我的電腦是Windows 10系統，然而有一天，我想懷舊一下玩一個只能在Windows XP的遊戲，該怎麼辦呢？

抑或是公司有50位員工，所以只好每人派發一台電腦，不可能每台電腦都能把硬碟和計算資源無時無刻用滿，但是我想節省成本，該怎麼辦呢？

虛擬機就是一個實體電腦的數位版本，讓你可以在作業系統上執行一個不同且獨立的作業系統，這麼一來，就能在Windows 10上運行Windows XP，公司也能透過買一台資源豐富的伺服器，在上面透過虛擬機的方式達到資源最大利用率。

個人用的虛擬機軟體最有名的當數付費的VMware Workstation和開源版本的VirtualBox。

公司用的虛擬機軟體 (hypervisor) 則多了，有付費的VMware vSphere、Microsoft的Hyper-V等等，還有開源的KVM、Xen等等。

如今雲端技術非常流行，三大公有雲廠商Amazon AWS、Microsoft Azure以及Google GCP，他們三個其實就是建置了大量的數據中心，把裡面的伺服器裝上虛擬機軟體，讓外部的開發人員或公司虛擬出「多個實體電腦」，按需使用，像是家家戶戶的水電一樣，不用維護高昂的IT成本。

上述是公有雲的範疇，若公司有資料隱私的要求，例如銀行、醫院、公家機關等等，也可以自己建置數據中心，把資料和計算留在本地，這時需要一套虛擬機管理軟體，也能透過VMware vSphere、Microsoft的Hyper-V等等來建立自己的數據中心。

虛擬機原理

虛擬機架構示意圖，如上所示，VMM (Virtual Machine Monitor) 是一個軟體，運行在Ring0，也就是CPU上的特權級別，負責給上面的Guest OS提供虛擬化的環境 (CPU, 記憶體和 I/O虛擬化)，VMM會根據Guest OS提供的指令，做出相應的資源分配措施。

CPU虛擬化

目的是利用硬件輔助虛擬化技術（以前是用Binary Translator）攔截敏感指令，也就是那些會對整個系統造成影響的指令。有了硬件輔助虛擬化技術，實體CPU會自動攔截敏感指令並交給VMM處理。

記憶體虛擬化

主機使用段頁機制，虛擬機有兩層轉換：Guest Virtual Memory -> Guest Physical Memory -> Machine Memory。當然，這部分也有硬體虛擬化輔助技術支持。

I/O虛擬化

虛擬各種外接設備（純軟體虛擬化、硬體輔助虛擬化）。硬體輔助虛擬化能讓虛擬機直接使用硬體設備，但具有獨佔性，例如滑鼠和鍵盤就是一種I/O設備，當一台實體電腦只接上一個鍵盤，那它只能在一台虛擬機或是實體機器上進行輸入。

網路虛擬化

讓虛擬機同時使用同個網卡，虛擬交換機可以製造虛擬網絡環境，讓一台實體機器上的所有虛擬機共享同個區域網路。

總結

• 虛擬機讓多個作業系統同時運行在一台實體電腦上，提升資源利用率。
• 常見個人用虛擬機軟體包括VMware Workstation和VirtualBox。
• 公司用虛擬機軟體如VMware vSphere和Microsoft Hyper-V則提供更強大的管理功能。
• 雲端技術利用虛擬機實現資源的按需使用，降低IT成本。
• 虛擬機的技術原理包括CPU虛擬化、記憶體虛擬化、I/O虛擬化及網路虛擬化。