什么是虚拟机？

虚拟机使用虚拟化技术在物理机器上创建虚拟硬件，即计算机的虚拟版本。运行虚拟机的物理机器称为主机，在主机上运行的虚拟机称为客机。

每个客机虚拟机都在主机上的隔离分区上运行，与其他客机完全隔离。您可以在单个宿主机（通常是服务器）上托管多个虚拟机，并在称为 Hypervisor 的软件层上运行。

Hypervisor 将宿主机的物理资源（如 CPU、GPU、TPU、内存、存储或网络）抽象化为资源池，并按需进行预配与动态分配，从而在提供更高灵活性的同时，提升整体资源利用效率。

• 类型 1：裸金属 Hypervisor：此类 Hypervisor 直接在主机的物理硬件上运行。凭借卓越的性能与效率，此类 Hypervisor 广泛应用于企业级数据中心。例如，Google Cloud 采用基于 KVM 的 Hypervisor 作为核心引擎，为 Compute Engine 虚拟机提供强力支撑。
• 类型 2：托管式 Hypervisor：此类 Hypervisor 以应用形式运行在现有操作系统之上，更适用于桌面环境。此类 Hypervisor 主要应用于开发与测试场景。

虽然虚拟机与容器均用于实现应用隔离，但其底层实现机制存在本质区别。虚拟机可对包括操作系统在内的整个物理硬件堆栈进行虚拟化。这赋予了每个虚拟机独立完备的隔离环境，但也意味着其体量通常较大，且资源占用量更高。

相比之下，容器更显轻量，因为其仅将操作系统层虚拟化。容器无需为每个应用捆绑完整的操作系统，而是通过共享主机的操作系统内核来运行。这有助于容器在保持隔离性的同时，以更低的资源消耗实现更快速的启动。这一优势使容器成为新应用开发的理想架构选择。鉴于过去十年间的大量应用均针对容器构建，包括电子商务、后台办公及 AI 在内的诸多工作负载已实现“容器原生化”。

然而，在运行虚拟机时，仍需考虑以下关键因素。虚拟机的最大潜在挑战之一是，如果宿主机不够强大，运行多个操作系统和一个 Hypervisor 层可能会导致性能下降。此外，虚拟硬件的效率可能不及物理机的硬件。最后，对于大多数云服务提供商提供的虚拟机，CPU 和内存配置都是固定的，这会导致资源利用率欠佳。

然而，通过选择合适的云服务商提供的虚拟机，可以克服上述大部分问题。相较于传统虚拟机，云虚拟机具备诸多优势，因为它们能协助组织获取整个数据中心级别的算力支持，而非受限于单台物理机器。此外，Google Compute Engine 还提供自定义机器类型，赋予您更灵活的规格选择权。采用自定义配置时，您可以针对工作负载精准定制 CPU 与内存比例，无需再选择可能存在冗余容量的预定义机器类型，从而实现按实际使用的资源付费。这一精准策略不仅能最大限度地减少资源浪费，还能显著降低云端成本，对于从本地或其他云服务提供商迁移至 Google Cloud 的场景尤为适用。Compute Engine 还提供针对特定需求优化的虚拟机类型，适合企业级工作负载、高内存配置，以及机器学习或高性能计算等高要求工作负载。

Google Cloud 还提供安全强化型虚拟机，旨在增强虚拟机实例的安全性并协助验证其完整性。Google Cloud 安全强化型虚拟机利用先进的平台安全功能和控制措施，保护企业工作负载免受远程攻击、权限提升和恶意内部人员等威胁的侵扰。

对于某些应用，开发者可能会选择完全绕过传统虚拟机。对于特定应用场景，容器编排 (Google Kubernetes Engine - GKE) 和无服务器计算 (Cloud Run) 等现代部署模型是强大的替代方案，可让团队绕过虚拟机操作系统管理，提高部署速度，而且通常可以节省更多成本。