【学习目标】

1. 知识目标

了解什么是虚拟化。

理解虚拟化的优势。

掌握虚拟化分类。

掌握虚拟机与虚拟化之间的关系。

掌握VirtualBox虚拟机软件的安装、部署及管理。

2. 技能目标

安装VirtualBox虚拟机软件。

创建虚拟机。

对虚拟机配置进行调整。

熟练使用虚拟机。

设置主机与虚拟机之间的文件夹共享。

设置虚拟机快照。

设置虚拟机的导出与导入。

【认证考点】

理解虚拟化的基本概念与分类。

掌握VirtualBox虚拟机软件的安装、部署与管理。

项目引导：基于VirtualBox虚拟化部署

【项目描述】

计算机专业教师在教学过程或计算机专业学生在学习中需要使用不同的操作系统进行教学或学习。在一般场合中使用Windows操作系统，而在程序开发项目中或系统运维等场景中则需要使用Linux或其他操作系统，如果有两台或多台电脑则不需担忧装多个操作系统问题，如果仅有一台电脑，则需考虑在一台电脑中安装双系统或多系统。如何在一台电脑上安装双系统或多系统呢？通常的解决方法在电脑上安装虚拟机软件，达到一台计算机虚拟出多台逻辑计算机的效果。目前市场的虚拟机软件较多，但开源的虚拟机软件较少，项目采用虚拟机开源软件VirtualBox实现虚拟化的部署。

知识储备

2.1 虚拟化概述

在云计算基础架构中，计算机系统虚拟化是一切建立在“云”上的服务与应用的基础。虚拟化技术目前主要应用在CPU、操作系统、服务器等多个方面，是提高云服务效率的最佳解决方案。

2.1.1 虚拟化的定义

计算虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而不相互影响，从而提高计算机的工作效率和利用率。

2.1.2 虚拟化的优势

虚拟化主要目的是对IT基础设施进行简化，使得对资源和资源管理的访问过程操作简单容易。虚拟化的优势有很多方面，具体如下。

1.提高资源的利用率

虚拟化技术能实现物理资源和资源池的动态共享，提高资源利用率。

2.降低管理成本

采用虚拟化技术后能提高工作人员的效率，主要表现在减少必须进行管理的物理资源的数量，隐藏了物理资源的部分复杂性，能实现中央管理来简化公共管理任务，能实现负载管理自动化，除此，虚拟化还可以支持在多个平台上使用公共的工具。通过虚拟化技术在管理上能降低成本。

3.提高使用灵活性

虚拟化可实现动态的资源部署和重配置，满足不断变化的业务需求，提高其灵活性。

4.提高安全访问性

虚拟化可实现较简单的共享机制，可实现对数据和服务进行可控和安全的访问。

5.更高的可用性

虚拟化可在不影响用户的情况下对物理资源进行删除、升级或改变，从而提高其可用性。

6.更高的可扩展性

虚拟化能根据不同的产品特性，对资源进行分区或汇聚从而能实现比物理资源获取更少或更多的虚拟资源，这意味着可以在不改变物理资源配置的情况下进行规模调整，从而提高其可扩展性。

7.互操作性

虚拟资源能实现与各种接口和协议的兼容，从而提高其互操作性。

8.改进资源供应

与物理资源单位相比，虚拟化能够以更小的单位进行资源分配，可以改进资源的供应。

2.1.3 虚拟化的分类

虚拟化技术根据虚拟对象可分成计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。

1.计算虚拟化

计算虚拟化通过虚拟机软件可以虚拟出多台的逻辑计算器，运行不同的操作系统，提高计算机的利用率和工作效率。

计算虚拟化使用软件的方法重新定义、划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够成为共用的基础设施，服务于灵活多变的应用需求。

2.存储虚拟化

存储虚拟化是对存储硬件资源进行抽象化，将存储资源进行统一整合管理，这种虚拟化可以将用户与存储资源中大量的物理特性隔绝，虚拟化的存储资源就就像“存储池”，用户不会看到具体的磁盘等存储设备，也不用关心具体的存储路径。

3.网络虚拟化

网络虚拟化是通过软件定义网络，并对网络资源进行抽象化。面对云化的数据中心，大量的动态变化，以及弹性漂移和伸缩的特点，对网络提出了更高的按需配置和随动的需求。

2.1.4 虚拟化的主流产品

虚拟化技术是指在软件层面上实现虚拟化的技术，整体上分为开源虚拟化和商业虚拟化两大阵营。典型的代表有VirtualBox、Xen、KVM、Vmware、Hyper-V、Docker容器等。本章节主要讲解VirtualBox开源虚拟化产品。

2.2 虚拟化与虚拟机

虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上运行，虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。而虚拟机指通过软件模拟出的计算机系统。

2.2.1 虚拟机概述

虚拟机（Virtual Machine）是通过软件模拟的、具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。虚拟机是虚拟化技术的一种实现方式，通过虚拟机软件，可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，如可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。对于计算机而言，虚拟机是运行在物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。

1.虚拟机软件

常用的虚拟机软件有VMware、Virtual Box、Virtual PC等，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机。

2.虚拟机的优缺点

虚拟机的优点是虚拟机可以模拟出其他种类的操作系统。虚拟机的缺点是因虚拟机需要模拟底层的硬件指令，所以在虚拟机上应用程序运行速度比虚拟机系统要慢。

2.2.2 虚拟化与虚拟机的关系

虚拟化与虚拟机的关系，虚拟机是虚拟化的一种表现形式，是虚拟化的一种工具，他们之间是主从关系。虚拟化除了包含虚拟机还包括硬件平台以及不同的应用程序和管理应用程序，虚拟化是一种将应用在一个平台上虚拟成不同的组件的系统集合。

项目实施

本项目采用VirtualBox开源虚拟机软件，实现虚拟机的安装、部署及管理。具体的项目实施过程主要有安装与部署虚拟机、设置与启动虚拟机、管理虚拟机等。

需要完成的任务：

（1）安装部署VirtualBox虚拟机

（2）设置与启动VirtualBox虚拟机

（3）管理VirtualBox虚拟机

2.3 任务1：安装与部署VirtualBox虚拟机

VirtualBox是开源虚拟机软件，它是Sun Microsystems开发的产品，Sun公司于2009年被Oracle公司收购，VirtualBox更名为Oracle VM VirtualBox。

1.VirtualBox的优点

（1）体积小巧，相对与VMWare而言，VirtualBox只有十几M的体积。

（2）免费，开源。

（3）功能够用，具有备份、共享、虚拟机技术等特点，并配置简单。

2.VirtualBox可支持的操作系统

VirtualBox虚拟机软件可以安装并执行Solaris、Windows、DOS、Linux、Mac OS X、Warp、BSD及Android等操作系统。VirtualBox虚拟机软件还具有其独到之处，能支持远端桌面协议（Remote Desktop Protocol，RDP）、iSCSI及USB等。

2.3.1 安装VirtualBox

VirtualBox软件对系统要求有处理器要求为266 MHz或者更快的处理器，单个或者多个处理器（建议400 MHz 以上）；内存最小为128 MB（建议256 MB以上）；磁盘驱动器需要至少100 MB空闲空间（建议500 MB以上的空闲磁盘空间）。

1.VirtualBox的下载

直接在VirtualBox官网中下载。以Winodws 10操作系统为例，下载安装VirtualBox，如图2-3-1所示。

2.VirtualBox的安装

【步骤1】启动安装程序，双击VirtualBox的安装程序，进入到安装向导，如图2-3-2所示。

【步骤2】设置快捷方式及文件关联，如图2-3-3所示。

接下来按照安装向导一步一步进行，就可以完成对VirtualBox软件的安装。双击VirtualBox图标，启动VirtualBox，进入VirtualBox管理器界面，如图2-3-4所示。

2.3.2 创建虚拟机

【步骤1】创建虚拟电脑。打开VirtualBox软件，进入主界面后点击“控制”选择菜单中“新建”，创建虚拟电脑，如图2-3-5所示。

【步骤2】设置虚拟电脑信息。设置虚拟电脑的信息包括名称、文件夹、类型和版本。其中名称为虚拟电脑的名称；文件夹表示虚拟电脑存放的路径；类型是指支持操作系统的类型，支持Windows、Linux、Solaris、BSD、IBM OS/2等操作系统；版本是指操作系统的版本，以安装“Ubantu”系统为例，如图2-3-6所示。

【步骤3】设置内存大小。设置内存大小指的是分配给虚拟电脑的内存大小，如设置内存大小为“1024 MB”，如图2-3-7所示。虚拟机内存设置要尽量设置的比物理机小，虚拟内存也可以在创建虚拟机后动态调整。

【步骤4】创建虚拟硬盘。创建虚拟硬盘是指将虚拟硬盘添加到新虚拟电脑中，有三个选项，分别为“不添加虚拟硬盘”、“现在创建虚拟硬盘”和“使用已有的虚拟硬盘文件”。如果想灵活的配置虚拟硬盘，选择“不添加虚拟硬盘”，可以在创建的虚拟电脑中配置虚拟硬盘；如果在创建虚拟电脑时创建虚拟硬盘，则选择“现在创建虚拟硬盘”；如果有虚拟硬盘文件，则选择“使用已有的虚拟硬盘文件”。创建虚拟硬盘如图2-3-8所示。

【步骤5】选择虚拟硬盘文件类型。虚拟硬盘文件类型有“VDI（VirtualBox磁盘镜像）”、“VHD（虚拟硬盘）”和“VMDK（虚拟机磁盘）”。选择 “VMDK（虚拟机磁盘）”，可以将虚拟机数据拆分为多个文件保存，如图2-3-9所示。

【步骤6】存储在物理硬盘。存储在物理硬盘的方式有动态分配和固定大小，动态分配是指在虚拟磁盘逐渐占用物理硬盘空间，固定大小是指虚拟磁盘文件可以在系统中花很长时间创建，但它使用起来比较快。这里选择“动态分配”，如图2-3-10所示。

【步骤7】设置文件位置和大小。这一步骤是设置保存创建虚拟硬盘的名称及保存的目录，这里设置虚拟硬盘的大小是指虚拟文件在实际硬盘中能用到的极限大小如图2-3-11所示。

经过上面几个步骤，虚拟机就创建完成了，如图2-3-12所示。

2.4 任务2：配置与启动VirtualBox虚拟机

虚拟机安装后，这时还未安装操作系统，需要对虚拟机的配置进行调整，安装操作系统，然后再启动虚拟机。

2.4.1 配置VirtualBox虚拟机

创建好的虚拟机根据业务需要，可调整系统、存储、声音、网络、共享文件夹等设置。

【步骤1】进入设置界面。选择创建好的虚拟机，点击“设置”按钮，进入虚拟机设置界面，如图2-4-1所示。设置主要包括常规、系统、显示、存储、声音、网络、串口、USB设备、共享文件夹、用户界面等。

【步骤2】常规设置。常规设置包含基本、高级、说明及虚拟盘加密等设置，其中基本设置中主要有名称、类型和版本等信息如图2-4-2所示。

高级设置主要有备份位置、共享粘贴板、拖放等信息，如图2-4-3所示。说明设置主要指用户可以在此留言。

虚拟盘加密设置有启动加密、加密算法和密码等信息如图2-4-4所示。

【步骤3】系统设置。系统设置主要有主板、处理器及硬件加速，其中主板设置中可以设置内存大小、启动顺序、芯片组、指点设备及扩展特性如图2-4-5所示。

处理器设置中包含了处理器数量、运行峰值和扩展特性等设置，如图2-4-6所示。

硬件加速设置主要包括半虚拟化接口和硬件虚拟设置，如图2-4-7所示。

【步骤4】显示设置。显示设置主要有屏幕、远程桌面、录制等设置，其中屏幕设置有显存大小、远程桌面、录制等信息，如图2-4-8所示。

远程桌面设置，勾选启动服务器就开启了远程桌面，接着需要配置服务器端口号，服务认证方式以及认证超时时间，如图2-4-9所示。

录制设置，勾选“启动录制”，设置录制模式、文件路径、帧大小、帧频、录像品质、音质、屏幕，如图2-4-10所示。

【步骤5】存储设置。在存储设置过程中，有一个重要环节就是选择操作系统的镜像文件。具体过程为：选择“控制器IDE”下面的“没有盘片”，在右边“属性”面板中，选择“分配光驱”，点击光驱图标，如图2-4-11所示。

点击光驱图标，选择下拉菜单中第二选项“Choose a disk file”，如图2-4-12所示。

在弹出的窗口中，选择“全部虚拟光盘文件”，选择安装操作系统的镜像文件，以安装Ubuntu操作系统镜像文件为例，选择Ubuntu操作系统镜像文件，如图2-4-13所示。

【步骤6】网络设置。网络设置支持4张网卡，分别为网卡1、网卡2、网卡3、网卡4。设置网卡信息，选择网卡，勾选“启动网络连接”，选择连接方式，连接方式有网络地址转换（NAT）、桥接网卡、内部网络、仅主机（Host-Only）网络、通用驱动、NAT网络，如图2-4-14所示。

【步骤7】用户界面设置。用户界面设置包括管理、控制、视图、热键、设备、调试和帮助，如图2-4-15所示。

2.4.2 启动VirtualBox虚拟机

VirtualBox虚拟机设置好后，就可以启动VirtualBox虚拟机。在VirtualBox窗口中，选择左边的虚拟机列表中要启动的某一个虚拟机，点击右边的“启动”，就可以启动虚拟机了，如图2-4-16所示。

第一次启动虚拟机时，相当于安装操作系统，需要设置用户名和密码，如图2-4-17所示，安装操作系统如图2-4-18所示。

在虚拟机中安装好操作系统，就可以把虚拟机当成一台电脑，正常的操作和使用了，如图2-4-19所示。

2.4.3 使用VirtualBox虚拟机

在安装好的一台虚拟机后，就可以把它当成一台普通的电脑正常的使用。在启动的虚拟机的菜单栏有管理、控制、视图、热键、设备和帮助选项，管理菜单如图2-4-20所示。

1.控制菜单

控制菜单主要有设置、生成备份、运行状态、文件管理器、暂停、重启、正常关机功能，如果虚拟机要进行关机、重启等就选择控制菜单中的正常关机或重启，如图2-4-21所示。

2.视图菜单

视图菜单中主要有全屏模式、自动缩放模式、自动调整窗口大小、屏幕截图、录制、菜单栏、状态栏等，如果要调整虚拟机窗口大小就选择视图菜单中的具体的功能选项，如图2-4-22所示。

3.热键菜单

热键菜单主要有热键和鼠标集成，热键可以选择热键设置，如图2-4-23所示。

4.设备菜单

设备菜单包括分配光驱、声音、网络、USB、共享文件夹、共享粘贴板、拖放、安装增强功能，如图2-4-24所示。

5.帮助菜单

帮助菜单中主要是VirtualBox信息线上资源，如图2-4-25所示。

2.5 任务3：管理VirtualBox虚拟机

VirtualBox虚拟机管理的内容主要包括有主机与虚拟机之间的文件传输、虚拟机的快照、虚拟机的导入导出等内容。

2.5.1 虚拟机与主机的文件传输

要实现虚拟机与主机之间的文件传输，主要是在VirtualBox中实现虚拟机与主机间文件夹共享。首先要设置共享目录，以Linux系统为例。

1.安装增强功能

【步骤1】安装增强功能。在虚拟机中，选择“设备”菜单中的“安装增强功能”，如图2-5-1所示。

点击“安装增强功能”，下载“Vbox_Gas_6.1.6”并运行该软件，点击“Run”运行按钮，如图2-5-2所示。在安装过程中，需要重启系统，如图2-5-3所示。

【步骤2】开启终端窗口。以Ubuntu操作系统为例，开启一个终端窗口。首先在桌面任意空白处，按“CTRL+ALT+T”快捷键，会弹出终端端口，如图2-5-4所示。

在终端中，查看共享文件夹，通过“df”命令，“df”命令用于显示目前在Linux系统上的文件系统的磁盘使用情况统计，命令如下：

df

执行“df”命令后，运行效果如图4-5-5所示，图中“/dev/sr0”为共享文件夹。

2.设置主机共享文件夹

【步骤1】设置主机共享文件夹。在虚拟机设置的“共享文件夹”中，选择“固定分配”，点击右键，选择“添加共享文件夹”，如图2-5-6所示。

【步骤2】编辑共享文件夹。首先设置共享文件夹路径和共享文件名称，勾选自动挂载，如图2-5-7所示。

3.设置挂载点

【步骤1】创建挂载点文件夹。挂载这个目录到Linux本地目录，首先创建一个文件夹，如创建“share”文件夹，命令如下。

mkdir share

创建“share”文件夹，使用“ls”命令查看文件夹创建是否成功，如图2-5-8所示。

修改文件夹的读写权限，采用“chmod”命令，命令如下。

chmod 777

【步骤2】设置挂载点。进行挂载，使用“mount”，命令如下。

sudo mount -t vboxsf name

其中“name”表示为共享文件夹名称。这里的共享文件夹为“share”，如图2-5-9所示。

在虚拟机中设置好挂载点后，就实现虚拟机与主机的文件夹共享。

4.测试共享文件夹

【步骤1】在主机共享文件夹里存放数据。示例中主机的共享文件为“D:/share”，在该文件夹中放入一些文件，如图2-5-10所示。

【步骤2】查看虚拟机挂载点。在虚拟机中，查看挂载点“share”文件夹中是否有文件，使用“ls”命令查看，如图2-5-11所示，如果与主机的共享文件夹中文件一致，则说明主机与虚拟机之间能实现共享文件。

2.5.2 虚拟机快照

虚拟机快照就是指虚拟机磁盘文件在某个时间点的副本。当系统异常时，可以通过使用快照来恢复磁盘文件系统和系统存储，当安装应用程序或服务器打补丁时，及时对系统进行快照，对后期系统维护帮助很大。

1.VirtualBox的快照功能

VirtualBOx的快照功能主要通过生成备份和恢复备份来实现的。

（1）生成备份

生成备份主要指对虚拟机的当前磁盘状态做一个快照，后续对磁盘的更改都写入“当前状态”。

（2）恢复备份

恢复备份表示删除“当前状态”，将磁盘状态恢复到生成指定快照时的状态。该操作会提示“是否创建当前状态”的备份，如果选择否，则当前状态中对磁盘所做的修改全部丢掉。

2.VirtualBox的快照功能实现

【步骤1】登录虚拟机，在菜单栏中选择“控制”菜单中的“生成备份系统快照”，如图2-5-12所示。

【步骤2】填写生成备份信息。设置备份名称和备份描述，如图2-5-13所示。

【步骤3】开始生成备份，备份文件为“snapshot”,这里需要等候几分钟时间，如图2-5-14所示。

【步骤4】查看生成的备份文件，通过“ls”命令查看，“example.desktop”就是备份文件，如图2-5-15所示。

3.VirtualBox快照管理

在VirtualBox管理器中，点击虚拟机列表，选择其中一台虚拟机，点击“备份系统快照”，如图2-5-16所示，可以进入快照管理界面。

在快照管理中，可以对快照进行生成、删除备份、恢复备份、属性或复制等操作，并可以查看当前快照的创建时间点，如图2-5-17所示。

2.5.3 虚拟机的导出与导入

Virtualbox提供虚拟机的导出和导入功能。什么时候需要导入导出虚拟机？如需要和别人共享Virutalbox虚拟机时，这样省去别人安装虚拟机和配置虚拟机的过程和时间；如项目组搭建开发环境的时，可以使用相同的开发环境；如虚拟机所在的分区没有足够的空间时，需要把虚拟机转移到另外一个分区上面。

1.虚拟机的导出

【步骤1】选择导出虚拟电脑。在VirtualBox管理器中，点击“管理菜单”→“导出虚拟电脑”，如图2-5-18所示。

【步骤2】选择要导出的虚拟机。在导出虚拟电脑前先要关闭虚拟机，导出时可以选择一台或多台虚拟机进行同时导出，如图2-5-19所示。

【步骤3】设置导出虚拟机的信息。设置导出虚拟机的信息包括导出格式、导出的文件名、MAC地址设定及其它选项。其中导出格式有开放式虚拟化格式和Oracle公共云格式，开放式虚拟化格式支持“ovf”和“ova”文件扩展名，Oracle公共云格式支持“tar.gz”扩展名，导出设置如图2-5-20所示。点击“下一步”，开始导出，导出过程需要几分钟时间，如图2-5-21所示。

2.虚拟机的导入

【步骤1】在VirtualBox管理器中，点击“管理菜单”→“导入虚拟电脑”，如图2-5-22所示。

【步骤2】选择要导入的虚拟电脑。文件选择为开放式虚拟化格式的文件，如“ovf”或“ova”等格式文件，如图2-5-23所示。

【步骤3】虚拟电脑导入设置。导入虚拟电脑的映射关系可以通过双击进行调整，如图2-5-24所示，点击下一步，这样就完成虚拟机的导入，这时就新增了一台虚拟机，如图2-5-25所示。

本章小结

本章以基于VirtualBox虚拟化部署为引导，讲解了虚拟化的概述、虚拟机与虚拟化及VirtualBox虚拟机软件的安装、部署与管理，重点讲解在VirtualBox软件中的虚拟机的创建、配置及虚拟机的管理。通过本章的学习，读者应理解虚拟化的基本概念，能熟练运用VirtualBox虚拟机软件工具进行虚拟化部署。

本章习题

一、单项选择题

1.与传统硬件方式相比，虚拟化更可以做（ ）？

A. 使服务器耗电更少

B. 将硬件转换成软件

C. 将操作系统脱离硬件运行

D. 使您购买更多服务器

2.下列不属于虚拟化的特性的是（ ）。

A. 隔离运行

B．硬件实现

C.封装抽象

D.广泛兼容

3.对虚拟机的描述正确的是（ ）。

A.通过软件模仿计算机，可以像物理机一样执行程序

B.执行虚拟化软件测试程序的物理机

C. 提供网络故障切换和故障恢复功能的计算机工具

D.一种软件计算机，封装了物理硬件

4.对VirtualBox描述正确的是（ ）。

A.VirtualBox开源虚拟机软件

B.VirtualBox软件需要购买

C.VirtualBox软件比较复杂

D.VirtualBox操作复杂

5.Linux操作系统中挂载命令为（ ）。

A.ls

B.mount

C.df

D.mkdir

6.VirtualBox虚拟机软件中，备份文件的格式为（ ）。

A.BAK

B. ZIP

C.snapshot

D.iso

二、多选题

1.VirtualBox虚拟机软件中能支持的操作系统有（ ）。

A.Windows B.Linux C.OS D. Android

2.VirtualBox虚拟机软件中虚拟硬盘文件类型有（ ）。

A.VDI虚拟磁盘镜像

B.VHD虚拟硬盘

C.VMDK虚拟机磁盘

D.MHDK虚拟磁盘

3.VirtualBox虚拟机软件存储在物理硬盘的方式（ ）。

A. 虚拟磁盘

B.动态分配

C.固定大小

D.随机分配

4.VirtualBox虚拟机软件导出的开放式虚拟化格式（ ）。

A.ISO

B.OVF

C.Tar

D.OVA

5.VirtualBox虚拟机软件中，虚拟机的导出格式（ ）。

A.全虚拟化格式

B.半虚拟化格式

C.开放式虚拟化格式

D.Oracle公共云格式