发现虚拟机(VM)(在数字时代如何运作

基本要点

• VM允许在单一设备上运行多个操作系统，而无需额外的硬件投资。
• 它们是确保在测试未知应用程序或新软件环境时安全的重要工具。
• 在区块链生态系统中，像以太坊虚拟机 (EVM) 这样的虚拟机是推动智能合约和去中心化应用 (dApps) 的核心。
• 尽管虚拟机提供了很大的灵活性和控制，但在性能、资源消耗和操作复杂性方面存在权衡。

虚拟机的真正功能是什么？

想象一下，你需要在一台运行Windows的电脑上运行macOS，或者在不触碰主操作系统的情况下体验Linux。虚拟机使这一切成为可能，通过构建一个隔离的空间，让不同的平台和软件能够不互相干扰地共存。除了个人桌面，这些虚拟化环境在区块链网络中至关重要，推动智能合约的执行和去中心化应用生态系统的运行。

虚拟机的构造：它们是如何真正工作的

虚拟机本质上是你可以在几分钟内设置的计算机副本，完全独立于你拥有的物理硬件。你可以安装完整的操作系统，保存数据，运行应用程序并连接到网络，所有这些都在你的宿主机内。宿主系统透明地提供其内存、处理能力和存储，以便虚拟机顺利运行。

在底层发生的事情是由一个称为虚拟机监控程序的关键组件协调的。这种专用软件智能地利用你设备的物理资源(处理器、内存、磁盘)，从而允许多个虚拟机同时共享这些资源。

存在两种主要的虚拟机监控程序类别：

• 类型 1 虚拟机监视器 (无基础操作系统)：直接安装在物理硬件上，没有中介。这是企业数据中心和云计算平台的标准选择，经过优化以实现最高效率和性能。
• 二级虚拟机监控器 ( 基础操作系统)：作为你现有操作系统上的常规应用程序运行。它们非常适合需要测试代码或在不影响主系统的情况下实验不同环境的开发人员。

为什么在你的工作流程中加入虚拟机？

新操作系统的安全探索

您可以在一个受控和隔离的环境中访问不同的平台。如果出现问题，您的主计算机将保持完好。这相当于在安全的舞台上进行彩排，准备最终演出。

软件威胁防护

你对打开附件或安装未知程序有疑虑吗？在虚拟机中运行它就像是一个防火墙。即使你在虚拟机中发现恶意软件或经历灾难性故障，你的主机和重要数据仍然会受到保护。

向后兼容旧软件

一些专业或遗留程序仅在旧版本的操作系统上运行。虚拟机重建这些历史环境，让你能够继续使用在现代技术中无法访问的工具。

多平台开发和分布式测试

对于开发者来说，虚拟机是一个理想的实验室。他们可以模拟和测试其应用程序在不同操作系统上的表现，而无需维护多个物理设备。这加快了开发周期，提高了软件质量。

按需云基础设施

像AWS、Azure和Google Cloud Platform这样的服务是基于虚拟机构建其所有基础设施服务的。当您在云中分配资源时，您实际上是在远程服务器上启动一个或多个虚拟机，这些虚拟机准备好托管您的应用程序、网站或数据库。

VM在区块链网络中的关键作用

在区块链的背景下，虚拟机超越了它们的传统角色。它们不仅仅是隔离的环境，而是执行去中心化网络基本操作的计算引擎。

以太坊虚拟机 (EVM) 是最突出的例子。它允许程序员使用诸如 Solidity、Vyper 和 Yul 等语言编写智能合约，然后将其部署到以太坊和兼容网络。EVM 确保网络中每个参与节点在相同规则下验证和解释这些合约，确保整个分布式系统的一致性。

然而，区块链虚拟机的格局要多得多样：

• NEAR Protocol 和 Cosmos 已采用基于 WebAssembly 的虚拟机 (WASM)，允许程序员使用多种编程语言编写合约，而不仅仅是使用专有解决方案。
• Sui 使用 MoveVM，这是一个专门的执行环境，用于执行用 Move 语言编写的合约，专注于安全性和表达能力。
• Solana 实现了其自定义虚拟机 (SVM)，专门设计用于并行处理交易并以高速度处理大量网络活动。

每种架构反映了不同的设计决策：一些优先考虑速度和可扩展性，而另一些则寻求更高的安全性、开发者的灵活性或特定协议的创新。

虚拟机在行动：真实案例

虽然区块链虚拟机器在后台静默工作，但每当你与去中心化应用程序互动时，它们就会处于活跃状态:

• 在DeFi交易中：当你在像Uniswap这样的平台上交换代币时，促进该交换的智能合约是在EVM内执行的，验证余额、计算费率并转移资产。
• 在NFT的创建和转移中：虚拟机管理着记录每个非同质化代币所有权的代码。当你购买或转移一个NFT时，虚拟机会处理所有权的更新，保持准确的记录。
• 在二层解决方案中：在像基于零知识证明的rollups (zkEVM)这样的rollups中，一个专门的虚拟机执行智能合约，同时生成加密有效性证明，这些证明被发送到主区块链上。

内在的挑战和局限性

性能成本

虚拟机在硬件和正在执行的代码之间引入了一层抽象。这种中介可能导致性能下降，并且与在物理机器上直接执行相比，可能需要更多的计算能力。

专业知识和维护需求

维护虚拟机，尤其是在云基础设施或复杂区块链网络中，需要细致的配置、定期的更新和持续的监控。这要求专业工具和深入的技术知识，消耗宝贵的时间。

兼容性分片

智能合约通常是为特定的虚拟机开发的。为以太坊编写的代码在像索拉纳这样的与EVM不兼容的区块链上运行时，需要重写或大幅修改。希望扩展到多个生态系统的开发者面临重复的努力。

最终反思

虚拟机是传统计算和区块链基础设施中不可见但至关重要的支柱。它们为资源的灵活性、安全性和效率提供了可能。理解它们的运作方式可以更清晰地了解推动DeFi工具、智能合约和去中心化应用的机制，这些机制正在改变当今的数字格局。

知识扩展

• 探索模块化区块链：未来的架构
• 比特币二层：原网络的可扩展性
• 智能合约审计：确保代码安全

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