虚拟机 (VM) 是一种能够在一台物理机器内创建和运行多个虚拟化计算机系统的技术。每台虚拟机都充当一个独立且自足的环境，允许多个操作系统和应用程序在同一硬件上同时运行。虚拟机广泛应用于软件开发、云计算和网络安全等各个行业，具有增强资源利用率、隔离性和灵活性等诸多优势。
虚拟机（VM）的起源和首次提及
虚拟化和虚拟机的概念可以追溯到 20 世纪 60 年代初期，当时 IBM 为其大型计算机开发了 CP-40 和 CP-67 系统。这些系统引入了“虚拟机”的概念，允许操作系统的多个实例在同一硬件上运行，从而有效地划分大型机的资源。
然而，“虚拟机”一词正式由 Gerald J. Popek 和 Robert P. Goldberg 在 1974 年发表的开创性论文《可虚拟化第三代架构的正式要求》中提出。在这篇论文中，他们概述了计算机架构有效支持虚拟化的必要条件。他们的工作为现代虚拟化技术的发展奠定了基础。
有关虚拟机 (VM) 的详细信息
虚拟机的工作原理是抽象底层硬件并为每个客户操作系统提供隔离且独立的环境。虚拟机的软件称为虚拟机管理程序或虚拟机监视器 (VMM)，用于管理物理硬件和虚拟机之间的交互。虚拟机管理程序为每个虚拟机分配 CPU、内存、存储和网络等资源，确保它们彼此独立运行。
虚拟机管理程序主要有两种类型：
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类型 1 虚拟机管理程序（裸机虚拟机管理程序）： 这种类型的虚拟机管理程序直接在物理硬件上运行，无需底层操作系统。示例包括 VMware ESXi、Microsoft Hyper-V 和 Xen。
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第 2 类虚拟机管理程序（托管虚拟机管理程序）： 这种类型的虚拟机管理程序在主机操作系统上运行并依赖它进行资源管理。示例包括 VMware Workstation、Oracle VirtualBox 和 Parallels Desktop。
虚拟机 (VM) 的内部结构及其工作原理
虚拟机的内部结构包括以下关键组件：
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虚拟机管理程序 (VMM)： 虚拟机管理程序是负责管理和协调虚拟机的核心软件。它抽象底层物理资源并将其呈现给每个虚拟机。
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虚拟机监视器 (VMM)： 虚拟机监视器负责控制每个虚拟机的执行并确保它们彼此隔离运行。
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客户操作系统： 每个虚拟机都运行自己的客户操作系统，该操作系统可能与主机操作系统不同。客户操作系统与虚拟机管理程序交互以进行资源分配和管理。
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虚拟硬件： 虚拟机管理程序为客户操作系统提供模拟或虚拟化的硬件接口。这些虚拟硬件组件包括虚拟 CPU、虚拟内存、虚拟磁盘和虚拟网络接口。
这些组件之间的交互使得虚拟机能够像在专用的物理机上运行一样执行其应用程序。
虚拟机（VM）主要特性分析
虚拟机提供了几个关键功能，使其对于各种应用程序都具有重要意义：
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隔离： 虚拟机彼此隔离，并且与主机系统隔离。这种隔离提供了安全性和稳定性，可防止一台虚拟机在发生崩溃或安全漏洞时影响其他虚拟机。
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资源共享： 虚拟机可以高效地共享主机的物理资源。虚拟机管理程序根据预定义的规则确保虚拟机之间公平分配资源。
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快照和克隆： 虚拟机可以轻松克隆或拍摄快照，从而实现快速部署和测试。快照可捕获虚拟机在特定时刻的状态，从而在出现问题时轻松回滚。
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实时迁移： 高级虚拟机管理程序支持实时迁移，允许虚拟机从一台物理主机移动至另一台物理主机而无需停机。
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兼容性： 虚拟机提供跨不同硬件平台和架构的兼容性，使得传输和运行虚拟化系统变得更加容易。
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资源利用率： 虚拟机能够最优化利用硬件资源，降低成本和能源消耗。
虚拟机（VM）的类型
虚拟机有多种类型，每种类型都针对不同的用例量身定制。虚拟机的主要类型包括：
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 完全虚拟化 | 虚拟机模拟整个硬件环境，允许使用不同的客户操作系统。示例包括 VMware ESXi 和 Microsoft Hyper-V。 |
| 半虚拟化 | 需要修改客户操作系统以提高性能和效率。Xen 是一种流行的半虚拟化管理程序。 |
| 硬件辅助虚拟机 | 依靠特定的 CPU 功能（例如，Intel VT-x、AMD-V）来提高 VM 性能和隔离性。 |
| 操作系统级虚拟化 | 这些容器也称为容器，它们虚拟化操作系统而不是硬件，提供轻量级和快速的实例。Docker 就是一个著名的例子。 |
虚拟机 (VM) 的使用方法、问题和解决方案
使用虚拟机（VM）的方法：
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软件开发和测试： 虚拟机为开发人员提供隔离、可重现的开发和测试环境，加快软件开发过程。
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服务器整合： 虚拟机允许多台服务器在一台物理机上运行，从而降低硬件成本并简化管理。
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旧版应用程序支持： 虚拟机可以托管较旧的或不兼容的软件，在传统应用程序和现代硬件之间架起桥梁。
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云计算： 云服务提供商利用虚拟机为其客户提供可扩展且灵活的基础设施。
问题及解决方案：
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性能开销： 虚拟机可能会因虚拟化而带来一些性能开销。硬件辅助虚拟化和适当的资源管理可以缓解此问题。
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资源争用： 虚拟机之间的资源分配不当会导致资源争用。定期监控和容量规划有助于防止这种情况发生。
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安全风险： 如果虚拟机没有正确隔离，一个虚拟机中的安全漏洞可能会影响其他虚拟机。使用安全补丁更新虚拟机管理程序和虚拟机至关重要。
主要特点及同类产品比较
| 学期 | 描述 |
|---|---|
| 容器 | 容器虚拟化操作系统并共享主机操作系统的内核，提供启动时间短的轻量级实例。虚拟机提供更强的隔离性，但重量更重。 |
| 虚拟专用服务器 | 虚拟专用服务器 (VPS) 是由托管公司提供的虚拟化服务器。它在具有多个 VPS 实例的物理服务器上运行。VM 可以是 VPS 实例，但并非所有 VPS 解决方案都使用 VM 技术。 |
| 模拟器 | 模拟器复制目标系统的整个硬件和软件环境，以运行该系统所需的软件。另一方面，虚拟机虚拟化硬件环境，但不复制整个系统。 |
| 管理程序 | 虚拟机管理程序是负责管理虚拟机的软件。它可以是类型 1（裸机）或类型 2（托管）虚拟机管理程序。 |
与虚拟机 (VM) 相关的未来观点和技术
虚拟机的未来前景光明，有几种趋势和技术推动其发展：
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边缘计算： 虚拟机将在边缘计算环境中发挥重要作用，提供灵活、可扩展的解决方案，以支持更接近最终用户的各种应用程序。
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无服务器计算： 无服务器架构利用虚拟机和容器，使开发人员无需管理底层基础设施即可运行代码。
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GPU 虚拟化： GPU 虚拟化技术的进步将使虚拟机能够有效利用图形密集型应用程序。
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嵌套虚拟化： 嵌套虚拟化将变得更加普遍，使虚拟机能够托管其他虚拟机，从而促进测试和开发环境。
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增强的安全功能： 虚拟机将继续发展并改进安全功能，确保更好地隔离和防范攻击。
如何使用代理服务器或将其与虚拟机 (VM) 关联
代理服务器和虚拟机密切相关，尤其是在网络安全和隐私方面。虚拟机可用于设置专用代理服务器，从而增强用户的安全性和隐私性。通过在虚拟机中运行代理服务器，用户可以隐藏其真实 IP 地址、保护其在线活动并绕过地理限制。此外，虚拟机可以轻松管理和部署代理服务器，使其成为 OneProxy (oneproxy.pro) 等代理服务提供商的宝贵工具。
相关链接
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随着对虚拟化的依赖日益增加以及对可扩展和高效计算的需求不断增长，虚拟机将继续在塑造技术的未来方面发挥关键作用。从软件开发和云计算到增强网络安全和隐私，虚拟机为各种行业和应用程序提供了多功能且强大的解决方案。
