1.1.4 虛擬機(jī)嵌入式開發(fā)相關(guān)知識(shí)

虛擬機(jī)（Virtual Machine，VM）是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在實(shí)體計(jì)算機(jī)中能夠完成的工作在虛擬機(jī)中都能夠?qū)崿F(xiàn)。在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)，需要將實(shí)體機(jī)的部分硬盤和內(nèi)存容量作為虛擬機(jī)的硬盤和內(nèi)存容量。每個(gè)虛擬機(jī)都有內(nèi)存、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用實(shí)體機(jī)一樣對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行操作。

1.資源配置

虛擬機(jī)資源涉及多個(gè)方面，如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)以及磁盤。在規(guī)劃虛擬機(jī)時(shí)應(yīng)該考慮這些資源之間的關(guān)系，如果分配資源不合理，將會(huì)導(dǎo)致虛擬機(jī)內(nèi)的應(yīng)用程序性能表現(xiàn)不佳。

（1）CPU

虛擬機(jī)的每個(gè)虛擬CPU（vCPU）只運(yùn)行在一個(gè)物理核心之上，因此CPU頻率越高虛擬機(jī)的運(yùn)行速度也就越高，vCPU數(shù)量越多越有助于提升應(yīng)用的性能表現(xiàn)。如果虛擬機(jī)需要占用大量的CPU時(shí)間，那么可以考慮為虛擬機(jī)分配第二個(gè)vCPU，但是為虛擬機(jī)分配兩個(gè)以上vCPU并不一定能讓應(yīng)用運(yùn)行得更快，因?yàn)橹挥卸嗑€程應(yīng)用才能有效地使用多個(gè)vCPU。

（2）RAM

RAM資源通常有限，因此在給虛擬機(jī)分配RAM時(shí)需要格外小心。物理內(nèi)存被完全占用后，必須確定哪些虛擬機(jī)能夠保留物理內(nèi)存，哪些虛擬機(jī)要釋放物理內(nèi)存，這稱為“內(nèi)存回收”。當(dāng)虛擬機(jī)占用的物理內(nèi)存被回收后，存在的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就是會(huì)對(duì)虛擬機(jī)的性能造成影響。虛擬機(jī)被回收的內(nèi)存越多，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。最明智的做法是只為虛擬機(jī)分配完成工作所需要的內(nèi)存。分配額外的內(nèi)存將會(huì)增加回收風(fēng)險(xiǎn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)帶寬

網(wǎng)絡(luò)帶寬包括兩方面：一是虛擬機(jī)和虛擬交換機(jī)之間的帶寬，二是虛擬交換機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的帶寬。對(duì)于與外部物理網(wǎng)絡(luò)的連接，一定要確保主機(jī)具備速度最快的物理網(wǎng)卡。進(jìn)行大量網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶摂M機(jī)，虛擬機(jī)以及數(shù)據(jù)包的傳輸都會(huì)消耗CPU時(shí)間。因此，運(yùn)行在CPU受限的服務(wù)器之上的虛擬機(jī)由于CPU無法快速響應(yīng)請(qǐng)求可能會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)吞吐量不高的情況。

（4）磁盤性能

磁盤性能往往是制約虛擬機(jī)性能的關(guān)鍵因素。虛擬機(jī)磁盤性能受陣列磁盤數(shù)量、類型以及運(yùn)行在其上的虛擬機(jī)數(shù)量的限制。因?yàn)榧械毓蚕泶鎯?chǔ)架構(gòu)將導(dǎo)致通過同一位置訪問所有的虛擬機(jī)磁盤，陣列的存儲(chǔ)控制器以及磁盤過載情況很容易出現(xiàn)，只剩下虛擬機(jī)在等待存儲(chǔ)的響應(yīng)。虛擬機(jī)等待磁盤I/O、虛擬機(jī)CPU空閑對(duì)性能的影響有很大不同。等待I/O的虛擬機(jī)無法做其他工作，因此高I/O等待時(shí)間意味著性能肯定會(huì)下降。進(jìn)行周密的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)以避免上述情況的發(fā)生至關(guān)重要。

2.主要用途

（1）演示不同環(huán)境

虛擬機(jī)上可以安裝各種演示環(huán)境，便于進(jìn)行各種演示。

（2）減小主機(jī)程序負(fù)擔(dān)

為保證主機(jī)的快速運(yùn)行，減少安裝不必要不常用的程序，偶爾使用的程序或者測(cè)試用的程序可以在虛擬機(jī)上運(yùn)行。

（3）方便復(fù)雜性、保密性應(yīng)用

虛擬機(jī)可避免每次重新安裝系統(tǒng)，可將不常用且保密要求較高的軟件（如銀行類的常用工具）單獨(dú)放在一個(gè)環(huán)境下運(yùn)行。

（4）方便特殊應(yīng)用測(cè)試

如果需要測(cè)試不熟悉的應(yīng)用，可以在虛擬機(jī)中隨便安裝和徹底刪除。

（5）同時(shí)使用多個(gè)操作系統(tǒng)

虛擬機(jī)同時(shí)使用不同操作系統(tǒng)十分方便，如Linux、Mac等系統(tǒng)都有多個(gè)不同版本，直接在主機(jī)中安裝代價(jià)極大，且無法同時(shí)使用和快速切換，這時(shí)可以采用虛擬機(jī)，安裝不同的操作系統(tǒng)。

3.常用虛擬機(jī)軟件

（1）VMware Workstation

1999年，VMware公司發(fā)布了第一款產(chǎn)品——基于主機(jī)模型的虛擬機(jī)VMware Workstation。2001年又推出了面向服務(wù)器市場(chǎng)的VMware GSX Server和VMware ESX Server。

VMware Workstation可以同時(shí)運(yùn)行各種Linux發(fā)行版、DOS、Windows的各種版本、UNIX等，甚至可以在同一臺(tái)性能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)上安裝多個(gè)Linux發(fā)行版、多個(gè)Windows版本。

VMware Workstation的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）可同時(shí)在同一臺(tái)PC上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，每個(gè)操作系統(tǒng)都有自己的虛擬機(jī)，就如同網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)獨(dú)立的PC。

2）同時(shí)運(yùn)行的兩個(gè)虛擬機(jī)之間可以相互進(jìn)行對(duì)話，一個(gè)虛擬機(jī)處于全屏模式，另一個(gè)虛擬機(jī)在后臺(tái)運(yùn)行。

3）在虛擬機(jī)上安裝同一種操作系統(tǒng)的多個(gè)發(fā)行版，不需要重新對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)。

4）虛擬機(jī)之間共享文件、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)資源等。

5）可以運(yùn)行客戶機(jī)-服務(wù)器（Client-Server，C/S）方式的應(yīng)用，也可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上使用另一臺(tái)虛擬機(jī)的所有資源。

（2）Parallels Desktop

Parallels Desktop是適用于Mac OS平臺(tái)的虛擬機(jī)解決方案。可同時(shí)在一臺(tái)Mac OS計(jì)算機(jī)上隨時(shí)訪問Windows和Mac兩個(gè)系統(tǒng)上的應(yīng)用程序而無須重啟。相較VMware，Parallels Desktop無須重啟，在兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行期間可以實(shí)現(xiàn)文件互傳、素材共用。

此外，該虛擬機(jī)的融合模式（Coherence）支持不顯示W(wǎng)indows界面但是仍可使用Windows應(yīng)用程序，或者在Mac OS上保留熟悉的Windows背景與“開始”菜單。同時(shí)運(yùn)行Windows與Mac OS兩種應(yīng)用程序的方式都不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生任何影響。

多虛擬機(jī)支持Windows、Linux、Chrome OS、Mac OS、Android OS等。

Parallels Desktop優(yōu)點(diǎn)如下。

1）無縫集成，在Mac設(shè)備上也能使用Siri與Cortana，它還支持iCloud、Dropbox與Google Drive。

2）性能較好，比如暫停虛擬機(jī)與重啟操作系統(tǒng)的速度較VMware Fusion 8.5快了3倍，可以實(shí)時(shí)優(yōu)化虛擬磁盤，只有在實(shí)際需要時(shí)才會(huì)占用空間。

3）方便開發(fā)，免費(fèi)為Docker、Jenkins和Chef等常用開發(fā)工具提供支持。

（3）Virtual PC

Virtual PC是微軟公司的虛擬化技術(shù)。允許在一個(gè)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)PC操作系統(tǒng)，包括DOS、Windows、Windows Server 2003、UNIX、Linux等，比如在Windows里運(yùn)行Windows和Linux。在較新的操作系統(tǒng)中運(yùn)行Virtual PC虛擬機(jī)可以為傳統(tǒng)應(yīng)用提供安全環(huán)境以保持兼容性，它可以保存重新配置時(shí)間，方便相關(guān)支持和開發(fā)工作。

Virtual PC的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）兼容性好，和大多數(shù)Windows系統(tǒng)的兼容性是最好的。

2）占用內(nèi)存小，使用方便。

3）對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持好，安裝完成系統(tǒng)后配置一下IP即可上網(wǎng)。

（4）Oracle VirtualBox

VirtualBox是由Oracle公司出品的軟件。

VirtualBox主要支持的操作系統(tǒng)包括：Linux、Mac OS、OpenSolaris、Solaris 10、Windows等。

值得注意的是VirtualBox是開源軟件，目前新版本已更新至VirtualBox 6.1.32。

VirtualBox的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）小巧精悍，安裝文件下載方便，安裝占用的硬盤空間較小。

2）官網(wǎng)發(fā)布支持更新更多操作系統(tǒng)類型的速度比VMware WorkStation更快。

3）開源免費(fèi)。