虚拟机：从传统系统到区块链生态系统

主要条款

• 虚拟机创建隔离的计算环境，允许多个操作系统在同一物理硬件上同时运行
• VM 是一个安全的沙箱，用于与未知软件的安全工作、测试和开发，而不必担心损坏主系统
• 在区块链中，虚拟机作为智能合约的执行者，确保在整个节点网络中代码的一致执行。
• VM的优势(灵活性、隔离)与缺点相权衡：额外的资源负担、复杂的配置和代码兼容性问题

介绍

想象一下这样的情况：您需要尝试另一种操作系统，但又不想更换计算机上的当前系统或购买新设备。或者需要测试未知的应用程序，但又担心病毒和系统崩溃。虚拟机解决了这两个问题，在主操作系统内创建一个受保护的环境。

在密码学和去中心化网络中，VM 具有了不同的意义。它们成为了智能合约和去中心化应用的基础，确保在多个独立计算机上可靠且透明地执行代码。

定义和基本概念

VM——这是对物理计算机的程序模拟。它像一台独立的机器在您的主设备内运行，拥有自己的操作系统、文件系统、网络访问和安装的应用程序。同时，所有的过程与主机系统完全隔离。

物理计算机 (主机) 为虚拟机提供所需的资源：处理器周期、内存、磁盘空间。因此，VM 独立运行，但不需要单独的硬件。

技术机制：虚拟机监控程序与资源管理

虚拟机的工作由专门的软件——虚拟机监控器负责。它的任务是分配计算机的物理资源，以便多个虚拟机能够同时无冲突地运行。

超监视器分为两类：

第一类虚拟机监控程序 (裸机) 直接安装在物理设备上，绕过操作系统。这种方法确保了最大效率和性能，因此第一类虚拟机监控器在数据中心和云基础设施中广泛应用。

第二类虚拟机 (托管) 它们作为现有操作系统之上的普通应用程序运行。它们对资源的要求较低，更适合在个人计算机上进行本地测试和开发。

实际应用：五个主要场景

试验其他操作系统

VM可以安全地探索替代操作系统——无论是其他版本的Windows，macOS，还是各种Linux发行版——而不会对当前系统造成任何影响。这对希望扩展知识的用户来说是理想的选择。

恶意软件和未知程序的保护

如果需要打开不明来源的文件或尝试来自不可靠来源的程序，在虚拟机中运行将保护主设备。即使病毒感染了虚拟机，主机系统也将保持完好无损。

使用过时的应用程序

针对旧版操作系统(Windows XP和旧版Linux)的程序，可以在虚拟机中运行，该虚拟机重建了所需环境。这可以保持关键遗留软件的可用性。

跨平台开发

开发人员使用虚拟机同时在不同操作系统上测试应用程序，检查代码在不同环境中的兼容性和行为。

云计算

大型云服务提供商在远程数据中心部署虚拟机。客户可以获得用于托管网站、数据库、移动应用程序的虚拟机——无需拥有和维护物理设备。

区块链中的虚拟机：重新定义概念

在区块链生态系统中，虚拟机的角色发生了根本性的变化。如果传统的虚拟机是用于操作系统的隔离环境，那么在加密网络中的虚拟机则是智能合约的解释器和执行者。

以太坊虚拟机 (EVM)

EVM — 是最被认可的例子之一。它允许开发者使用 Solidity、Vyper 和 Yul 语言编写智能合约，然后将其部署到以太坊网络或其他兼容 EVM 的网络中。

至关重要的一点：EVM确保网络中的每个节点以相同的方式执行相同的代码。这为真正的去中心化创造了条件——没有任何单独的节点可以根据自己的利益改变计算结果。

在替代区块链中的VM多样性

不同的网络根据自己的优先级选择各自的虚拟机：

• NEAR 和 Cosmos 使用基于 WebAssembly 的虚拟机，支持多种编程语言的智能合约开发
• Sui 使用 MoveVM 执行用专门设计的语言 Move 编写的合约，确保资产操作的安全性
• Solana 实现了自己的执行环境 (SVM)，能够并行处理交易，并应对极端的网络负载

虚拟机如何在用户的日常交互中工作

当您与去中心化应用程序交互时，虚拟机在后台运行:

通过 DeFi 协议进行交易 当您在去中心化交易所进行代币交换时，运行在 EVM 内部的智能合约处理交易，检查余额，执行交换并更新区块链状态。

在处理非同质化代币时 当NFT被创建或转让时，虚拟机执行控制数字资产所有权的代码。虚拟机更新账本，反映所有权的变化。

在使用第二层解决方案时 二级卷展簿通常使用专门的虚拟机(，例如zkEVM)，在主链之外处理多个交易，同时通过零知识证明保持安全保证。

虚拟机的限制与挑战

性能降低

VM在硬件和执行代码之间添加了额外的抽象层。这可能导致延迟增加或相比在物理机器上直接执行消耗更多的处理器周期。

管理难度

部署、配置和维护虚拟机需要专业知识。在大规模基础设施中，这种维护变得能源密集和成本高昂。

代码可移植性问题

智能合约通常是针对特定的虚拟机开发的。为EVM编写的代码在没有重大重构和适配的情况下无法在SVM或MoveVM上运行。开发人员必须为每个平台创建单独的版本。

结论

虚拟机是一项基础技术，扮演着双重角色。在传统计算机上，它们提供灵活性、安全性和高效的硬件利用。在区块链中，它们转变为智能合约的执行者，确保在整个去中心化网络中代码的一致性和透明执行。

即使您不是程序员，理解虚拟机的工作原理有助于更好地了解DeFi协议的架构、与区块链的交互机制以及生态系统中各种优化解决方案出现的原因。