虛擬機：推動系統和區塊鏈的技術

你需要知道的

• 虛擬機允許在單一物理設備上同時運行多個操作系統和應用程序
• 它們是確保在測試未知軟件、隔離風險程序或嘗試新環境時安全的理想工具。
• 在區塊鏈世界中，像EVM (以太坊虛擬機)這樣的虛擬機是使數千個智能合約和去中心化應用在全球網路上可靠運行的引擎。
• 盡管虛擬機具有多功能性，但它們可能會影響性能，消耗額外資源並增加操作復雜性

介紹：爲什麼存在虛擬機？

想象一下，你需要在運行Windows的計算機上執行Linux，或者測試一個只在macOS上運行的應用程序，而不改變你的主系統。虛擬機使這成爲可能，通過創建隔離的環境，不同的操作系統可以無衝突地共存。這項技術不僅限於個人計算機：在區塊鏈世界中，虛擬機已成爲支撐整個智能合約和去中心化應用程式的數字經濟的基礎設施。

虛擬機的結構

虛擬機本質上是一個在你的物理計算機內部運行的模擬計算機。它不需要額外的硬件或對你的基礎設施進行更改。你可以安裝完整的操作系統、存儲數據、運行程序並連接到網路，但所有這些都發生在你的宿主設備中的一個受控和隔離的環境中。

實現這一點的關鍵組件是虛擬機監控器，這是一種專門的軟件，充當中介。它的功能是將真實的物理資源(處理器、內存RAM、存儲)劃分和分配給多個虛擬機，使所有虛擬機能夠高效且無幹擾地共享相同的硬件。

存在兩種主要的虛擬機監控器類別：

類型1虛擬機監控器 (裸金屬): 直接安裝在硬件上，不依賴於先前的操作系統。它們在數據中心和雲平台中很常見，經過優化以實現最大性能和效率。

二型虛擬機監控器 (托管)：作爲你當前操作系統中的正常應用程序運行。它們非常適合希望在不影響主環境的情況下體驗新技術的開發者。

虛擬機背後的引擎

虛擬機的技術運作完全依賴於虛擬機監控程序如何管理資源。當你啓動虛擬機時，虛擬機監控程序會分配特定的一部分 CPU、RAM 和存儲空間。虛擬機可以像獨立計算機一樣完全操作，盡管實際上它是在與同一主機上的其他虛擬機共享資源。

該機制允許一臺物理服務器托管數十甚至數百臺虛擬機器，每臺機器運行不同的操作系統並執行完全不同的應用程序，而不會相互幹擾。

傳統系統中的用例

新操作系統的安全測試

體驗不同操作系統從未如此簡單。您可以創建一個隔離環境，安裝您想要的系統，並進行無風險探索。如果出現問題，只需刪除虛擬機，便可恢復到完好的主系統。

威脅防範與潛在危險軟件

你收到來自可疑來源的文件了嗎？你想安裝一個你不完全信任的程序嗎？在虛擬機中運行它可以作爲一種安全屏障。如果軟件包含惡意軟件或引發問題，隔離的虛擬機會將其限制在內，從而保護你的主系統不受任何損害。

舊應用程序支持

一些企業或專業程序是爲舊版操作系統如Windows XP設計的。虛擬機可以重現這些特定環境，使您能夠繼續使用那些在現代計算機上否則不兼容的關鍵軟件。

多平台開發與驗證

開發者利用虛擬機同時在不同操作系統上測試代碼。這確保了應用程序在最終用戶使用的任何平台上都能正常運行，從而減少了發布後可能出現的不愉快意外。

雲基礎設施

大多數雲服務使用虛擬機作爲基礎。當你租用雲服務器時，你實際上是在租用一個托管在遠程數據中心的虛擬機，準備運行你的應用程序、網站或數據庫。

區塊鏈中的虛擬機：去中心化執行的核心

區塊鏈中的虛擬機運作原理與傳統虛擬機不同。傳統虛擬機是在計算機上隔離的環境，而區塊鏈虛擬機是分布式狀態機，在整個網路上成千上萬臺計算機中同時一致地執行智能合約代碼。

###以太坊虛擬機：行業標準

以太坊虛擬機 (EVM) 革新了智能合約的執行方式。它允許開發者使用如 Solidity、Vyper 或 Yul 等語言編寫代碼，然後將其編譯爲字節碼並在 EVM 中執行。關鍵在於，以太坊網路中的每個節點都以相同的方式執行完全相同的代碼，確保所有人對結果達成一致。

許多區塊鏈已經採用了與EVM的兼容性，因爲這使得現有應用程序能夠在多個網路上遷移或同時啓動，從而促進了一個互聯的生態系統。

區塊鏈虛擬機器的多樣性

並非所有區塊鏈網路都使用相同的虛擬機。這種多樣性反映了不同的設計優先級：

NEAR 和 Cosmos 實現了基於 WebAssembly 的虛擬機 (WASM)，這是一種開放標準，允許使用多種編程語言編寫智能合約，提高了開發者的可訪問性。

Sui 使用 MoveVM，它執行用 Move 編寫的合約，這是一種專門爲區塊鏈應用設計的語言，強調安全性和資源的清晰性。

Solana 實現了其自定義虛擬機 (SVM)，旨在進行大規模並行處理交易，並處理極高的網路活動量，優化速度爲首要目標。

虛擬機用於可擴展性解決方案

在旨在加速交易的二層網路中，專門的虛擬機應運而生。zkEVM (零知識虛擬機)允許 zk-rollups 執行智能合約，同時保持零知識證明的優勢，創造了可擴展性與安全性之間的橋梁。

虛擬機在行動：現實世界的例子

雖然看不見，但虛擬機在你與區塊鏈互動時會不斷在後臺工作：

• DeFi交易：當您在去中心化交易平台上進行代幣交換時，虛擬機正在執行智能合約的邏輯，以便促進原子交換、計算價格和轉移資金。

• NFT和數字產權：虛擬機不斷運行代碼，維護每個不可替代代幣的所有者的不可變記錄。當你購買或轉移NFT時，虛擬機會更新產權記錄。

• 第二層加速交易：如果你使用第二層擴展解決方案，你的交易將通過專門優化速度和成本的虛擬機處理，同時保持主網絡的安全性。

虛擬機的固有挑戰

性能和資源消耗過載

虛擬機在執行代碼與物理硬件之間增加了一層額外的抽象。這種抽象雖然提供了安全性和靈活性，但也有代價：與直接在硬件上執行代碼相比，性能降低，內存和計算能力消耗增加。

操作復雜性和維護

維護虛擬機，特別是在分布式基礎設施或區塊鏈環境中，需要相當的技術經驗。配置、更新、監控和故障排除需要時間、專業工具和受過培訓的人員。

兼容性碎片化

在EVM上執行的智能合約需要進行重寫或重大調整，以便在使用不同虛擬機（如Solana的SVM）的區塊鏈上運行。希望推出多鏈應用的開發者必須在可移植性和測試上投入額外的精力，從而增加開發成本。

最終反思

虛擬機是傳統計算和區塊鏈生態系統中的一種基礎技術。在個人計算機中，它們提供靈活性、安全性和資源效率。在去中心化的區塊鏈網路中，它們是允許成千上萬的智能合約通過全球網路可靠且一致地執行的機制。

理解虛擬機如何工作可以讓你更好地理解支撐你在DeFi和Web3生態系統中使用的去中心化工具和應用程序的隱形基礎設施。