虚拟机和虚拟机监控程序

虚拟化可以让一台物理服务器模拟成多台相互独立的计算机。每台模拟出的计算机都是一个虚拟机（VM），拥有自己的操作系统、应用程序、虚拟 CPU、内存和磁盘。这些 VM 共享底层的真实硬件，但彼此保持隔离。

这是现代数据中心和云计算的基础。相比于一台物理设备只运行一个应用程序，一台强大的服务器可以承载几十个 VM，从而大幅降低成本、能耗和所需机房空间。

虚拟机监控程序（也称为虚拟机监视器）是用于创建和运行 VM 的软件层。它会划分物理 CPU、RAM 和存储资源，并将其中一部分分配给每个 VM，同时保持彼此隔离，确保一个 VM 崩溃时不会拖垮其他 VM。

虚拟机监控程序会安排对真实硬件的访问方式，就像操作系统会安排应用程序的运行一样。对于每个客户机 OS 来说，VM 看起来就像拥有一台完整的物理计算机。

类型 1 虚拟机监控程序直接运行在硬件上，下面没有主机操作系统。由于它位于裸机之上，因此速度快、效率高且安全性强，适合生产服务器和云环境。

• VMware ESXi
• Microsoft Hyper-V
• KVM（基于内核的虚拟机）
• Xen

数据中心运行类型 1 虚拟机监控程序，这样一台主机就能同时为许多租户提供服务。

类型 2 虚拟机监控程序作为应用程序运行在 Windows 或 macOS 等常规操作系统之上。它易于安装，非常适合测试、学习和桌面环境，但速度较慢，因为请求必须先经过主机操作系统。

• VMware Workstation 和 Fusion
• Oracle VirtualBox
• Parallels Desktop

您可以使用类型 2 在笔记本电脑上运行 Linux；而运行服务器集群时应使用类型 1。

主机是物理计算机以及运行所有内容的虚拟机监控程序。客户机 OS是安装在 VM 内部的操作系统。您可以自由组合客户机：一台主机可以并行运行 Windows Server、Ubuntu Linux 和较旧版本的 Windows。

每个客户机都认为自己拥有专用硬件，但实际上所有客户机都在虚拟机监控程序的调度下共享主机的 CPU 和内存资源池。

管理员会为每个 VM 分配一定数量的 vCPU（虚拟处理器核心）、RAM 和磁盘资源。超额分配是指分配的虚拟资源总量超过主机实际拥有的资源，前提是并非所有 VM 会同时达到峰值负载。

谨慎执行可以提高效率；执行不当则会导致资源争用，使 VM 争抢 CPU 或内存并降低速度。为每个 VM 合理配置资源，有助于保持可预测的性能。

快照会捕获 VM 在某个时间点的确切状态。如果补丁或更改导致系统出问题，您可以在几秒内回滚到该快照。克隆会复制整个 VM，以便快速创建一个完全相同的新 VM。

这些功能让 VM 比物理服务器灵活得多，因为重建一台损坏的物理服务器可能需要数小时。不过，快照不是备份，因为它们存储在同一台主机的存储设备上。

容器（例如 Docker）是一种更轻量的虚拟化形式。容器不是各自包含完整的客户机操作系统，而是共享主机内核，只打包应用程序及其依赖项。它们可以在几毫秒内启动，并且占用的内存少得多。

VM 通过完整的操作系统在硬件层面实现隔离；容器则在操作系统层面实现隔离。两者都很常见，许多实际部署会在 VM 内运行容器，以实现分层隔离。

实时迁移可以将正在运行的 VM 从一台物理主机移动到另一台，同时几乎不产生停机时间。虚拟机监控程序会通过网络将 VM 的内存复制到新主机，然后进行切换，整个过程非常平滑，用户通常很难察觉。

这使您能够在不关闭服务的情况下进行硬件维护、负载均衡和故障转移。VMware 将其称为 vMotion；这是虚拟化环境能够保持高可用性的关键原因之一。

云服务提供商运行着大规模的虚拟机监控程序集群。当您租用云服务器时，实际上获得的是共享硬件上的一个 VM。虚拟化让提供商可以在几分钟内启动您的 VM，扩展其规模，并且只按您的实际使用量计费。

对于网络技术人员来说，这一点很重要，因为网络现在也延伸到了主机内部，通过虚拟交换机连接各个虚拟机；您将在下一课中学习这些内容。

优势：整合硬件、快速配置、通过快照轻松备份、实现隔离，以及通过实时迁移保持服务在线。

权衡：虚拟机监控程序会增加少量开销，超额分配可能导致资源争用，而一台主机上运行过多 VM 时，如果主机发生故障，就会形成单点故障。良好的设计会将关键 VM 分散到多台主机上，以控制这种风险。

测试您对虚拟机监控程序类型的理解。

虚拟化将一台物理服务器划分为多个相互隔离的虚拟机，并由虚拟机监控程序统一管理。类型 1 虚拟机监控程序运行在裸机上，适用于生产环境；类型 2 运行在主机 OS 上，适用于桌面环境和测试。每个 VM 都能获得 vCPU、RAM 和磁盘资源，并支持快照、克隆和实时迁移，是云计算的基础构件。