VM 概述
一、虚拟机的发展
虚拟机的发展经历了从最初在大型机上实现资源隔离，到现代云计算时代作为基础设施核心支撑的演进过程。大致可分为以下几个阶段：
1. 初始阶段（1960s-1970s）：大型机虚拟化
虚拟化最早起源于 IBM 在 1960 年代开发的 CP/CMS 系统，用于在大型机上运行多个用户会话。它的目的是提高计算资源的利用率和多任务处理能力。
- 代表技术：IBM VM/370
- 核心目标：资源隔离、多任务处理
- 主要特点：硬件模拟、时间分片、用户空间隔离
2. 停滞与过渡阶段（1980s-1990s）：微机兴起，虚拟化冷淡
随着微型计算机和个人电脑的普及，硬件成本下降，虚拟化技术一度热度降低。这一时期，更多关注操作系统本身的发展，如 UNIX、Windows 等。
- 主要趋势：硬件廉价导致“一机一系统”模式流行
- 虚拟化应用：主要用于软件调试（如 DOSBox、Bochs）
3. 复兴阶段（2000s）：x86 虚拟化崛起
2000 年后，随着服务器数量激增与资源浪费问题加剧，x86 架构虚拟化成为研究和商业热点。VMware、Microsoft、Xen 等相继推出虚拟化方案。
代表产品：VMware Workstation/ESX、Xen、VirtualBox
核心技术突破：
- 二进制翻译（Binary Translation）
- 半虚拟化（Paravirtualization）
- 硬件辅助虚拟化（Intel VT-x、AMD-V）
4. 成熟阶段（2010s）：云计算与容器化共存
虚拟机技术已广泛应用于数据中心和云计算平台，成为 IaaS 层的基础。而与此同时，容器（如 Docker）的轻量级隔离方式也逐渐兴起，与虚拟机并行发展。
云平台依赖：AWS EC2、Microsoft Azure、阿里云 ECS 等
关键趋势：
- 虚拟化与容器化融合（Kata Containers）
- 虚拟化性能优化（如 SR-IOV、NUMA 支持）
5. 现代阶段（2020s 至今）：轻量虚拟化与边缘计算
随着边缘计算、物联网的发展，对启动速度快、资源占用小的轻量虚拟机（如 Firecracker、Wasmtime）需求提升。同时，WebAssembly 等技术也提供了更细粒度的沙箱化运行环境。
代表技术：Firecracker（用于 AWS Lambda）、gVisor、WebAssembly VM
发展方向：
- 微服务化架构支持
- 更强的安全隔离
- 快速启动与冷启动优化
二、虚拟机的分类
虚拟机（Virtual Machine，VM）是一种对计算机系统资源的抽象和模拟，根据不同的维度可以将虚拟机分为多种类型，主要包括以下几类：
1. 系统虚拟机（System Virtual Machine）
系统虚拟机模拟的是一整套完整的计算机硬件系统，它允许在其上运行完整的操作系统。其主要用途是提供多个独立的操作系统环境。
- 代表产品：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM、Xen
- 特点：每个虚拟机都可以运行不同的操作系统；高度隔离；资源开销较大。
- 使用场景：服务器虚拟化、云计算基础设施。
2. 进程虚拟机（Process Virtual Machine）
进程虚拟机是为了支持单个进程的运行而设计的，它为该进程提供一个运行时的抽象平台，屏蔽底层操作系统的差异。
- 代表产品：Java 虚拟机（JVM）、.NET CLR、Python 虚拟机（PVM）
- 特点：跨平台；启动快；通常用于语言运行时。
- 使用场景：软件开发与跨平台运行。
3. 全虚拟化 vs 半虚拟化
全虚拟化（Full Virtualization） 客户操作系统无需修改，虚拟机完全模拟底层硬件。 代表：VMware Workstation、QEMU（带硬件支持）
半虚拟化（Paravirtualization） 客户操作系统需做一定修改，以便与虚拟机监控器更高效地通信。 代表：Xen（早期版本）
4. 宿主式 vs 裸金属式
宿主式虚拟机（Hosted VM） 依赖已有的主操作系统，在其上运行虚拟机软件（如 VMware Workstation、VirtualBox）。
裸金属虚拟机（Bare-metal VM） 虚拟机监控器直接运行在硬件之上，不依赖宿主操作系统（如 VMware ESXi、KVM）。
5. 高性能虚拟机 vs 轻量级虚拟机
- 高性能虚拟机：追求接近原生性能的模拟，如用于大型服务器或数据库环境。
- 轻量级虚拟机：如 WebAssembly VM、GraalVM，用于快速、安全地运行嵌入式或浏览器代码。
三、常用的虚拟机介绍
1、基本概念与关系
| 技术 | 全称 | 类型 | 简介 |
|---|---|---|---|
| WSL | Windows Subsystem for Linux | 子系统 / 轻量虚拟机 | Windows 上运行 Linux 的兼容层（WSL 2 底层基于 Hyper-V） |
| Hyper-V | 无缩写，全称就是 Hyper-V | 裸金属虚拟化 | 微软原生的 Type 1 虚拟机监控器（Hypervisor），运行完整虚拟机 |
| VMware | 如 VMware Workstation / ESXi | 虚拟机平台 | 非微软公司开发的虚拟化方案，主流商用虚拟化工具之一 |
- WSL 2 的内核虚拟化底层依赖 Hyper-V 技术。
- Hyper-V 和 VMware 都是系统级虚拟机管理器，二者具有相似功能但彼此不兼容。
2、架构对比
| 项目 | WSL 1 | WSL 2 | Hyper-V | VMware |
|---|---|---|---|---|
| 虚拟化方式 | 系统调用转发（非虚拟机） | 基于轻量 Hyper-V 虚拟机 | Type 1 虚拟化（裸金属） | Hosted 或 Type 1（取决于产品） |
| 是否真正虚拟机 | 否 | 是（轻量） | 是 | 是 |
| 是否使用 Hypervisor | 否 | 是（Hyper-V） | 是 | 否（自己实现） |
| 启动速度 | 极快 | 快 | 慢（完整启动） | 慢（完整启动） |
| 文件访问 | 与 Windows 共用文件系统 | 虚拟磁盘 + 可挂载 | 独立虚拟硬盘 | 独立虚拟硬盘 |
| Linux 支持 | 非完整（无内核） | 完整 Linux 内核 | 完整系统 | 完整系统 |
3、使用场景对比
| 场景 | 推荐技术 | 原因 |
|---|---|---|
| 开发者想在 Windows 下运行 Linux 命令/工具 | WSL 2 | 启动快、集成好、支持原生 Linux |
| 部署测试多系统环境（如 Windows + Linux） | Hyper-V / VMware | 完整虚拟机，更接近真实环境 |
| 需要高性能服务器虚拟化 | Hyper-V（Server）或 VMware ESXi | 提供企业级稳定性与性能 |
| 在个人电脑上跑多个操作系统并行使用 | VMware Workstation / Hyper-V | 桌面级多系统测试环境 |
4、兼容性与冲突问题
VMware 和 Hyper-V 有冲突： 因为 VMware 需要自己管理硬件虚拟化，但如果 Hyper-V 已启动，会占用 VT-x / AMD-V 资源，VMware 可能启动失败。
WSL 2 依赖 Hyper-V： 开启 WSL 2 时，其实就是运行一个轻量 Hyper-V 虚拟机。
解决办法： 如果你想同时使用 VMware 和 WSL，可以选择：
- 使用 WSL 1（但功能受限）
- 使用 VMware 的兼容 Hyper-V 模式（较新版本支持）
- 或者在 BIOS 中切换开启 / 关闭虚拟化功能（麻烦）
5、总结一句话：
WSL 是为开发者服务的轻量 Linux 环境，底层基于 Hyper-V；
Hyper-V 是微软官方的企业级虚拟化平台；
VMware 是跨平台、高兼容性的第三方虚拟化解决方案。