虛擬機

虛擬機是一項具有變革性的技術，它允許電腦程式和應用程式在現有硬體上執行，而無需複製實體系統。它們支援遠端及雲端運算，使各類組織無論是在就地還是雲端，都能最大化硬體利用率、精簡營運流程，並高效擴充運算環境。

虛擬機能夠適應廣泛的運算情境，從整合工作負載，到為測試與研發建立安全、隔離的環境。它們能夠在單一實體機上支援多種作業系統，從而優化資源配置並降低基礎設施的複雜性。與美光一起，深入瞭解虛擬機的工作原理及其關鍵使用案例。如需瞭解美光的記憶體與儲存技術如何助力提升這些嚴苛環境下的效能，請聯絡美光的銷售支援團隊。

什麼是虛擬機？

虛擬機定義：虛擬機 (VM) 是對實體電腦進行軟體模擬的產物，它們在主機系統內的虛擬化硬體資源上執行各自的作業系統及應用程式。

每台虛擬機均表現得像一台獨立的裝置，擁有各自的作業系統、應用程式以及虛擬化的硬體資源，且均執行在同一共用的實體系統之上。

虛擬機並非複製實體基礎設施，而是共用主機系統的底層硬體。每台虛擬機均作為一個獨立的「訪客」執行，並擁有其自身分配的中央處理器 (CPU)、記憶體和儲存資源。這種隔離增強了安全性與穩定性，使得多個作業系統能夠在同一台實體機上互不干擾地執行。

虛擬機的一個常見範例是虛擬伺服器：這是一種模擬實體伺服器的軟體，允許多位使用者遠端存取應用程式 、文件和系統，而無需與實體伺服器建立直接連線。

虛擬機為組織帶來了顯著的效益。透過讓更多工作負載執行在現有硬體上，它們能夠最大化硬體利用率、簡化營運流程並降低成本。虛擬機還提供了極大的靈活性：使用者和團隊可以根據需求調整其執行環境，在不危及主系統安全的前提下測試新軟體，甚至在單一機器上同時執行多種作業系統。各類組織無需更換或升級實體電腦系統，只需部署虛擬機軟體即可實現基礎設施的更新換代 - 這不僅充分利用了現有硬體資源，還提供了一種更為簡便且極具成本效益的解決方案。

此外，將存取權限與應用程式在單一電腦環境中劃分為不同的區域，有助於增強網路安全並提升存取透明度。在虛擬機內部，可以對各個分段區域的使用情況進行監控；組織機構還可分配不同級別的存取權限 - 根據需要授予或限制權限 - 以確保僅授權使用者能夠存取敏感系統。這種分層的資源管理方法不僅增強了安全性，還提供了對虛擬環境使用情況的清晰可見性，從而為合規性管理和營運監管提供了支援。

虛擬機是如何工作的？

虛擬機的工作原理依賴於一種被稱為「虛擬化」的過程，即建立可安裝於實體電腦硬體之上的虛擬技術。

將虛擬機想像成一台執行在真實實體電腦內部的、基於軟體的電腦。虛擬機無需為每個作業系統或應用程式配備獨立的硬體，而是允許多台「虛擬電腦」共用相同的實體資源 - 例如記憶體、儲存裝置和處理能力 - 同時彼此保持相互隔離。

這得益於一種被稱為「虛擬化」的技術，它在實體硬體與執行於其上的軟體環境之間構建了一個中間層。虛擬化的核心在於 Hypervisor，這是一種專門的軟體或韌體，負責管理硬體資源如何分配給每一台虛擬機。Hypervisor 允許多台虛擬機在單台伺服器上共存，且互不干擾。

Hypervisor 主要有兩種類型：

• Type 1 Hypervisor（裸機）：直接執行於實體硬體之上，常用於企業及資料中心環境。
• Type 2 Hypervisor（主機）：執行於現有作業系統之上，通常用於桌面虛擬化或研發環境。

每台虛擬機被稱為「訪客」，而其執行所在的實體電腦則被稱為「主機」。訪客之間相互隔離，且與主機作業系統隔離，這增強了安全性和穩定性。研發人員和 IT 團隊可以配置每台虛擬機所使用的 CPU、記憶體和儲存裝置資源量，從而在不導致主機機超載的前提下，確保實現最佳效能。

美光的高速動態隨機存取記憶 (DRAM) 和固態硬碟 (SSD) 對於這一程序至關重要。它們為虛擬機提供了高效執行所需的快速、可靠的記憶體與儲存裝置存取能力，尤其是在多台虛擬機同時執行的環境中。

虛擬機的歷程記錄是怎樣的？

虛擬機擁有可追溯至 20 世紀中葉的歷程記錄，且在過去幾十年間其應用範圍已得到廣泛拓展。

• 20 世紀 60 年代，分時系統與虛擬機問世：早期的虛擬機概念源自於分時系統 - 例如 IBM 的 CP-40 和 CP/CMS - 旨在允許多個使用者共用運算資源。
• 20 世紀 70 年代，Pascal p-code 日益普及：1973 年，Pascal p-code 的問世使得無需專用硬體即可實現指令的虛擬執行，從而為基於語言的虛擬機奠定了基礎。與此同時，IBM 推出的 VM/370 系統也將商業虛擬機技術引入了大型機領域。
• 20 世紀 90 年代，商業化與現代化發展：20 世紀 90 年代見證了虛擬化技術的重大進步，其中包括引入了諸如 Java 虛擬機 (JVM) 之類的管理型執行時，從而實現了與平台無關的軟體執行。虛擬機器的效率得到了提升，客體系統與主機系統之間的協調性也隨之增強。1999 年，VMware 推出了首款被廣泛採用的 x86 系統商業虛擬化產品，徹底變革了桌面和伺服器虛擬化領域。
• 21 世紀以來，雲端與擴充：虛擬機已成為現代運算的一項基礎性技術，不僅為可擴充的遠端基礎設施提供了強勁動力，更推動了全球企業級雲端運算的蓬勃興起。

虛擬機的主要類型有哪些？

虛擬機通常分為程序虛擬機和系統虛擬機：

• 程序虛擬機（即應用程式虛擬機）旨在執行單一應用程式，且當該應用程式關閉時，虛擬機即終止。
• 系統虛擬機（即硬體虛擬機）模擬完整的作業系統，並獨立於使用者活動執行。這是最常見的虛擬機類型。

這兩種類型的虛擬機均依賴於 Hypervisor 來管理其執行和資源配置。例如，系統虛擬機利用 Hypervisor 來模擬整個作業系統環境，而程序虛擬機則可能利用虛擬機監視器來隔離並管理單一應用程式。Hypervisor 類型的選擇 - 即第一類 (Type 1) 或第二類 (Type 2) - 取決於部署環境以及所需的控制或隔離等級。

在這兩大類虛擬機中，較小的子集包括：

• Java 虛擬機，用於執行 Java 位元組代碼。
• Python 虛擬機，用於執行 Python 代碼。
• iOS 虛擬機，專為 Apple 系統設計。
• Android 虛擬機，專為 Android 手機系統設計。

虛擬機是如何使用的？

虛擬機是各行各業的一項基礎技術，支撐著從軟體研發到企業雲端基礎設施的廣泛應用。

軟體研發與測試

虛擬機使研發人員能夠建立隔離的環境，用於構建和測試新應用程式。透過模擬不同的硬體和軟體設定，虛擬機使團隊能夠安全地測試軟體，而不會影響生產系統，也不會危及主作業系統的穩定性。這種靈活性加速了研發週期，並提高了軟體品質。

雲端運算

虛擬機對於現代雲端運算至關重要。它們為基礎設施即服務 (IaaS) 和軟體即服務 (SaaS) 等可擴充的遠端基礎設施服務提供支援。

透過允許多個虛擬環境在共用的實體硬體上執行，虛擬機使組織能夠高效地在雲端部署、管理和擴充應用程式。

遠端辦公與 VPN 存取

借助虛擬機，使用者可以從世界各地安全地存取公司系統及敏感性資料。虛擬機不僅能夠執行那些可能與使用者主裝置不相容的應用程式，還支援透過公司虛擬私人網路 (VPN) 建立安全連線，從而實現靈活且高效的遠端辦公。

執行多個作業系統

虛擬機允許使用者在一台實體機上執行多個作業系統，例如 Linux、Windows 或其他作業系統。對於需要支援多樣化軟體環境或傳統應用程式的研發人員、測試人員及組織而言，這一能力具有極高的價值。

網路安全與存取控制

虛擬機器提供分段且隔離的環境，從而增強了安全性、監控能力以及存取透明度。組織可以監控每台虛擬機 (VM) 內部的使用情況，實施精細化的存取控制，並確保僅授權使用者能夠存取敏感系統，從而強化整體網路安全態勢。