虚拟机：改变计算机基础设施的技术

引言：为什么虚拟机变得不可或缺？

您是否曾想过如何在一个设备上运行不同的操作系统？或者去中心化网络如何维持数万个节点运行相同的代码？答案就是虚拟机(VM)——一种创建隔离计算环境的技术，与底层硬件无关。今天，从计算机测试到区块链生态系统，虚拟机都是一项基础技术。

VM到底是什么？

虚拟机就像是一台计算机，您可以通过几次点击进行设置，而无需额外的物理设备。如果您想在 MacBook 电脑上或 Linux 系统中运行 Windows，而不更改主操作系统，虚拟机可以实现这一目标。主机计算机是指创建一个隔离的环境，独立的操作系统、文件和程序可以在其中运行，但所有这些都在您现有设备的内存中运行。

主系统在后台处理难度，VM提供其RAM内存、CPU处理能力和存储。这在需要只在其他系统上可用的工作软件时尤其有用。

VM如何在内部工作：虚拟机监控程序和资源分配

所有虚拟机的魔法都发生在虚拟机监控器中——这是一种软件，它获取您计算机的物理资源并以一种方式分配这些资源，以便多个虚拟机可以同时使用它们。虚拟机监控器有两种主要模型：

1型虚拟机监控器 (裸金属) – 直接安装在硬件上，不期望任何其他操作系统。这些虚拟机监控器是云基础设施和数据中心的标准，因此它们针对性能和能源效率进行了优化。

2型虚拟机 (托管) – 作为主操作系统中的标准软件工作。它们与开发和测试相同，使开发者和测试人员能够轻松使用已知工具进行实验。

设置虚拟机后，您可以像真正的计算机一样使用它：安装程序、浏览互联网、编写代码，几乎可以做任何事情。

实用的 VM 使用场景

操作系统测试与兼容性

VM提供了一个安全的空间来测试新的操作系统，而不会占用计算机的任何资源。这就像一个测试实验室，您可以在其中进行实验而不必承担风险。

通过隔离保证安全

如果您打开可疑文件或未知程序，并在虚拟机(VM)中运行它，您就保护了您的主系统。恶意软件或系统故障在虚拟机内部将不会影响您的真实计算机。

过时和无法访问的程序

某些软件包仅在较旧的系统上运行，例如 Windows XP。虚拟机可以恢复该环境，使您能够使用当前不再受支持的软件。

开发者生产力：跨平台代码

开发者可以使用虚拟机快速在多个操作系统上测试代码。这减少了验证新应用程序在不同系统上运行所需的时间。

云基础设施和规模

AWS、Azure 和 Google Cloud 是基于虚拟机构建的。启动云实例时，您实际上是在远程数据中心启动虚拟机，以便为网站、应用程序或数据库提供托管服务。

VM革命在区块链中的低细节

虽然传统的虚拟机是孤立的沙盒，但区块链虚拟机像一个全球性的平台，在去中心化的网络中执行智能合约。EVM (以太坊虚拟机)允许开发者使用Solidity、Vyper和Yul语言编写智能合约，然后在以太坊及其他与EVM兼容的网络中部署它们。

EVM确保每个与智能合约一起工作的网络节点遵循相同的规则。这确保了网络节点之间代码执行和结果的一致性。

不同的区块链网络使用不同的虚拟机类型，这取决于它们的设计优先级：

• NEAR和Cosmos使用基于WebAssembly (WASM)构建的虚拟机，支持多种编程语言的智能合约，因此具有灵活性。
• Sui 使用 MoveVM，使用 Move 语言编写，以实现效率和安全性。
• Solana 使用定制的执行环境 (SVM)，优化用于并行处理和处理大量网络活动。

VM在日常DApp使用中的运行

虽然您可能没有注意到，但每次您与去中心化应用程序互动时，VM都会在后台运行：

• DeFi 操作 (Uniswap 和类似的): 您的代币交换操作由在 EVM 内部运行的智能合约处理。VM 计算价格，检查余额并更新处理状态。

• NFT操作：VM执行代码，跟踪NFT的所有权和转移。在购买或转移NFT时，VM会更新人类图谱，以保持精确的所有权历史。

• 二级解决方案 (Layer 2 或 zkEVM)：专门的虚拟机，如 zkEVM，在 rollup 环境中执行智能合约，使用零知识证明 (ZKP)，从而加快操作速度并减少费用。

VM限制及其实际影响

收益价格

VM在物理硬件和代码之间添加了额外的层。这意味着与直接在物理计算机上运行的程序相比，工作量更小，消耗的计算资源更多。

运营复杂性

VM监控，特别是在云基础设施或区块链网络中，需要大量的努力和专业工具。更新、安全攻击和系统参数调整都需要时间和知识。

兼容性限制

智能合约在一个虚拟机环境中编写，通常不能直接在另一个环境中运行。以以太坊为例，所编写的代码需要在Solana上进行重写。这意味着在多平台部署中需要额外的开发工作和时间投资。

结论

虚拟机是一项基础技术，它在传统计算机世界和区块链基础设施中创造了机会。虚拟机使得多个操作系统和程序可以在同一设备上运行，安全地测试未知软件，并运行旧的、无法访问的代码。

在区块链的世界里，虚拟机是赋予智能合约生命并使去中心化应用安全且一致地运行的大脑。即使您不是技术专家，理解虚拟机的工作原理也将为您提供关于构建当今去中心化市场的基础设施的更深层次的知识。