电脑上同时运行多个操作系统，会怎样？让这一点成为现实的技术，就是
虚拟机（Virtual Machine）
。它也是现代云计算的重要基础。
本文会逐步介绍虚拟化概念、虚拟机结构、Hypervisor、硬件支持以及优缺点。什么是虚拟化 🔗
虚拟化是通过软件划分并模拟物理计算资源的技术。
虚拟机结构 🔗
虚拟机在真实硬件上增加软件层，让
独立操作系统
运行在其上。组成部分 🔗
- Host OS：真实电脑默认运行的操作系统。
- Hypervisor（VMM）：管理虚拟机的软件层。
- Guest OS：运行在虚拟环境中的操作系统。
例如，在Windows上运行VirtualBox并安装Linux，此时Host OS是Windows，Guest OS是Linux。
Hypervisor的类型 🔗
Hypervisor是创建并管理虚拟机的核心组件。
1. Type 1（Bare Metal） 🔗
- 直接运行在硬件之上。
- 性能较好，适合服务器环境。
- 例如：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V（Bare Metal）。
2. Type 2（Hosted） 🔗
- 运行在普通操作系统之上。
- 易于安装和使用，适合个人电脑。
- 例如：VirtualBox、VMware Workstation。
Type 1好比工厂直营店销售产品，Type 2则像入驻代理商门店的商铺。
硬件辅助虚拟化 🔗
即使只是虚拟化对CPU、内存等基础资源的访问，也需要大量计算。为了提供帮助，
现代CPU直接支持VT-x、AMD-V等虚拟化指令集
。- Intel VT-x、AMD-V：在CPU层面支持虚拟化。
- SR-IOV、IOMMU：用于网络和I/O设备虚拟化。
虚拟机的优缺点 🔗
优点 🔗
- 一台服务器运行多个操作系统与服务，提高资源利用率。
- 提供独立环境，有利于测试和开发。
- 可以隔离故障，一个环境出现问题，不影响其他环境。
缺点 🔗
- 整体性能低于物理机。
- 共享硬件资源，可能产生性能波动。
- 初始配置和管理可能带来成本。
总结 🔗
虚拟机通过分离操作系统和资源，帮助高效利用一台物理设备。它是云计算、服务器和开发环境的重要基础，因此值得理解其结构与工作过程。
下一篇将介绍
网络与分布式系统
。参考资料 🔗
- Operating System Concepts（第10版）
- https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_machine↗
- https://learn.microsoft.com/en-us/virtualization↗