虚拟操作系统软件

什么是虚拟机？

需要注意的是，VM 指的是虚拟机，它是软件在硬件上执行的仿真。它的操作系统和应用程序与物理服务器类似，但几乎与其隔离。它隔离了在同一台物理机（宿主机）上运行的多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统和应用程序。VM 为客户机操作系统提供通用的虚拟化硬件，例如 CPU、内存、磁盘存储和网络接口。

虚拟机有什么用途？

虚拟机应用程序的类型包括

• 服务器整合：将多个服务器工作负载整合到一台物理 服务器 上，以“用更少的资源做更多的事情”。
• 开发和测试：开发和测试 开发人员可以在不干扰其他环境的情况下测试他们的 软件。
• 灾难恢复：虚拟机可以轻松备份并随后恢复，从而简化了灾难恢复。
• 运行多个操作系统：用户可以创建测试环境，在其中为开发新软件的目的在单一硬件上运行非原生操作系统。
• 遗留应用程序：在虚拟化了它们需要运行的遗留操作系统的旧硬件上运行的旧应用程序。

虚拟机是如何工作的？

一台 虚拟机 将宿主系统的 硬件 抽象成软件。Hypervisor 是创建和管理虚拟机的软件层。

• Type 1 Hypervisors（裸金属）：直接安装在物理硬件上，并管理多个虚拟机的所有资源。例如，VMware ESXi 和 Microsoft Hyper-V。
• Type 2 Hypervisors（托管）：运行在传统的操作系统上。例如 VMware Workstation 和 VirtualBox，它们通过宿主 OS 提供虚拟化服务。

Hypervisor 为虚拟机提供 CPU、内存 和 存储 资源，这些资源彼此隔离，以确保虚拟机的功能不受另一个虚拟机运行方式的影响。

两种类型的虚拟机

虚拟机的主要类型

1. 系统虚拟机：这些是能够运行其操作系统的系统环境。它们应用于具有多个 OS 镜像和环境隔离的服务器整合。
2. 进程虚拟机：这些是设计用于执行单个进程或程序的。例如，Java 虚拟机 (JVM) 使任何 Java 应用程序都能在支持兼容 JVM 的平台上运行。

什么是 5 种虚拟化类型？

1. 服务器虚拟化：将一台物理服务器分割成多个独立的虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统和应用程序。
2. 网络虚拟化：将硬件和软件网络资源合并到一个基于软件的联合管理实体中。
3. 存储虚拟化：存储系统被抽象出来，物理资源被池化形成一个大的通用存储网络，所有服务器都可以访问。
4. 桌面虚拟化：允许用户在集中式服务器上运行桌面环境，可从任何设备访问。
5. 应用程序虚拟化：通过将应用程序与底层操作系统分离来工作，使它们在隔离的环境中运行。

容器与虚拟机

尽管容器和虚拟机都提供了应用程序隔离的潜力，但它们的架构在每种情况下都大不相同。

• 容器：共享宿主 OS 内核，并在其环境中隔离应用程序。它们轻量级，启动速度快，比虚拟机使用的资源少。Docker 是一个流行的容器化平台。
• 虚拟机：在完整的虚拟机中运行您的软件。每个虚拟机都包含自己的 OS 和killer，一个完整的操作系统副本，应用程序/二进制文件/库。它们提供了良好的隔离性，当您想在同一硬件上运行多个 OS 时非常有用。

最佳虚拟机软件

1. VMware Workstation Player

VMware Workstation Player - VMware 是一款流行且功能丰富的虚拟机软件，适用于家庭和商业用途。它能够让一台物理机同时运行多个操作系统。其主要功能包括：

• 易用性：易于使用且界面高度直观。
• 性能：运行要求高的应用程序具有高性能。
• 兼容性：支持多种客户机操作系统，如 Windows、Linux、Mac OS 等。
• 快照：此功能允许您创建 Kubernetes 集群的快照并提供回滚功能，这对于测试和开发很有用。
• 集成：与其他 VMware 产品和云服务紧密集成。

VMware Workstation Player 非常适合开发人员、IT 管理员或顾问，并用于提供企业级桌面。

2. VirtualBox

VirtualBox 是一款虚拟化软件，提供了一个平台，允许您创建和运行虚拟机。由于其通用性和广泛的宿主和客户机操作系统支持，它被广泛使用。主要功能包括：

• 跨平台：可在 Windows、Linux、macOS 和 Solaris 宿主上运行。
• 广泛的客户机支持：支持广泛的客户机操作系统。
• 快照：用于拍摄虚拟机的快照以便于回滚。
• 模块化：提供简单的插件系统来扩展功能。
• 社区支持：良好的社区支持和活跃的更新。

VirtualBox 是开发人员、测试人员以及任何想要根据自身需求开发或运行虚拟机的人的理想解决方案。

3. Parallels Desktop

适用于 Mac 用户在 macOS 上运行 Windows 和其他操作系统的完美虚拟化软件。其主要功能包括：

• 无缝集成：与 macOS 紧密集成，允许应用程序并排运行。
• 协同模式：Windows 应用程序的行为就像它们也原生打开在 macOS 上一样。
• 性能：专为 Mac 硬件编写，以确保高性能。
• 易用性：快速安装和直观的界面。
• 支持：持续更新和专业的客户支持。

非常适合只需要在一两款应用上运行 Windows 的 Mac 用户，而无需破坏 Mac 的体验。

4. QEMU

Quick Emulator 是一款开源虚拟化软件，得益于 QEMU 的支持，它可以模拟所有硬件。其主要功能包括：

• 通用性：有适用于 x86、ARM 或 PowerPC 架构的版本。
• 性能：使用 KVM（Kernel-based Virtual Machine）提供高性能仿真和虚拟化。
• 灵活性：也可用于整个系统仿真和用户模式仿真。
• 广泛使用：广泛用于桌面和服务器虚拟化。
• 开源：来自社区的强大支持，频繁更新。

对于更复杂的工具，开发人员和研究人员可能会选择 QEMU，因为它非常灵活且高度可定制，但可以轻松地虚拟化（例如，在 Linux 中）计算资源。

5. Citrix Hypervisor

Citrix HV，前身为 XenServer，是一个开源虚拟化平台，专为云和其他服务器用途而设计。主要功能包括：

• 企业级：一款具备强大安全性和性能的企业级解决方案。
• 可扩展性：支持数百万级别的部署和云环境。
• 管理：用于良好管理操作的监控/维护设施。
• 支持：来自 Citrix 专业服务的帮助台支持和更新。
• 集成：与 Citrix 产品和其他虚拟化方法集成。

对于寻求可靠且高度可扩展的虚拟化平台的企业来说，这是一个首要的用例。

6. Xen Project

Xen Project 是一个开源 hypervisor 项目，允许多个操作系统在虚拟环境中运行。它因其高性能和可扩展性而闻名。主要功能包括：

• 开源：开源，因此社区支持和贡献良好。
• 性能：专注于性能和安全性。
• 通用性：能够跨多种计算机类型运行客户机操作系统。
• 可扩展性：适用于大规模部署和基于云的环境。
• 灵活性：适用于服务器和桌面虚拟化。

对于寻求高性能、非嵌入式 hypervisor 的开发人员和公司来说，它是一个出色的开源虚拟化解决方案。

7. Microsoft Hyper-V

Hyper-V 是一个原生的 Windows hypervisor，支持在 x86-64 系统上运行虚拟机。主要功能包括：

• 集成：与 Windows Server 和其他 Microsoft 产品无缝集成。
• 性能：高性能，针对 Windows 环境进行了优化。
• 管理：管理工具 Hyper-V Manager，System Center Virtual Machine Manager。
• 安全性：强大的安全功能，如安全启动和屏蔽虚拟机。
• 可扩展性：该工具支持大型环境和云平台。

Microsoft Hyper-V 由于其无缝集成和强大的性能，非常适合依赖 Windows 环境的企业。

优点

1. 隔离
   每个虚拟机都在其隔离的环境中独立运行，因此一个虚拟机的故障或安全漏洞不会影响其他虚拟机。它们是隔离的，可以提高安全性和稳定性——这使得它们非常适合测试/开发。
2. 灵活性
   通过虚拟机，用户可以在同一硬件上同时运行多个操作系统和应用程序。如果您需要测试软件、开发或运行旧应用程序，这尤其有帮助。
3. 可扩展性
   虚拟化可帮助您根据需求扩展 IT 资源。可以在不增加新硬件的情况下即时部署新虚拟机（即，快速响应工作负载的波动）。
4. 灾难恢复
   虚拟机可以轻松（且非常快速地）备份和恢复。快照和克隆卷的能力为您提供了快速恢复选项以及数据完整性。
5. 成本节约
   将多个工作负载整合到更少的物理服务器上，可以为组织节省硬件、电力、冷却和机架空间成本。它还取代了维护成本和物理基础设施。
6. 开发和测试
   开发人员可以构建他们的环境来测试软件，而不会影响生产环境，包括 bug。通过虚拟机模拟 OS 版本和配置。

缺点

1. 性能开销
   在虚拟机上运行会产生性能开销，而不是直接在物理硬件上运行。这种开销可能会对 CPU、内存和磁盘 I/O 的性能产生不利影响，因为它们是资源密集型应用程序。
2. 复杂度
   虚拟化环境可能很复杂，需要大量的专业知识。在培训和运营方面存在额外成本，因为管理员需要了解虚拟化概念和工具。
3. 安全风险
   虚拟机带来的主要优势之一是隔离，但是，正如您所料，并非没有权衡和风险。能够破坏 hypervisor 的攻击者可能会访问多个虚拟机。通过适当的安全和良好的更新实践，可以轻松缓解这些威胁。
4. 资源分配
   不当的资源分配可能导致性能问题。过度分配资源或未为虚拟机提供足够的资源可能导致瓶颈并降低性能。
5. 许可成本
   虚拟化软件以及客户机中运行的操作系统可能需要昂贵的许可费用。这些成本可能很高，因此这是组织在虚拟化战略规划中必须注意的事项。
6. 兼容性问题
   某些软件和硬件不兼容虚拟化层；可能有一些应用程序需要直接访问硬件或具有性能要求，例如低级原始数据处理，这些应用程序不一定能在虚拟机内部以最佳方式工作。

结论

使用虚拟机软件有许多优点，例如更好的资源利用率、灵活性和可扩展性，仅举几例，甚至还没有考虑潜在的成本节省。但是，在额外的执行成本和复杂性或甚至安全漏洞方面也存在权衡。良好的规划、高效的资源管理和严格的安全措施对于安全地利用虚拟化在我们周围所有环境中带来的突破至关重要。