物理机 虚拟机，虚拟机和物理机有什么区别

***：探讨物理机与虚拟机的区别。物理机是基于真实硬件系统构建的计算机，具有独立的硬件资源。虚拟机则是通过软件模拟物理机硬件功能，运行在物理机之上。在资源利用方面，虚拟机可按需分配物理机资源。在灵活性上，虚拟机便于迁移和复制。安全性上，物理机相对更独立安全，但虚拟机可通过多种技术保障安全。二者在性能、管理成本等方面也存在诸多不同之处。

深度解析两者的区别

一、引言

在当今的信息技术领域，虚拟机和物理机是两个重要的概念，无论是企业构建数据中心、开发人员进行软件测试，还是普通用户在不同的计算环境下运行应用程序，都需要对虚拟机和物理机的区别有清晰的了解，这有助于根据具体需求选择合适的计算资源，优化成本、提高效率并确保系统的安全性和稳定性。

二、基本定义

1、物理机

- 物理机是指实际存在的计算机硬件设备，它由各种物理组件构成，这些组件包括中央处理器（CPU）、内存（RAM）、硬盘、主板、显卡、网卡等，我们日常使用的台式电脑或服务器就是典型的物理机。

- 物理机直接运行在硬件之上，操作系统直接安装在物理硬件上并对其进行管理和控制，以一台安装了Windows Server操作系统的服务器为例，Windows Server直接与服务器的CPU、内存等硬件交互，利用硬件资源来运行各种服务，如文件共享服务、域名解析服务（DNS）等。

2、虚拟机

- 虚拟机是一种通过软件模拟的计算机系统，它是在物理机的基础上，利用虚拟机软件（如VMware Workstation、VirtualBox等）创建出来的，虚拟机具有自己的虚拟硬件，包括虚拟CPU、虚拟内存、虚拟硬盘等。

- 虚拟机运行在物理机之上，依赖物理机的硬件资源，在一台物理服务器上，可以使用VMware ESXi软件创建多个虚拟机，每个虚拟机都可以安装不同的操作系统，如Linux、Windows等，就好像是独立的计算机一样运行各种应用程序。

三、硬件资源方面的区别

1、CPU资源

物理机

- 物理机的CPU是实际的硬件芯片，其性能由CPU的型号、核心数、主频等参数决定，一款英特尔酷睿i9处理器，具有多个核心和较高的主频，可以同时处理多个复杂的计算任务，在物理机上，操作系统直接调度物理CPU的资源，应用程序按照操作系统的调度算法获取CPU时间片来执行指令。

- 物理机的CPU资源是固定的，受到硬件本身的限制，如果要升级CPU性能，需要更换物理硬件组件，这可能涉及到硬件兼容性、成本和停机时间等问题。

虚拟机

- 虚拟机的CPU是虚拟的，由虚拟机软件模拟，虚拟机软件在物理机的CPU上划分出一定的资源供虚拟机使用，在一台具有8个物理核心的服务器上创建的虚拟机，可以分配1个或多个虚拟核心，虚拟机的CPU性能取决于物理机CPU的性能以及分配给它的虚拟核心数量。

- 虚拟机的CPU资源可以灵活调整，管理员可以根据虚拟机内运行的应用程序需求，动态地增加或减少分配给虚拟机的虚拟核心数量，这种调整通常可以在虚拟机运行时进行，无需关闭虚拟机，这为企业根据业务负载动态优化资源提供了便利。

2、内存资源

物理机

- 物理机的内存是实实在在的内存条，其容量大小直接影响物理机能够同时运行的程序数量和程序运行的效率，一台安装了16GB内存的物理机，可以同时运行多个大型应用程序，如数据库管理系统、图形处理软件等，如果内存不足，物理机可能会出现运行缓慢甚至程序崩溃的现象。

- 要增加物理机的内存，需要购买并安装新的内存条，这需要考虑物理机的内存插槽数量、主板对内存容量和类型的支持等硬件因素。

虚拟机

- 虚拟机的内存也是虚拟的，虚拟机软件从物理机的内存中划分出一部分供虚拟机使用，在一台具有64GB内存的物理服务器上创建的虚拟机，可以分配2GB、4GB或其他合适容量的虚拟内存。

- 虚拟机的内存同样可以动态调整，如果虚拟机内运行的应用程序需要更多内存来提高性能，管理员可以在物理机内存资源允许的范围内增加虚拟机的内存，这种灵活性有助于优化内存资源的使用，尤其是在多虚拟机环境下。

3、存储资源

物理机

- 物理机的存储资源主要是硬盘，硬盘类型包括机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD），物理机的硬盘容量和读写速度直接影响数据存储和访问的效率，使用SSD的物理机在启动操作系统和加载应用程序时速度会比使用HDD的快很多。

- 物理机的存储扩展相对复杂，需要安装新的硬盘或者使用外部存储设备，如磁盘阵列（RAID），物理机的硬盘分区和文件系统管理是直接在硬件存储设备上进行的。

虚拟机

- 虚拟机的存储以虚拟硬盘的形式存在，虚拟硬盘实际上是存储在物理机的硬盘或者存储设备上的文件，虚拟机软件模拟了硬盘的读写操作，在VMware虚拟机中，虚拟硬盘文件的格式可以是.vmdk等。

- 虚拟机的存储资源调整相对容易，可以通过虚拟机软件的管理界面轻松地增加虚拟硬盘的容量或者添加新的虚拟硬盘，虚拟机还可以利用物理机上的存储共享技术，如网络附属存储（NAS）或存储区域网络（SAN），来扩展其存储资源。

四、操作系统和软件安装方面的区别

1、操作系统安装

物理机

- 在物理机上安装操作系统时，需要将操作系统安装介质（如光盘、U盘等）插入物理机的相应设备，然后按照安装向导进行安装，安装过程直接与物理机的硬件交互，操作系统会自动检测和适配硬件设备，如安装驱动程序等，在安装Windows 10操作系统到一台新的台式电脑时，安装程序会识别电脑的主板型号、显卡类型等硬件信息，并安装对应的驱动程序，以确保操作系统能够正常运行。

- 物理机上一次只能安装一个主要的操作系统（虽然可以通过双系统等方式安装多个操作系统，但在启动时只能选择一个系统进入），如果要更换操作系统，通常需要重新格式化硬盘或者进行复杂的系统迁移操作。

虚拟机

- 在虚拟机上安装操作系统时，首先需要创建虚拟机，并在虚拟机的设置中指定虚拟硬件参数，如虚拟CPU数量、虚拟内存大小等，可以将操作系统安装介质挂载到虚拟机上，就像在物理机上一样进行安装，在VirtualBox虚拟机中，可以很方便地将ISO镜像文件挂载为虚拟机的光驱来安装Linux操作系统。

- 虚拟机可以在一台物理机上同时运行多个不同类型的操作系统，这为开发人员进行跨平台开发、测试人员进行多操作系统环境下的测试提供了极大的便利，每个虚拟机都像是一个独立的计算机系统，可以独立地安装、启动和运行操作系统。

2、软件安装

物理机

- 在物理机上安装软件时，软件直接安装在物理机的硬盘上，并且与物理机的操作系统和硬件环境紧密相关，安装一款大型图形设计软件Adobe Photoshop到物理机上，Photoshop会根据物理机的操作系统版本（如Windows或macOS）以及硬件配置（如显卡性能、内存大小等）进行安装和优化，如果物理机的硬件不满足软件的最低要求，软件可能无法正常安装或运行。

- 软件在物理机上的安装和卸载可能会对物理机的系统环境产生影响，一些软件在卸载时可能会残留文件或者修改系统注册表，可能会影响物理机的性能或者导致其他软件出现兼容性问题。

虚拟机

- 在虚拟机内安装软件与在物理机上类似，但软件是安装在虚拟机的虚拟硬盘上，由于虚拟机具有独立的操作系统环境，软件的安装和运行主要与虚拟机内部的操作系统和虚拟硬件相关，在一个虚拟机内安装了Linux操作系统，并在其中安装了开源数据库管理系统MySQL，MySQL的运行主要依赖于虚拟机内的Linux系统和分配给虚拟机的虚拟硬件资源。

- 虚拟机内软件的安装和卸载对物理机的影响较小，因为虚拟机是相对独立的环境，即使虚拟机内的软件出现问题，如软件冲突或者病毒感染，一般不会直接影响到物理机的系统和其他虚拟机。

五、安全性方面的区别

1、物理机

- 物理机的安全性涉及到硬件和软件两个层面，在硬件方面，需要保护物理机免受物理损坏，如防止火灾、水灾、盗窃等，企业的数据中心通常会配备防火、防水、防盗等设施来保护服务器等物理机设备。

- 在软件方面，物理机的操作系统和应用程序需要防范病毒、恶意软件和网络攻击，安装杀毒软件、防火墙等安全防护软件是保护物理机安全的常见措施，一旦物理机的操作系统被攻破，攻击者可能会获取物理机上的所有数据和资源，包括存储在硬盘上的敏感信息。

- 物理机的安全漏洞修复通常需要及时更新操作系统和软件的补丁，由于物理机可能运行着关键业务应用程序，补丁更新可能需要谨慎进行，以避免对业务造成影响，如兼容性问题导致业务系统无法正常运行。

2、虚拟机

- 虚拟机的安全性在一定程度上依赖于物理机，物理机的安全状况会影响虚拟机的安全，如果物理机被恶意软件感染，虚拟机也可能面临风险。

- 虚拟机本身也有独特的安全措施，虚拟机之间可以通过虚拟机软件设置隔离，防止虚拟机之间的非法访问，在企业的虚拟化环境中，可以设置不同部门的虚拟机相互隔离，确保数据安全。

- 虚拟机的操作系统和软件也需要进行安全防护，由于虚拟机的灵活性，在发现安全漏洞时，可以相对容易地创建新的虚拟机来替换受影响的虚拟机，从而减少安全风险，虚拟机的备份和恢复也相对容易，可以快速恢复到安全的状态。

六、可移植性和灵活性方面的区别

1、可移植性

物理机

- 物理机的可移植性较差，由于物理机是由大量硬件组件组成的实体设备，将其从一个地方移动到另一个地方需要考虑很多因素，如硬件的稳定性、网络连接等，将一台大型服务器从一个数据中心迁移到另一个数据中心，需要小心搬运，避免硬件损坏，并且在新的地点需要重新配置网络、电力等基础设施。

- 物理机上的操作系统和应用程序也与硬件紧密绑定，如果要将物理机上的系统和应用移植到其他硬件环境，可能会遇到兼容性问题，需要进行大量的重新配置和调试工作。

虚拟机

- 虚拟机具有较好的可移植性，虚拟机本质上是一些文件，包括虚拟机的配置文件、虚拟硬盘文件等，这些文件可以很容易地在不同的物理机或存储设备之间进行迁移，将一个VMware虚拟机从一台服务器迁移到另一台服务器，只要两台服务器的虚拟机软件版本兼容并且硬件资源满足虚拟机的需求，就可以通过简单的文件复制或虚拟机迁移工具来实现。

- 虚拟机的可移植性使得企业可以更方便地进行数据中心整合、灾难恢复等操作，在灾难恢复场景下，可以将备份的虚拟机文件快速恢复到备用的数据中心的物理机上，减少业务中断时间。

2、灵活性

物理机

- 物理机的灵活性相对较低，一旦物理机的硬件配置确定，如CPU、内存等，很难进行大规模的动态调整，如果企业的业务增长需要更多的计算资源，要在现有的物理机上增加CPU核心数或内存容量可能会受到硬件扩展性的限制。

- 物理机在应用场景上也相对单一，一台物理机通常只能用于一种主要的业务用途，如作为文件服务器、数据库服务器等，虽然可以通过一些技术手段实现多用途，但在资源分配和管理上相对复杂。

虚拟机

- 虚拟机具有很高的灵活性，可以根据业务需求快速创建、删除或调整虚拟机，企业在促销活动期间，可以快速创建多个虚拟机来应对网站流量的突然增加，活动结束后可以删除这些虚拟机以释放资源。

- 虚拟机可以用于多种不同的应用场景，如开发测试、生产环境部署、沙箱环境等，可以在同一台物理机上创建不同配置和用途的虚拟机，满足企业多样化的业务需求。

七、成本方面的区别

1、初始投资成本

物理机

- 物理机的初始投资成本较高，需要购买硬件设备，包括服务器、台式电脑等，以及相关的硬件组件，如CPU、内存、硬盘等，购买一台高性能的企业级服务器可能需要数万元，而且还需要考虑购买网络设备、存储设备等配套设施的成本。

- 对于物理机的操作系统和软件，可能还需要购买许可证，这也是一笔不小的开支，购买Windows Server操作系统的许可证根据不同的版本和功能需求，价格从几百元到数千元不等。

虚拟机

- 虚拟机的初始投资成本相对较低，虚拟机软件本身的价格有多种选择，一些开源的虚拟机软件如VirtualBox是免费的，即使是商业的虚拟机软件如VMware Workstation，其价格也相对物理机硬件成本要低很多。

- 在虚拟机上安装开源操作系统（如Linux的各种发行版）不需要支付许可证费用，这可以进一步降低初始投资成本。

2、运营成本

物理机

- 物理机的运营成本包括电力消耗、硬件维护、机房空间等，服务器级别的物理机功率较大，长时间运行会消耗大量的电力，这对于企业来说是一笔持续的开支。

- 硬件维护方面，需要定期对物理机进行检查、维修和更换硬件组件，这需要专业的技术人员和相应的设备，增加了运营成本，而且物理机需要占用一定的机房空间，对于大型数据中心来说，机房空间的成本也是不可忽视的。

虚拟机

- 虚拟机的运营成本相对较低，由于虚拟机可以在一台物理机上运行多个，提高了硬件资源的利用率，从而降低了电力消耗和机房空间需求。

- 虚拟机的维护相对简单，主要是对虚拟机软件和虚拟机内部操作系统及应用程序的维护，不需要像物理机那样对硬件进行频繁的维护，减少了运营成本中的人力和物力投入。

八、结论

虚拟机和物理机在硬件资源、操作系统和软件安装、安全性、可移植性、灵活性和成本等方面存在着诸多区别，在实际应用中，企业和用户需要根据自身的需求来选择使用虚拟机还是物理机，如果需要高性能的计算、对硬件有特殊要求或者运行关键业务系统，物理机可能是更好的选择，而如果追求成本效益、灵活性、可移植性以及多操作系统环境的需求，虚拟机则具有明显的优势，随着信息技术的不断发展，虚拟机和物理机将继续在不同的应用场景下发挥各自的作用，并且两者之间的融合和协同也将不断发展，以满足日益复杂的计算需求。