什么是VirtualBox？一篇详细的虚拟机入门指南 – wiki基地

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虚拟机入门指南：深入了解 VirtualBox

引言：为什么我们需要“电脑里的电脑”？

在数字世界里，我们常常需要尝试新的操作系统，运行特定版本的软件，或者只是想在不影响现有系统的情况下进行一些有风险的操作。你可能遇到过这样的情况：

  • 想体验最新的 Linux 发行版，但又不想格式化当前 Windows 系统。
  • 需要运行一款只在旧版 Windows XP 或 Windows 7 下才能正常工作的软件。
  • 作为一名开发者，需要一个干净、隔离的环境来测试代码。
  • 好奇 macOS 长什么样，但在 Windows 电脑上无法直接安装。
  • 担心访问某个不确定安全的网站或运行某个不明来源的程序，希望能在一个“沙盒”里进行。

在过去，解决这些问题可能意味着需要额外的物理计算机，或者冒着破坏当前系统的风险进行多系统安装。但这既不经济也不方便。幸运的是，“虚拟机”（Virtual Machine, VM）技术的出现彻底改变了这一切。

虚拟机技术允许你在当前的操作系统（称为“宿主操作系统”或 Host OS）之上，模拟出一台完整的计算机硬件环境，并在其中安装和运行另一个操作系统（称为“客户操作系统”或 Guest OS）。简单来说，它就像是在你电脑里再装了一台完整的、独立的电脑。

而 VirtualBox，正是众多虚拟机软件中的一员，而且是其中非常流行、功能强大且免费的一款。本文将带你深入了解什么是 VirtualBox，它如何工作，以及如何迈出使用它的第一步。

第一部分：理解虚拟机 (Virtual Machine, VM)

在我们深入 VirtualBox 之前，先要理解虚拟机的核心概念。

1. 什么是虚拟机？

虚拟机是物理计算机的虚拟化实现。它是一个软件，这个软件模拟了一台完整的计算机硬件系统，包括：

  • CPU (处理器)
  • RAM (内存)
  • 硬盘驱动器
  • 网卡
  • 显卡
  • 主板芯片组
  • 各种外设接口 (USB, 光驱等)

所有这些硬件都是由宿主计算机的物理硬件“虚拟”出来的。例如，虚拟机的硬盘实际上是宿主计算机硬盘上的一个大文件；虚拟机的内存使用宿主计算机的一部分物理内存；虚拟机的 CPU 使用宿主计算机的 CPU 资源。

在虚拟机内部，你可以像在真实计算机上一样安装操作系统。这个被安装在虚拟机里的操作系统，就是客户操作系统 (Guest OS)。它可以是 Windows 的不同版本，各种 Linux 发行版，BSD，Solaris，甚至 macOS 等。

2. 虚拟机如何工作？ Hypervisor 的角色

让虚拟机得以运行的关键技术是 Hypervisor（也称为虚拟机监视器 VMM）。Hypervisor 是一种软件层，它运行在物理硬件（或宿主操作系统）之上，负责管理和分配物理资源（CPU、内存、存储、网络等）给各个虚拟机。它隔离了虚拟机，使得它们互不干扰，就像运行在独立的物理机器上一样。

Hypervisor 主要分为两类：

  • Type 1 Hypervisor (裸金属型)：直接运行在物理硬件上，不依赖于任何宿主操作系统。例如 VMware ESXi, Microsoft Hyper-V (Server 版本), Xen 等。这类 Hypervisor 主要用于服务器虚拟化，提供高性能和高隔离性。
  • Type 2 Hypervisor (宿主型)：运行在宿主操作系统之上，作为宿主操作系统的一个应用程序存在。例如 VirtualBox, VMware Workstation/Player, Parallels Desktop 等。这类 Hypervisor 更适合个人用户在桌面电脑上使用，安装和管理相对简单。

VirtualBox 就是一个典型的 Type 2 Hypervisor。 它安装在你的 Windows、macOS 或 Linux 电脑上，然后你可以在 VirtualBox 应用程序中创建和运行虚拟机。

3. 使用虚拟机的好处

使用虚拟机技术带来了诸多优势：

  • 隔离性与安全性：虚拟机与宿主系统是隔离的。在虚拟机内进行的任何操作（包括安装病毒、系统崩溃）都不会影响到宿主系统或其他虚拟机。这使得它成为测试软件、访问未知文件或网站的理想“沙盒”。
  • 兼容性：你可以在一台电脑上运行多种不同的操作系统。这对于需要使用特定操作系统版本才能运行的旧软件，或者开发人员在不同平台上测试应用程序非常有价值。
  • 节约成本与资源：无需购买额外的硬件即可运行多套系统。一台性能较好的物理机可以承载多个虚拟机，大大提高了硬件利用率。
  • 快照与恢复：大多数虚拟机软件（包括 VirtualBox）都支持“快照”功能。你可以在虚拟机的特定状态下创建一个快照，之后可以随时恢复到这个状态，无需重头安装或配置系统。这对于测试、演示或回滚错误操作极其方便。
  • 环境复制：可以轻松地复制、迁移或共享整个虚拟机文件，从而快速部署相同的操作系统环境给多个人或在不同的机器上。
  • 学习与测试：对于IT爱好者、系统管理员或开发人员来说，虚拟机是学习和测试新操作系统、服务器配置、网络设置或软件部署的绝佳平台，不会对生产环境造成风险。

第二部分：深入了解 VirtualBox

现在我们知道什么是虚拟机以及 Hypervisor 的作用了。接下来，让我们把焦点放到主角——VirtualBox 上。

1. 什么是 VirtualBox？

Oracle VM VirtualBox (通常简称 VirtualBox) 是一款由 Oracle 公司开发的开源（部分组件闭源）的跨平台虚拟机软件。它是一款 Type 2 Hypervisor，可以在现有的 Windows、macOS、Linux、Solaris 等宿主操作系统上安装，并创建和运行各种客户操作系统。

VirtualBox 的主要特点包括：

  • 免费且易于获取：VirtualBox 基础功能完全免费，可供个人和商业使用。你可以轻松地从官网下载并安装。
  • 跨平台支持：VirtualBox 本身可以安装在多种操作系统上，而且它支持虚拟化运行几乎所有主流的操作系统作为客户机。
  • 功能丰富：提供了创建、配置、运行虚拟机所需的各种功能，从基本的硬件模拟到高级的网络配置和远程访问。
  • 活跃的社区：作为一款流行的软件，VirtualBox 拥有庞大的用户社区，遇到问题时容易找到帮助和解决方案。

2. VirtualBox 的关键功能详解

为了更好地使用 VirtualBox，了解其核心功能至关重要：

  • 广泛的操作系统支持：
    • 宿主操作系统 (Host OS)：Windows (XP 到 Windows 11), macOS (10.14 Mojave 及更高版本), Linux (各种主流发行版如 Ubuntu, Fedora, Debian, openSUSE 等), Solaris。
    • 客户操作系统 (Guest OS)：Windows (从 3.1 到 Windows 11，包括 Server 版本), Linux (几乎所有基于 Linux 内核的版本), macOS (在特定条件下和硬件支持下可以，但不官方支持且可能违反 Apple 的许可协议), BSD, Solaris, OS/2 等。
  • 快照 (Snapshots)：这是 VirtualBox 最实用的功能之一。它允许你在虚拟机的某个特定时间点“冻结”其状态（包括内存、硬盘内容、设置等），保存为一个快照。之后，你可以随时恢复到这个快照时的状态。
    • 用途：在进行可能破坏系统的操作前创建快照；快速回滚到某个已知的工作状态；在不同配置或测试阶段之间快速切换。
    • 工作原理：创建快照后，后续对虚拟机硬盘的写入不会直接修改原始虚拟磁盘文件，而是写入到一个新的差分磁盘文件。恢复快照时，VirtualBox会丢弃当前的差分文件，重新加载对应快照点的差分文件链。
  • 增强功能 (Guest Additions)：这是安装在客户操作系统内的一套驱动程序和系统应用程序。强烈建议在安装好客户操作系统后立即安装 Guest Additions。
    • 提供的改进：
      • 显卡驱动：实现更好的图形性能，支持更高的屏幕分辨率，甚至开启 3D 加速。
      • 鼠标集成：鼠标指针可以在宿主系统和客户系统之间无缝移动，无需再按主机键（默认为 Right Ctrl）释放鼠标。
      • 共享剪贴板：允许在宿主系统和客户系统之间复制粘贴文本和文件。
      • 拖放支持：直接从宿主系统向客户系统拖放文件。
      • 无缝模式 (Seamless Mode)：客户操作系统中的窗口可以直接显示在宿主操作系统的桌面上，仿佛是宿主系统的应用程序一样。
      • 时间同步：同步客户操作系统的时间与宿主系统的时间。
      • 共享文件夹 (Shared Folders)：允许客户操作系统访问宿主系统上的特定文件夹，方便文件交换。
  • 网络模式 (Networking Modes)：VirtualBox 提供了多种网络连接模式，以满足不同的需求：
    • 网络地址转换 (NAT)：这是默认模式。虚拟机通过宿主机的 IP 地址访问外部网络。虚拟机可以访问互联网，但外部网络很难直接访问到虚拟机（除非进行端口转发）。适合虚拟机只需要上网而不需要被外部访问的场景。
    • 桥接模式 (Bridged Adapter)：虚拟机直接连接到宿主机的网络接口（如物理网卡）。在网络中，虚拟机拥有一个独立的 IP 地址，与宿主机地位平等，外部网络中的其他设备可以直接访问到虚拟机，就像它是网络中的一台真实物理机一样。适合需要虚拟机在局域网中扮演独立角色的场景（如搭建服务器）。
    • 内部网络 (Internal Network)：虚拟机之间可以互相通信，但无法访问外部网络（包括宿主机）。适合构建一个完全隔离的虚拟机网络环境进行测试。
    • 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。适合宿主机需要直接访问虚拟机（如通过 SSH 连接）且虚拟机不需要上网的场景。
  • USB 设备支持：可以将宿主机连接的 USB 设备（如 U 盘、摄像头、手机等）分配给虚拟机使用。
  • 虚拟磁盘格式：VirtualBox 原生支持其自己的虚拟磁盘格式 VDI (.vdi)，同时也支持 VMware 的 VMDK (.vmdk)、Microsoft 的 VHD/VHDX (.vhd, .vhdx) 和 Parallels 的 HDD (.hdd) 等格式，方便与其他虚拟化平台进行兼容。
  • 远程显示 (VRDP)：VirtualBox 可以将虚拟机的显示输出通过 RDP (远程桌面协议) 传输到其他计算机上，允许你远程控制虚拟机。

第三部分：VirtualBox 入门实践：从安装到创建第一个虚拟机

了解了 VirtualBox 的强大功能后，是时候亲自动手了。

1. 下载和安装 VirtualBox

  1. 前往官网：访问 VirtualBox 的官方网站：https://www.virtualbox.org/
  2. 下载：在下载页面找到适用于你的宿主操作系统的版本，并下载安装包。通常会提供 Windows hosts, macOS hosts, Linux distributions 等选项。
  3. 安装：运行下载的安装包。安装过程通常非常直接，按照向导提示一步步进行即可。在安装过程中，你可能会看到安装网卡驱动或 USB 驱动的提示，请允许安装，这是 VirtualBox 正常工作所必需的组件。

2. 创建一个新的虚拟机

安装完成后，打开 VirtualBox 管理器界面。接下来，我们将创建一个新的虚拟机来安装操作系统。

  1. 点击“新建”：在 VirtualBox 管理器窗口中，点击左上角的“新建”（或 New）按钮。
  2. 命名和选择类型：
    • 名称：给你的虚拟机起一个易于识别的名字，例如“Ubuntu 22.04 LTS”或“Windows 10 Test”。VirtualBox 会根据你输入的名称智能识别操作系统的类型和版本。
    • 文件夹：选择虚拟机文件（配置、虚拟磁盘等）存放的位置。默认位置即可，除非你想存放在其他硬盘或分区。
    • 类型：从下拉菜单中选择你要安装的操作系统类型（如 Microsoft Windows, Linux, macOS, Other）。
    • 版本：从下拉菜单中选择具体的操作系统版本（如 Windows 10 (64-bit), Ubuntu (64-bit)）。如果列表中没有完全匹配的，选择一个相近的版本，或者选择“Other”并指定是 32 位还是 64 位。
  3. 分配内存 (RAM)：为虚拟机分配内存大小。建议根据客户操作系统的最低要求和你的宿主机内存总量来决定。
    • 屏幕上会有一个滑动条，绿色区域表示分配给虚拟机的内存总量不会对宿主机造成太大负担。
    • 一般来说，Windows 10/11 建议至少 4GB (4096MB)，Linux 桌面版建议至少 2GB (2048MB)。分配的内存越多，虚拟机的性能越好，但会占用宿主机的资源，所以不要分配超过宿主机物理内存的 50%（除非宿主机内存非常大且只运行一个虚拟机）。
  4. 创建虚拟硬盘：这一步是为虚拟机提供一个存放操作系统和数据的“硬盘”。
    • 选择“现在创建虚拟硬盘”。
    • 硬盘文件类型：选择 VDI (VirtualBox Disk Image)，这是 VirtualBox 的原生格式，兼容性最好。
    • 分配方式：
      • 动态分配 (Dynamically allocated)：推荐 beginners 使用。虚拟磁盘文件会随着虚拟机内部数据的增加而增大，但最大不会超过你设定的上限。优点是节省宿主机硬盘空间。
      • 固定大小 (Fixed size)：虚拟磁盘文件在创建时就会占用设定的全部空间。优点是性能可能略优，且不会碎片化，但创建时间可能较长，且一旦创建就占用固定空间。
    • 文件位置和大小：选择虚拟硬盘文件存放的位置（默认即可），并设定虚拟硬盘的大小。这取决于你要安装的操作系统和后续的使用需求。例如，Windows 10 建议至少 50GB，许多 Linux 发行版建议 20-30GB。设定的大小是虚拟硬盘的最大容量，如果是动态分配，实际占用的空间会小得多。
  5. 完成创建：点击“创建”，你的虚拟机就创建好了，它会出现在 VirtualBox 管理器左侧的列表中。

3. 在虚拟机中安装操作系统

创建好虚拟机后，它还只是一个带有虚拟硬件的“空壳”，没有安装任何操作系统。接下来，我们需要像在真实电脑上安装系统一样，使用操作系统的安装介质（通常是 ISO 镜像文件）来安装客户操作系统。

  1. 准备安装介质：下载你要安装的操作系统的 ISO 镜像文件。例如，你可以从微软官网下载 Windows 10/11 安装镜像，或从 Ubuntu、Fedora 等官网下载 Linux 发行版镜像。
  2. 配置虚拟机的存储：
    • 在 VirtualBox 管理器中选中你刚创建的虚拟机。
    • 点击“设置”（或 Settings）按钮。
    • 在设置窗口左侧选择“存储”（或 Storage）。
    • 在“存储设备”树状结构中，找到“控制器：IDE”下的一个空的虚拟光驱图标（通常显示为“空”）。点击它。
    • 在右侧的“属性”面板中，点击光驱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 Disk…），然后选择“选择虚拟光盘文件…”（Choose a Virtual Optical Disk File…）。
    • 浏览并选中你下载好的 ISO 镜像文件，然后点击“打开”。现在，这个 ISO 文件就被“放入”了虚拟机的光驱中。
    • 点击“确定”保存设置。
  3. 启动虚拟机：
    • 在 VirtualBox 管理器中选中虚拟机，点击“启动”（或 Start）按钮。
    • 虚拟机会启动，并像真实电脑从光盘启动一样，从你挂载的 ISO 镜像中开始加载安装程序。
    • 注意：首次启动时，可能会弹出一个对话框让你选择启动盘，选择你刚刚挂载的 ISO 镜像即可。
  4. 进行操作系统安装：接下来的步骤就完全取决于你安装的是什么操作系统了。按照屏幕上的指示，像在物理电脑上安装系统一样进行安装。这通常包括选择语言、键盘布局、接受许可协议、选择安装类型（通常是全新安装）、选择安装位置（选择虚拟硬盘）等等。
    • 提示：在安装过程中，你可能需要在虚拟机窗口内点击鼠标，这时鼠标会被“捕获”到虚拟机内。要将鼠标释放回宿主系统，需要按一下“主机键”（默认是键盘右侧的 Ctrl 键）。安装 Guest Additions 后就无需这样操作了。
  5. 完成安装：等待操作系统安装完成并重启。重启后，虚拟机应该会从虚拟硬盘启动，进入刚刚安装好的操作系统。

4. 安装增强功能 (Guest Additions)

成功安装客户操作系统并进入桌面后，第一件重要的事情就是安装 Guest Additions，以获得更好的使用体验和性能。

  1. 启动虚拟机：确保你的虚拟机正在运行并显示客户操作系统的桌面。
  2. 插入 Guest Additions CD 镜像：
    • 在 VirtualBox 虚拟机窗口顶部的菜单栏中，点击“设备”（Devices）。
    • 选择“安装增强功能 CD 映像…” （Insert Guest Additions CD Image…）。
    • VirtualBox 会将 Guest Additions 的 ISO 文件虚拟地挂载到客户操作系统的光驱中。
  3. 在客户操作系统中运行安装程序：
    • 进入客户操作系统。通常会自动弹出安装程序的运行提示。如果没有，打开文件管理器，找到虚拟光驱（在 Windows 中通常是 D 或 E 盘，在 Linux 中通常会自动挂载到 /media 或 /run/media 下），找到并运行里面的安装程序：
      • Windows: 运行 VBoxWindowsAdditions.exe
      • Linux/Solaris/BSD: 打开终端，切换到光驱目录，运行 ./VBoxLinuxAdditions.run (可能需要管理员权限 sudo)。
    • 根据安装程序的提示进行安装。安装过程中可能需要确认一些驱动安装提示（在 Windows 中）。
  4. 重启虚拟机：安装完成后，务必重启客户操作系统，使 Guest Additions 生效。

重启后，你会发现鼠标可以在宿主和客户系统之间自由移动了，屏幕分辨率可以自由调整适应窗口大小，并且可以配置共享剪贴板和共享文件夹等功能了。

第四部分：VirtualBox 的基本管理和操作

一旦虚拟机安装并配置好，日常使用和管理也非常方便。

  1. 虚拟机状态：
    • 运行 (Running)：虚拟机正在工作。
    • 暂停 (Paused)：虚拟机被临时冻结，状态被保存在内存中。可以快速恢复。
    • 保存状态 (Saved)：虚拟机的完整状态（内存、CPU 寄存器、连接设备等）被保存到硬盘上，然后虚拟机被关闭。恢复时可以回到保存时的精确状态。这比正常关机快，也比暂停安全（因为状态保存在硬盘）。
    • 关机 (Powered Off)：虚拟机被正常或强制关闭。正常关机相当于在客户操作系统内部进行关机操作；强制关机相当于直接拔掉电源，可能导致数据丢失或系统损坏，应尽量避免。
  2. 快照管理：
    • 在 VirtualBox 管理器中，选中虚拟机，点击左侧的“快照”（Snapshots）。
    • 点击“生成”（Take）按钮创建新快照，输入名称和描述。
    • 选择已有快照，可以“恢复”（Restore）到该快照状态（可以选择创建当前状态的快照以便之后返回），或者“删除”（Delete）快照（会释放占用的硬盘空间）。
  3. 虚拟机设置：
    • 选中虚拟机，点击“设置”（Settings）。
    • 可以在这里修改虚拟机的各种硬件配置，如分配更多的内存、调整 CPU 核心数、添加新的虚拟硬盘、配置网络适配器、启用 USB 控制器等。注意：修改某些设置可能需要先关闭虚拟机。
  4. 共享文件夹：
    • 在虚拟机“设置”->“共享文件夹”（Shared Folders）中，点击右侧的加号按钮。
    • 选择宿主系统上的一个文件夹作为“文件夹路径”，指定一个“文件夹名称”。
    • 可以选择“自动挂载”和“固定分配”。
    • 确定后，在客户操作系统中（需要安装 Guest Additions），这个共享文件夹就会以网络驱动器或特定路径的形式出现（在 Linux 中通常挂载到 /media/sf_<文件夹名称>）。

第五部分：VirtualBox 的常见应用场景

使用 VirtualBox 可以实现很多有用的目的：

  • 软件开发与测试：为不同的项目创建独立的开发环境，避免依赖冲突；在多种操作系统或特定系统版本上测试应用程序的兼容性。
  • 学习新的操作系统：安全地安装和体验 Linux 发行版、BSD 或其他系统，无需担心影响主系统。
  • 运行遗留软件：在虚拟机中安装旧版 Windows（如 XP 或 Windows 7），以运行那些无法在新系统上工作的旧软件或游戏。
  • 安全研究与沙盒：在一个隔离的环境中分析可疑文件、访问不信任的网站，即使虚拟机被感染也不会波及宿主系统。
  • 系统管理与网络实验：搭建虚拟服务器集群，配置复杂的网络拓扑，学习 Active Directory、网络服务等，而不需要多台物理机器。
  • 演示与培训：快速部署标准化的演示环境或培训环境。

结论

VirtualBox 作为一款免费、强大且易于使用的虚拟机软件，为我们打开了探索和利用虚拟机技术的大门。它提供了一种安全、灵活且经济的方式来运行不同的操作系统、测试软件、构建隔离环境，极大地提高了我们的计算能力和工作效率。

通过本文的介绍，你应该对虚拟机和 VirtualBox 有了初步的认识，并掌握了创建和使用基本虚拟机的方法。虚拟机的世界远不止于此，VirtualBox 还提供了许多高级功能等待你去探索。但对于入门者来说，理解核心概念、学会安装操作系统和 Guest Additions，就已经能够满足大部分日常需求了。

现在，就去下载 VirtualBox，迈出你在“电脑里的电脑”上的第一步吧！祝你使用愉快！

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