虚拟机：推动系统和区块链的技术

你需要知道的

• 虚拟机允许在单一物理设备上同时运行多个操作系统和应用程序
• 它们是确保在测试未知软件、隔离风险程序或尝试新环境时安全的理想工具。
• 在区块链世界中，像EVM (以太坊虚拟机)这样的虚拟机是使数千个智能合约和去中心化应用在全球网络上可靠运行的引擎。
• 尽管虚拟机具有多功能性，但它们可能会影响性能，消耗额外资源并增加操作复杂性

介绍：为什么存在虚拟机？

想象一下，你需要在运行Windows的计算机上执行Linux，或者测试一个只在macOS上运行的应用程序，而不改变你的主系统。虚拟机使这成为可能，通过创建隔离的环境，不同的操作系统可以无冲突地共存。这项技术不仅限于个人计算机：在区块链世界中，虚拟机已成为支撑整个智能合约和去中心化应用程序的数字经济的基础设施。

虚拟机的结构

虚拟机本质上是一个在你的物理计算机内部运行的模拟计算机。它不需要额外的硬件或对你的基础设施进行更改。你可以安装完整的操作系统、存储数据、运行程序并连接到网络，但所有这些都发生在你的宿主设备中的一个受控和隔离的环境中。

实现这一点的关键组件是虚拟机监控器，这是一种专门的软件，充当中介。它的功能是将真实的物理资源(处理器、内存RAM、存储)划分和分配给多个虚拟机，使所有虚拟机能够高效且无干扰地共享相同的硬件。

存在两种主要的虚拟机监控器类别：

类型1虚拟机监控器 (裸金属): 直接安装在硬件上，不依赖于先前的操作系统。它们在数据中心和云平台中很常见，经过优化以实现最大性能和效率。

二型虚拟机监控器 (托管)：作为你当前操作系统中的正常应用程序运行。它们非常适合希望在不影响主环境的情况下体验新技术的开发者。

虚拟机背后的引擎

虚拟机的技术运作完全依赖于虚拟机监控程序如何管理资源。当你启动虚拟机时，虚拟机监控程序会分配特定的一部分 CPU、RAM 和存储空间。虚拟机可以像独立计算机一样完全操作，尽管实际上它是在与同一主机上的其他虚拟机共享资源。

该机制允许一台物理服务器托管数十甚至数百台虚拟机器，每台机器运行不同的操作系统并执行完全不同的应用程序，而不会相互干扰。

传统系统中的用例

新操作系统的安全测试

体验不同操作系统从未如此简单。您可以创建一个隔离环境，安装您想要的系统，并进行无风险探索。如果出现问题，只需删除虚拟机，便可恢复到完好的主系统。

威胁防范与潜在危险软件

你收到来自可疑来源的文件了吗？你想安装一个你不完全信任的程序吗？在虚拟机中运行它可以作为一种安全屏障。如果软件包含恶意软件或引发问题，隔离的虚拟机会将其限制在内，从而保护你的主系统不受任何损害。

旧应用程序支持

一些企业或专业程序是为旧版操作系统如Windows XP设计的。虚拟机可以重现这些特定环境，使您能够继续使用那些在现代计算机上否则不兼容的关键软件。

多平台开发与验证

开发者利用虚拟机同时在不同操作系统上测试代码。这确保了应用程序在最终用户使用的任何平台上都能正常运行，从而减少了发布后可能出现的不愉快意外。

云基础设施

大多数云服务使用虚拟机作为基础。当你租用云服务器时，你实际上是在租用一个托管在远程数据中心的虚拟机，准备运行你的应用程序、网站或数据库。

区块链中的虚拟机：去中心化执行的核心

区块链中的虚拟机运作原理与传统虚拟机不同。传统虚拟机是在计算机上隔离的环境，而区块链虚拟机是分布式状态机，在整个网络上成千上万台计算机中同时一致地执行智能合约代码。

###以太坊虚拟机：行业标准

以太坊虚拟机 (EVM) 革新了智能合约的执行方式。它允许开发者使用如 Solidity、Vyper 或 Yul 等语言编写代码，然后将其编译为字节码并在 EVM 中执行。关键在于，以太坊网络中的每个节点都以相同的方式执行完全相同的代码，确保所有人对结果达成一致。

许多区块链已经采用了与EVM的兼容性，因为这使得现有应用程序能够在多个网络上迁移或同时启动，从而促进了一个互联的生态系统。

区块链虚拟机器的多样性

并非所有区块链网络都使用相同的虚拟机。这种多样性反映了不同的设计优先级：

NEAR 和 Cosmos 实现了基于 WebAssembly 的虚拟机 (WASM)，这是一种开放标准，允许使用多种编程语言编写智能合约，提高了开发者的可访问性。

Sui 使用 MoveVM，它执行用 Move 编写的合约，这是一种专门为区块链应用设计的语言，强调安全性和资源的清晰性。

Solana 实现了其自定义虚拟机 (SVM)，旨在进行大规模并行处理交易，并处理极高的网络活动量，优化速度为首要目标。

虚拟机用于可扩展性解决方案

在旨在加速交易的二层网络中，专门的虚拟机应运而生。zkEVM (零知识虚拟机)允许 zk-rollups 执行智能合约，同时保持零知识证明的优势，创造了可扩展性与安全性之间的桥梁。

虚拟机在行动：现实世界的例子

虽然看不见，但虚拟机在你与区块链互动时会不断在后台工作：

• DeFi交易：当您在去中心化交易平台上进行代币交换时，虚拟机正在执行智能合约的逻辑，以便促进原子交换、计算价格和转移资金。

• NFT和数字产权：虚拟机不断运行代码，维护每个不可替代代币的所有者的不可变记录。当你购买或转移NFT时，虚拟机会更新产权记录。

• 第二层加速交易：如果你使用第二层扩展解决方案，你的交易将通过专门优化速度和成本的虚拟机处理，同时保持主网络的安全性。

虚拟机的固有挑战

性能和资源消耗过载

虚拟机在执行代码与物理硬件之间增加了一层额外的抽象。这种抽象虽然提供了安全性和灵活性，但也有代价：与直接在硬件上执行代码相比，性能降低，内存和计算能力消耗增加。

操作复杂性和维护

维护虚拟机，特别是在分布式基础设施或区块链环境中，需要相当的技术经验。配置、更新、监控和故障排除需要时间、专业工具和受过培训的人员。

兼容性碎片化

在EVM上执行的智能合约需要进行重写或重大调整，以便在使用不同虚拟机（如Solana的SVM）的区块链上运行。希望推出多链应用的开发者必须在可移植性和测试上投入额外的精力，从而增加开发成本。

最终反思

虚拟机是传统计算和区块链生态系统中的一种基础技术。在个人计算机中，它们提供灵活性、安全性和资源效率。在去中心化的区块链网络中，它们是允许成千上万的智能合约通过全球网络可靠且一致地执行的机制。

理解虚拟机如何工作可以让你更好地理解支撑你在DeFi和Web3生态系统中使用的去中心化工具和应用程序的隐形基础设施。