虚拟机 跟物理机磁盘

当今的计算机技术与网络技术领域,虚拟机和物理机磁盘是两个至关重要的概念，它们各自发挥着独特的作用，并且在很多场景下相互关联、相互影响，以下将对虚拟机和物理机磁盘进行详细的阐述。

物理机磁盘

（一）基本概念

物理机磁盘是指计算机系统中实际存在的、用于存储数据的硬件设备，它可以是传统的机械硬盘（HDD），也可以是固态硬盘（SSD），机械硬盘通过磁头在高速旋转的盘片上进行数据的读写操作，而固态硬盘则利用闪存芯片来存储数据，具有更快的读写速度、更低的功耗和更高的稳定性。

（二）工作原理

• 机械硬盘（HDD）：当系统需要读取或写入数据时，磁头会在盘片上方移动，定位到相应的磁道和扇区，盘片以每分钟数千转的速度高速旋转，磁头根据磁盘控制器的指令，在特定的磁道上进行数据的读写，当要读取一个文件时，磁头会移动到文件所在的磁道，然后等待盘片旋转到合适的位置，将磁道上的磁性信息转换为电信号，再传输给计算机系统进行处理。
• 固态硬盘（SSD）：它没有机械部件，数据存储在闪存芯片中，当进行读写操作时，SSD 的控制器会直接与闪存芯片进行数据传输，读取数据时，控制器快速定位到存储数据的闪存单元，将数据读取出来并传输给计算机；写入数据时，控制器先将数据写入缓存，然后再由缓存写入到闪存芯片的合适位置，由于没有机械运动，SSD 的读写速度比 HDD 快很多。

（三）性能指标

• 容量：物理机磁盘的容量决定了可以在其上存储的数据数量，常见的容量规格有几百 GB 到数 TB 不等，个人电脑用户可能会选择 500GB 或 1TB 的硬盘来满足日常存储需求，而企业服务器可能需要配置数 TB 甚至数十 TB 的磁盘阵列来存储大量的数据。
• 转速（针对 HDD）：转速以每分钟转数（RPM）来衡量，常见的转速有 5400RPM、7200RPM 等，转速越高，磁盘的读写速度相对越快，但同时也会产生更多的热量和噪音，7200RPM 的硬盘在读取大量连续数据时，速度会比 5400RPM 的硬盘快一些。
• 读写速度：这是衡量磁盘性能的关键指标，对于 HDD，读写速度受到转速、缓存大小等因素的影响；对于 SSD，读写速度主要取决于闪存芯片的类型和控制器的性能，SSD 的读写速度可以达到数百 MB/s 甚至更高，而 HDD 的读写速度通常在几十 MB/s 到一百多 MB/s 之间。
• IOPS（每秒输入输出操作次数）：它表示磁盘在一秒钟内能够处理的读写操作次数，高 IOPS 对于需要频繁读写小数据块的应用非常重要，如数据库系统，SSD 通常具有较高的 IOPS，能够满足企业级应用对高性能存储的需求。

虚拟机磁盘

（一）基本概念

虚拟机磁盘是在虚拟机环境中模拟出来的磁盘存储空间,它是虚拟机操作系统和应用程序存储数据的地方，但实际上并不直接对应物理机的真实磁盘，虚拟机磁盘可以看作是一个逻辑上的存储单元，通过虚拟机软件与物理机磁盘进行关联和管理。

（二）类型

• 虚拟硬盘文件（VHD 或 VMDK）：这是最常见的虚拟机磁盘格式，VHD（Virtual Hard Disk）是微软虚拟机技术常用的格式，而 VMDK（Virtual Machine Disk）是 VMware 等虚拟机软件常用的格式，这些文件存储在物理机的磁盘上，但被虚拟机软件识别为虚拟机的硬盘，在 VMware Workstation 中创建的虚拟机，其磁盘通常以 VMDK 文件的形式存在，这个文件包含了虚拟机操作系统和应用程序的所有数据。
• 物理磁盘分区映射：有些虚拟机软件允许将物理机磁盘的特定分区直接映射为虚拟机的磁盘，这种方式可以让虚拟机直接访问物理机磁盘上的数据，但同时也存在一定的风险，因为虚拟机的操作可能会直接影响物理机磁盘上的数据，在某些服务器虚拟化环境中，为了方便管理和性能优化，会将物理机磁盘的分区映射给虚拟机使用。

（三）工作原理

当虚拟机进行读写操作时,实际上是对虚拟硬盘文件或映射的物理磁盘分区进行操作，虚拟机软件负责将虚拟机的读写请求转换为对物理机磁盘的操作，当虚拟机中的操作系统发出一个写数据的请求时，虚拟机软件会将数据写入到对应的虚拟硬盘文件中的合适位置，或者直接写入到映射的物理磁盘分区上，在读取数据时，虚拟机软件会从虚拟硬盘文件或物理磁盘分区中读取数据，并将其传输给虚拟机的操作系统和应用程序。

虚拟机磁盘与物理机磁盘的关系

（一）存储依赖关系

虚拟机磁盘的存在依赖于物理机磁盘,无论是虚拟硬盘文件还是映射的物理磁盘分区，都需要占用物理机磁盘的存储空间，物理机磁盘为虚拟机磁盘提供了底层的存储支持，没有物理机磁盘的存储资源，虚拟机磁盘就无法正常工作。

（二）性能影响关系

物理机磁盘的性能会对虚拟机磁盘的性能产生影响,如果物理机磁盘的读写速度较慢，那么虚拟机磁盘的读写速度也会受到限制，在一个使用传统机械硬盘的物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机的磁盘性能都可能会受到物理机磁盘 I/O 瓶颈的影响，相反，如果物理机配备了高性能的 SSD，那么虚拟机磁盘的性能也会得到提升，虚拟机软件的管理和调度策略也会影响虚拟机磁盘的性能，通过合理设置虚拟机的内存和 CPU 资源，以及优化虚拟机磁盘的缓存机制，可以提高虚拟机磁盘的读写性能。

应用场景对比

（一）物理机磁盘应用场景

• 操作系统安装：在物理机上安装操作系统时，需要将操作系统文件存储在物理机磁盘上，在一台新的电脑上安装 Windows 操作系统，安装程序会将系统文件写入到硬盘的特定分区中，以便电脑能够正常启动和运行。
• 本地数据存储：对于需要长期保存大量本地数据的用户，如摄影师、视频编辑者等，物理机磁盘提供了可靠的存储解决方案，他们可以将拍摄的照片、视频素材等直接存储在物理机磁盘上，方便随时访问和编辑。
• 服务器存储：在企业服务器环境中，物理机磁盘用于存储企业的核心数据，如数据库数据、文件服务器中的文件等，通过配置磁盘阵列（RAID）等技术，可以提高数据的可靠性和读写性能。

（二）虚拟机磁盘应用场景

• 软件开发和测试：开发人员可以使用虚拟机来创建不同的开发和测试环境，每个虚拟机可以安装不同的操作系统和开发工具，并且可以通过虚拟机磁盘来存储项目代码和测试数据，这样可以方便地进行软件的开发、测试和调试，而不会影响到主机系统的环境。
• 服务器虚拟化：在企业数据中心，服务器虚拟化技术可以将一台物理服务器划分为多个虚拟机，每个虚拟机都可以运行独立的操作系统和应用程序，虚拟机磁盘用于存储每个虚拟机的操作系统、应用程序和数据，提高了服务器的利用率和灵活性，一个企业可以通过服务器虚拟化技术，将多台服务器整合到一台物理服务器上，降低硬件成本和能源消耗。
• 教学和培训：在学校和培训机构中，虚拟机可以用于教学和培训目的，学生可以在虚拟机中进行各种实验和操作，不用担心对主机系统造成损坏，虚拟机磁盘可以存储学生的实验数据和操作记录，方便教师进行评估和指导。

FAQs

问题 1：虚拟机磁盘满了怎么办？
答：如果虚拟机磁盘满了，可以采取以下几种方法来解决，一是删除虚拟机中不需要的文件和数据，释放磁盘空间，可以通过虚拟机操作系统的文件管理工具来查找和删除不必要的文件，二是扩展虚拟机磁盘的大小，这通常需要在虚拟机软件中进行设置，具体操作方法因虚拟机软件而异，在 VMware Workstation 中，可以通过编辑虚拟机的设置，调整虚拟硬盘的大小，三是将虚拟机的一些数据迁移到外部存储设备或物理机的其他磁盘上，可以先在物理机上创建一个共享文件夹，然后将虚拟机中的数据复制到该共享文件夹中，再从虚拟机中删除相应的数据，以释放磁盘空间。

问题 2：物理机磁盘出现故障会对虚拟机造成什么影响？
答：如果物理机磁盘出现故障，会对虚拟机造成严重的影响，如果虚拟机磁盘是基于该故障物理机磁盘的虚拟硬盘文件，那么虚拟机将无法正常访问其存储的数据，导致虚拟机操作系统和应用程序无法正常运行，如果物理机磁盘是用于存储虚拟机运行时所需的系统文件和配置文件的磁盘，那么虚拟机可能无法启动，即使虚拟机能够启动，由于物理机磁盘故障可能导致数据读写错误，会使虚拟机中的应用程序出现异常，甚至可能导致数据丢失。