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VirtualBox 详细指南：功能特性与入门教程

在当今瞬息万变的数字世界中，我们常常需要运行不同的操作系统，无论是为了开发测试、学习新系统、软件兼容性，还是仅仅出于好奇。然而，在同一台物理机器上安装多个操作系统（双启动或多启动）可能会带来分区管理、系统冲突等复杂问题，且切换系统需要重启，效率低下。这时，虚拟化技术便应运而生，为我们提供了一种优雅的解决方案。

虚拟化允许你在一个操作系统（称为宿主机或 Host）内部运行另一个或多个独立的操作系统（称为客户机或 Guest）。这些客户机系统如同运行在独立的物理计算机上一样，拥有自己的虚拟硬件资源（CPU、内存、硬盘、网络接口等）。管理这一切的软件被称为虚拟机监控器（Hypervisor）。

在众多虚拟机软件中，Oracle VM VirtualBox（简称 VirtualBox）凭借其开源免费、跨平台、功能强大且易于使用等特点，成为了个人用户和开发者入门虚拟化领域的首选工具之一。

本文将带你深入了解 VirtualBox 的核心功能，并提供一个详尽的入门教程，指导你从零开始安装 VirtualBox、创建虚拟机并安装客户机操作系统。

第一部分：了解 VirtualBox 的核心功能特性

VirtualBox 是一款功能丰富的 Type 2 Hypervisor（运行在现有操作系统之上的 Hypervisor）。它支持在 Windows、macOS、Linux、Solaris 等多种主流宿主机操作系统上安装，并能虚拟化包括 Windows (从 Windows 3.1 到 Windows 11)、Linux (各种发行版)、macOS (受许可限制)、Solaris、BSD 等在内的多种客户机操作系统。

以下是 VirtualBox 的一些主要功能特性：

1. 跨平台支持 (Cross-Platform):

   • VirtualBox 的宿主机安装包支持 Windows、macOS、Linux (包括 Debian/Ubuntu、Fedora/RHEL/CentOS、SUSE 等)、Solaris。这意味着你可以在你熟悉的操作系统上安装并使用 VirtualBox。

2. 广泛的客户机操作系统支持 (Broad Guest OS Support):

   • 几乎所有主流的 x86/x64 架构的操作系统都可以在 VirtualBox 中作为客户机运行。这为你测试不同系统环境、运行旧版软件或开发跨平台应用提供了极大的便利。

3. 易于使用的图形用户界面 (Intuitive GUI):

   • VirtualBox 提供了一个直观且友好的图形界面，使得创建、配置和管理虚拟机变得简单快捷，即使是初学者也能轻松上手。

4. 快照功能 (Snapshots):

   • 快照是 VirtualBox 中一个极其有用的功能。它允许你在虚拟机运行的特定状态下创建一个“存档点”。之后，你可以随时恢复到这个存档点。这对于软件测试、系统配置实验、学习新系统等场景非常重要。如果某个操作导致客户机系统崩溃或出现问题，你可以快速回滚到之前的正常状态，而无需重新安装系统。你可以创建多个快照，形成一个树状结构。

5. 客户增强功能 (Guest Additions):

   • 这是一组安装在客户机操作系统内部的软件。安装 Guest Additions 后，可以显著提升虚拟机的性能和用户体验，包括：
     • 鼠标指针集成: 鼠标可以在宿主机和客户机之间无缝切换，无需捕获或释放。
     • 更好的视频支持: 支持更高的屏幕分辨率，并根据虚拟机窗口大小自动调整分辨率，提供更好的图形性能。
     • 共享文件夹 (Shared Folders): 允许在宿主机和客户机之间方便地共享文件。
     • 拖放支持 (Drag and Drop): 可以在宿主机和客户机之间拖放文件或文件夹 (取决于配置和支持)。
     • 剪贴板共享 (Shared Clipboard): 允许在宿主机和客户机之间复制粘贴文本或文件。
     • 时间同步: 使客户机的时间与宿主机同步。
     • 自动化登录: (某些情况下)
   • 强烈建议在客户机系统安装完成后立即安装 Guest Additions。

6. 多种网络模式 (Flexible Networking Modes):

   • VirtualBox 提供了多种网络连接模式，以满足不同的需求：
     • NAT (Network Address Translation): 默认模式。客户机可以通过宿主机的网络访问外部网络（包括互联网），但外部网络无法直接访问客户机。适合普通上网和连接外部服务。
     • 桥接模式 (Bridged Adapter): 客户机拥有一个独立的 IP 地址，与宿主机位于同一个物理网络中，如同网络中的一台独立计算机。外部网络可以直接访问客户机。适合在局域网内测试服务或需要虚拟机拥有独立网络身份的场景。
     • 内部网络 (Internal Network): 虚拟机之间可以互相通信，但无法访问宿主机和外部网络。适合构建一个完全隔离的虚拟网络环境。
     • 仅主机(Host-Only Adapter): 虚拟机可以与宿主机互相通信，但无法访问外部网络。适合在宿主机和虚拟机之间进行开发测试，且不需要外部网络访问。
   • 可以为虚拟机配置多个网络适配器，每个适配器使用不同的模式。

7. USB 设备支持 (USB Device Support):

   • 通过安装 VirtualBox Extension Pack，VirtualBox 支持将宿主机的 USB 设备（如 U盘、摄像头、手机等）直接连接到虚拟机中，让虚拟机能够像访问物理设备一样访问这些 USB 设备。

8. 共享文件夹 (Shared Folders):

   • 通过 Guest Additions 实现，允许你在宿主机上指定一个文件夹，并在客户机中将其挂载为网络驱动器或共享目录，方便宿主机和客户机之间交换文件。

9. 命令行接口 (VBoxManage):

   • VirtualBox 提供了一个强大的命令行工具 VBoxManage，允许用户通过脚本创建、配置、管理和运行虚拟机，非常适合自动化和批量操作。

10. 虚拟硬盘格式支持 (Virtual Disk Formats):

    • VirtualBox 的原生虚拟硬盘格式是 VDI (Virtual Disk Image)，但也支持导入和导出其他格式的虚拟硬盘，如 VMware 的 VMDK、Microsoft 的 VHD/VHDX 等。
    • 创建虚拟硬盘时，可以选择动态分配（初始占用空间小，随实际使用增长）或固定大小（一次性分配指定大小的空间）。动态分配更灵活，固定大小性能稍好。

11. 导入/导出虚拟电脑 (Import/Export Appliance):

    • VirtualBox 支持使用开放虚拟化格式 (OVF/OVA) 导入和导出虚拟机。这使得在不同的虚拟化平台（如 VirtualBox, VMware, KVM 等）之间迁移虚拟机成为可能，或者方便地分享和分发预配置好的虚拟机镜像。

12. 虚拟硬件配置 (Configurable Virtual Hardware):

    • 你可以为虚拟机分配虚拟 CPU 核心数、内存大小、显存大小、硬盘大小、光驱、声卡、网卡数量和类型等，灵活地模拟不同的硬件环境。

13. 远程桌面显示 (Remote Display):

    • 通过安装 VirtualBox Extension Pack，可以启用 VRDP (VirtualBox Remote Desktop Protocol)，允许你通过远程桌面客户端连接到虚拟机，即使虚拟机界面没有直接显示在宿主机桌面上。

第二部分：VirtualBox 入门教程

本部分将详细指导你完成 VirtualBox 的安装、创建虚拟机以及安装客户机操作系统的过程。

步骤 1：下载 VirtualBox 和 Extension Pack

1. 访问官方网站: 打开你的网络浏览器，访问 VirtualBox 的官方网站：https://www.virtualbox.org/
2. 下载 VirtualBox 主程序: 在首页或下载页面找到适合你宿主机操作系统的最新版本的安装包。例如，如果你使用 Windows，就下载 Windows Hosts 对应的安装包。
3. 下载 Extension Pack: 在同一个下载页面，找到 VirtualBox Extension Pack。务必下载与你刚刚下载的 VirtualBox 版本完全对应的 Extension Pack。这是一个单独的文件（.vbox-extpack 格式）。Extension Pack 提供额外的功能，如 USB 2.0/3.0 支持、VRDP、硬盘加密等，强烈建议安装。

步骤 2：安装 VirtualBox 主程序

1. 运行安装包: 双击下载的 VirtualBox 安装包文件。
2. 遵循安装向导: 安装过程通常非常直接。一路点击“下一步”或“Install”。
   • 在选择安装组件时，一般保持默认全选即可。
   • 在网络接口警告时，注意安装 VirtualBox 的网络功能会创建虚拟网络接口，可能会导致网络连接短暂中断，这是正常现象，点击“是”或“Yes”继续。
   • 同意许可协议，选择安装位置（通常默认即可）。
3. 完成安装: 安装完成后，可以选择立即启动 VirtualBox。

步骤 3：安装 VirtualBox Extension Pack

1. 方法一 (双击): 直接双击下载的 .vbox-extpack 文件。VirtualBox 应该会自动打开并提示你安装 Extension Pack。
2. 方法二 (通过 VirtualBox 界面):
   • 启动 VirtualBox 管理器。
   • 点击菜单栏的 “文件” (File) -> “管理” (Tools) -> “扩展” (Extension Pack Manager) 或 “管理”(File) -> “偏好设置” (Preferences) -> “扩展” (Extensions)。
   • 点击右侧的添加按钮（通常是一个绿色的加号）。
   • 浏览并选择你下载的 .vbox-extpack 文件。
   • 阅读并同意 Extension Pack 的许可协议。
   • 点击“安装” (Install) 或“确定” (OK)。
   • 可能需要输入宿主机的管理员密码。
3. 确认安装成功: 安装完成后，你应该能在扩展列表中看到已安装的 Extension Pack。

步骤 4：准备客户机操作系统安装介质

你需要一个客户机操作系统的安装文件，通常是 ISO 镜像文件。

• 你可以从官方网站下载各种操作系统的 ISO 镜像，例如：
  • Windows：需要有效的许可和从微软官网下载（如 Media Creation Tool 或 MSDN）。
  • Linux：各种 Linux 发行版的官网（如 Ubuntu, Fedora, CentOS Stream, Debian 等）通常提供免费下载的 ISO 镜像。
  • 其他：根据你需要安装的操作系统获取其安装介质。

将 ISO 文件保存在宿主机上一个方便找到的位置。

5：创建新的虚拟机

1. 启动 VirtualBox 管理器: 打开安装好的 VirtualBox 应用程序。
2. 点击“新建” (New): 在 VirtualBox 管理器界面的左上角点击“新建”按钮。
3. 指定名称和操作系统:
   • 名称 (Name): 给你的虚拟机起一个有意义的名字，例如“Ubuntu 22.04 LTS”、“Windows 10 Test”。
   • 文件夹 (Machine Folder): 选择虚拟机文件存储的位置。默认位置通常在用户目录下的 VirtualBox VMs 文件夹。
   • 类型 (Type): 从下拉菜单中选择你要安装的操作系统类型（如 Linux, Windows）。
   • 版本 (Version): 选择具体的操作系统版本（如 Ubuntu (64-bit), Windows 10 (64-bit)）。VirtualBox 会根据你输入的名称尝试自动检测类型和版本。
   • ISO 映像 (ISO Image): 在这里可以选择你准备好的 ISO 镜像文件。选择后，VirtualBox 会尝试进行无人值守安装 (Unattended Install)。如果你不确定或想手动安装，可以暂时留空或选择“不分配”(Do not attach)，稍后在虚拟机设置中或启动时再指定 ISO。对于初学者，手动指定 ISO 通常更清晰。
4. 配置硬件 (无/有无人值守安装):
   • 如果未选择 ISO 或选择手动安装: VirtualBox 会跳过无人值守设置，直接进入硬件配置。
     • 内存大小 (Base Memory): 分配给虚拟机的内存量。根据客户机系统的需求和宿主机的总内存来决定。建议分配客户机系统官方推荐的最低或推荐内存量。例如，Windows 10 建议至少 2GB，Ubuntu Desktop 建议至少 4GB。请确保分配的内存不超过宿主机总内存的 50% 左右，以免影响宿主机性能。
     • 处理器 (Processors): 分配给虚拟机的 CPU 核心数。根据需要分配 1 个或多个核心。不要超过宿主机实际的 CPU 核心数。
   • 如果选择了 ISO 并支持无人值守安装: VirtualBox 会弹出“无人值守安装”选项。你可以设置用户名、密码、主机名等。勾选“Guest Additions 安装”可以方便后续安装。如果不想使用无人值守安装，取消勾选“跳过无人值守安装”即可。
5. 创建虚拟硬盘 (Hard Disk):
   • 通常选择 “现在创建虚拟硬盘” (Create a virtual hard disk now)。
   • 虚拟硬盘文件类型 (Hard disk file type): 保持默认的 VDI (VirtualBox Disk-Image) 即可。
   • 存储在物理硬盘上 (Storage on physical hard disk):
     • 动态分配 (Dynamically allocated): 推荐。虚拟硬盘文件会随着客户机中数据的增加而增大，初始占用空间小。
     • 固定大小 (Fixed size): 虚拟硬盘文件创建时就会占用指定的所有空间。创建速度可能慢于动态分配，但性能理论上稍好一点点。对于大多数用户，动态分配更方便。
   • 文件位置和大小 (File location and size): 选择虚拟硬盘文件的保存位置（通常在虚拟机文件夹内），并设置虚拟硬盘的最大容量。这个大小是上限，动态分配的硬盘初始不会占用这么多空间。根据客户机系统的安装需求和你的使用计划来设置，例如 Windows 10 建议至少 20GB，Ubuntu Desktop 建议至少 25GB。
6. 点击“完成” (Finish): 虚拟机创建完成。

步骤 6：安装客户机操作系统

1. 选择虚拟机: 在 VirtualBox 管理器界面的左侧列表中选中你刚刚创建的虚拟机。
2. 配置启动介质 (如果之前未指定 ISO):
   • 点击顶部工具栏的 “设置” (Settings) 按钮。
   • 在设置窗口中，选择左侧的 “存储” (Storage)。
   • 在“存储树” (Storage Tree) 中，找到控制器: IDE 下的那个光盘图标（通常显示“空” Empty）。选中它。
   • 在右侧的“属性” (Attributes) 区域，点击“光盘”图标旁边的下拉箭头。
   • 选择 “选择/创建一个虚拟光盘…” (Choose/Create a Virtual Optical Disc…)。
   • 在弹出的文件选择器中，找到并选中你准备好的客户机操作系统 ISO 镜像文件。
   • 点击“确定” (OK) 关闭设置窗口。
3. 启动虚拟机: 点击 VirtualBox 管理器界面的顶部工具栏的 “启动” (Start) 按钮。
4. 进行操作系统安装: 虚拟机将在一个新窗口中启动。它会像一台真实的计算机一样从你指定的 ISO 镜像启动。
   • 遵循客户机操作系统的安装向导进行安装。这个过程与在物理计算机上安装操作系统基本相同。你需要选择语言、时区、键盘布局、安装类型（通常选择全新安装）、创建用户账户、设置密码等。
   • 在安装过程中，VirtualBox 窗口顶部会出现一些菜单（机器、视图、输入、设备、帮助）。这些菜单用于与虚拟机交互或配置虚拟硬件。
     • 设备 (Devices) -> 光驱 (Optical Drives): 可以在这里再次挂载或移除 ISO 镜像。
     • 输入 (Input) -> 键盘 (Keyboard): 可以发送一些特殊的组合键（如 Ctrl+Alt+Del）。
     • 视图 (View): 可以调整窗口大小、全屏模式等。
5. 安装完成后: 客户机操作系统安装完毕后，通常需要重启。重启后，你应该能进入刚刚安装好的客户机系统桌面。

步骤 7：安装 Guest Additions

这是非常重要的一步，强烈建议执行！

1. 启动客户机: 确保客户机操作系统已经启动并登录到桌面。
2. 插入 Guest Additions CD 映像: 在 VirtualBox 虚拟机窗口的菜单栏中，点击 “设备” (Devices) -> “插入 Guest Additions CD 映像…” (Insert Guest Additions CD image…)。
3. 在客户机中运行安装程序:
   • Windows 客户机: 大多数 Windows 版本会自动检测到虚拟光驱中的 Guest Additions CD 并弹出安装向导。如果没有弹出，打开“文件资源管理器”，找到虚拟光驱（通常是一个新的驱动器盘符），双击里面的 VBoxWindowsAdditions.exe (对于 64 位系统是 VBoxWindowsAdditions-x86.exe 或类似的名称) 来运行安装程序。遵循安装向导，一路点击“下一步”，同意许可，安装驱动程序。安装过程中可能会有驱动未签名的警告，选择继续安装。
   • Linux 客户机:
     • 首先，确保客户机已连接网络（如果需要下载编译工具）。
     • 打开终端。
     • 创建一个挂载点（如果不存在）：sudo mkdir /mnt/cdrom
     • 挂载虚拟光驱：sudo mount /dev/cdrom /mnt/cdrom (注意：设备路径可能因发行版而异，有时可能是 /dev/sr0)
     • 进入挂载目录：cd /mnt/cdrom
     • 运行安装脚本：sudo sh ./VBoxLinuxAdditions.run
     • 如果提示缺少依赖（如 kernel-headers, build-essential, dkms 等），请根据提示使用客户机系统的包管理器安装这些依赖，然后再重新运行安装脚本。例如，在 Ubuntu 中使用 sudo apt update && sudo apt install build-essential linux-headers-$(uname -r)。
     • 安装完成后，卸载并弹出虚拟光驱：sudo umount /mnt/cdrom。
   • 其他客户机: 参考 VirtualBox 官方文档中对应操作系统的 Guest Additions 安装说明。
4. 重启客户机: Guest Additions 安装完成后，务必重启客户机操作系统，使更改生效。
5. 验证 Guest Additions: 重启后，尝试调整虚拟机窗口大小，看客户机分辨率是否自动适应；尝试在宿主机和客户机之间拖放文件或复制粘贴文本。如果这些功能正常工作，说明 Guest Additions 安装成功。

步骤 8：进行基础配置和操作

现在你已经成功安装了客户机操作系统并安装了 Guest Additions。你可以开始进行一些基础配置和操作：

• 快照: 在虚拟机关闭或运行时，选中虚拟机，点击顶部工具栏的 “快照” (Snapshots) 按钮。点击“拍摄快照” (Take) 可以保存当前状态。以后可以从这里恢复到任意快照点。
• 设置 (Settings): 选中虚拟机，点击 “设置” (Settings) 按钮。在这里你可以修改虚拟机的各种硬件配置（内存、CPU、硬盘、显卡、声卡等）、网络设置、USB 设备过滤规则、共享文件夹等。注意： 某些设置只能在虚拟机处于关闭状态时修改。
• 网络: 在虚拟机设置的“网络” (Network) 选项中，可以修改网络适配器的模式（NAT、桥接、仅主机等）。
• 共享文件夹: 在虚拟机设置的“共享文件夹” (Shared Folders) 选项中，可以添加宿主机的文件夹，并设置是否自动挂载以及只读权限。添加后，重启客户机或重新登录，并在客户机中访问这些共享文件夹（通常在网络位置或特定的挂载点下）。
• 启动/停止/保存状态:
  • 关闭电源 (Power Off): 强制关闭虚拟机，相当于直接拔掉物理电脑电源，可能导致数据丢失或系统损坏。
  • ACPI 关机 (ACPI Shutdown): 向客户机发送 ACPI 关机信号，由客户机操作系统自己执行正常的关机流程。推荐使用。
  • 保存电脑状态 (Save the machine state): 将虚拟机的当前运行状态保存到硬盘，下次启动时可以直接恢复到这个状态，非常快。相当于物理电脑的休眠。
  • 放弃保存状态 (Discard saved state): 删除之前保存的运行状态。
• 克隆 (Clone): 右键点击虚拟机，选择 “克隆” (Clone)。可以创建一个与原虚拟机完全相同的新虚拟机。选择“完全克隆” (Full clone) 会复制所有文件，生成一个独立的虚拟机；选择“链接克隆” (Linked clone) 会创建一个依赖于原虚拟机硬盘的新虚拟机，占用空间小但依赖原虚拟机存在。

第三部分：进阶探索（简述）

当你熟悉了基础操作后，可以进一步探索 VirtualBox 的更高级功能：

• VBoxManage 命令行工具: 学习如何使用命令行管理虚拟机，实现自动化。
• 虚拟网络配置: 深入了解各种网络模式的原理和应用场景，配置复杂的虚拟网络环境。
• OVF/OVA 导入导出: 学习如何导入和导出虚拟机，方便迁移和分享。
• 远程桌面 (VRDP): 配置和使用远程桌面连接虚拟机。
• 虚拟硬盘管理: 学习如何复制、移动、扩展、压缩虚拟硬盘文件。
• 多显示器支持: 为虚拟机配置使用宿主机的多个显示器。
• 3D 加速: 在支持的客户机系统中启用实验性的 3D 加速功能（需要 Guest Additions 和宿主机显卡支持）。

总结

VirtualBox 是一个强大、灵活且易于使用的虚拟化工具。通过本文的详细指南，你应该已经了解了 VirtualBox 的主要功能特性，并掌握了从安装到创建虚拟机和安装客户机操作系统的全过程。

虚拟化技术为你打开了一个全新的世界，无论是软件开发、系统测试、安全研究、学习新技能，还是仅仅探索不同的操作系统，VirtualBox 都能提供一个安全、隔离且可控的环境。

现在，就开始你的 VirtualBox 之旅吧！大胆地创建虚拟机，安装你感兴趣的操作系统，利用快照功能随意实验，享受虚拟化带来的便利和乐趣。随着你的实践和探索，你会发现 VirtualBox 还有更多强大的功能等待你去发掘。