虛擬系統的前世
雲端技術、雲端運算，或是雲端服務，都是近幾年火熱的資訊議題，且資訊服務雲端化，更是各大公司企業、政府部門，或教育研究單位未來資訊發展與部屬的方向，然而資訊服務雲端化，需要仰賴的，除了硬體的支援之外，最重要的，就是虛擬系統的部屬與運用。
那麼，什麼是虛擬系統？簡單來說，就是讓原本的作業系統，可以在運行另外一套，甚至多套的作業系統（Guest OS），這與一般所謂的多重開機是不一樣的，差別在於，多重開機一次只能指定運作一套作業系統，而虛擬系統呢，則可以在同一硬體，相同時間之內，與原本的作業系統（Host OS）同時運作，甚至可執行不同的應用系統，以滿足同一時間之內不同的服務需求。
就早期的虛擬系統，依照虛擬電腦（Guest OS）對硬體虛擬化程度的高低，可以分為完全虛擬化（Full virtualization）與半虛擬化（Paravirtualization）兩種類型，所謂的完全虛擬化，指的就是該虛擬系統，完全是透過軟體來模擬一個虛擬的硬體環境，並透過轉譯的方式，來處理虛擬硬體與實體硬體之間溝通的橋樑，不過，也由於所有硬體資訊的溝通，都需要透過轉換的方式來運作，可想而知，虛擬系統上的虛擬電腦的效能勢必大打折扣，即使硬體規格強悍，也僅可以達堪用的程度，早期的 VMware Workstation 的版本，就屬於此類。而相較於前者，半虛擬化則是以修改系統（Guest OS）核心的方式，簡化了 CPU 與週邊裝置操作指令轉譯的複雜度， 以提昇虛擬系統的效能，如 早期版本的 Xen 就屬於半虛擬化的虛擬系統，但遺憾的是，除了開放系統（如大部分的 Linux ）之外，如 Windows 等較為封閉的作業系統，就無法執行半虛擬化的虛擬系統。
而除了虛擬電腦對硬體虛擬化程度的差異之外，依照虛擬平台的運作架構模式，也可分為寄居架構（Hosted Architecture）與裸機架構（Bare-Metal），前者顧名思義，就是在現有的作業系統（Host OS）之上，再運行虛擬系統，並建立虛擬電腦，完全虛擬化就是這種類型，好處就是硬體的相容性高，但最大的缺點，就是一旦任何一部虛擬電腦發生異常， 所有的虛擬電腦就都無法開機運作（早期 VWare Workstation 就容易出現這樣的狀況），且各個虛擬電腦都沒有獨立的硬體資源，容易相互影響運作效能，除此之外，寄居架構之內的虛擬電腦，由於是寄居在實體作業系統的檔案系統之上，所有虛擬系統之內的虛擬電腦，所有資料的存取與異動，都需要透過兩層檔案系統的轉換（虛擬系統與實體系統），可想而知，如此繁瑣的動作，則是效能不彰的另一主因；相對來說，裸機架構，則存在一個管理程序（Hypervisor），管理所有 虛擬電腦的運作，且任一個虛擬電腦的運作皆不會影響到其他的虛擬電腦，如 VMware ESXi 或是 Linux KVM，就是這種類型，且這些虛擬系統就直接使用裸機系統自定的檔案系統，也減少了資訊轉換的程序，但大前提是，實體 CPU 必須支援虛擬化的技術（Intel VT 或 AMD-V），才能安裝並執行裸機式虛擬系統。
虛擬系統的今生：裸機架構 = 主流架構
上述對於虛擬系統的分類（完全虛擬化與半虛擬化），在這邊，將它稱為虛擬系統的過去式，那現在式呢？還記得前面提過，由於硬體（ CPU ）對於虛擬化的輔助，使得虛擬系統可以不需要再透過任何核心指令轉換的動作，就可以直接與下達 CPU 的指令，而在半虛擬化的階段，還需要搭配虛擬電腦核心的修改，才能提昇硬體溝通與虛擬電腦運作的效能，而現在，因為硬體（CPU）虛擬化的支援，已經不需要再嘗試以修改系統核心的方式來提升效能，硬體本身就可以完全支援虛擬化的技術並運作，就可以以極佳的效能，來運行虛擬系統，而這就是裸機式虛擬系統的架構，在這樣的情形之下，也就再也沒有所謂的完全虛擬化與半虛擬化的分別，虛擬系統直接安裝在實體主機的檔案系統之上，這是目前虛擬系統主流的運作架構。
Linux 核心虛擬技術 （KVM - Kernel-based Virtual Machine）
Linux 核心從 2.6.20 版本開始，就支援核心虛擬化技術，稱之為 KVM（Kernel-based Virtual Machine），此架構完全支援 CPU 的虛擬化技術（Intel VT 或 AMD-V），而前面有提到，硬體（CPU）支援虛擬化技術的虛擬系統，是裸機式架構虛擬系統的必要條件，所以 Linux KVM 就是一套以裸機式架構運作的虛擬系統；Linux KVM 可以讓虛擬系統不需要像半虛擬化技術般的修改虛擬電腦的核心，也不需要如完全虛擬化般，讓虛擬系統完全創建虛擬硬體，而是能直接通透實體 CPU ，以模組化的方式來執行核心指令，以提升運作效能，而其餘週邊裝置（網路卡、顯示卡...等）的虛擬化，則是透過 QEMU 這一套開源碼（Open Source）軟體來控制虛擬週邊裝置與實體週邊裝置溝通的橋樑。
以前，在虛擬系統尚未成熟，以及硬體對於虛擬化的支援較低，寄居式虛擬軟體的出現，解決了當時多重開機建立與使用的費時費工，以及同一時間只能運行一套系統的窘境，適合需要測試環境的單一使用者，如程式開發人員，用來測試程式在不同系統之內的相容性，或者是一般的系統玩家，這些人當時在乎的不是速度，而是可用的不同系統環境；而今，在 CPU 幾乎全面支援虛擬化的狀況下，虛擬系統的效能，已經大幅提昇至可承載繁瑣應用系統服務（如 Windows Active Directory、 Exchange Server，或是 SQL Server ...等）的地步，加上裸機式的虛擬系統，降低了不同系統之間（虛擬系統與實體系統）資料轉換的程序，更是再一步提昇虛擬系統的運作能力，達到一般公司企業可用來建構或部屬各種應用服務系統，甚至是所有系統的備援機制，其中， Linux 核心支援的核心虛擬化技術， Linux KVM ，在建置與部屬的程序上，更是優於其他裸機式的虛擬軟體，也更適合用在公司企業、教育研究團體之內，因為，現在只要有 Linux 系統，就幾乎等同於擁有可運行虛擬化的條件。
利用 Linux KVM ，可以輕易的達到快速且大量部屬虛擬系統平台，即使要架構自有的雲端服務，也可以輕易達到，除此之外，備份、快速移機與異地備援也都可以輕易達到，雖然 Linux KVM 有上述優點，但比較遺憾的是，其 GUI 操作介面的親和度，至少在自由軟體的部份，還是比不上一些市面上的付費軟體，但瑕不掩瑜，其靈活且彈性的運作，在日後雲端服務的領域上，必定是不可小覷的一員。
名詞定義：
1、虛擬系統：指的是可建立虛擬電腦的應用系統（軟體），如 VMware Workstation、Xen、Hyper-V，與 Linux KVM 等
2、虛擬電腦：或稱 Guest OS，指的是運行在虛擬系統之上的虛擬硬體與作業系統的統稱
3、KVM（Kernel-based Virtual Machine）：指的是 Linux 核心從 2.6.20 版本開始，核心所支援的核心虛擬技術
4、Linux KVM：KVM 因為是 Linux 核心所支援的虛擬技術，是以裸機式架構的方式在運作，加上可虛擬化的物件，已經不僅止於虛擬電腦，虛擬網路裝置也可模擬，所以將 Linux KVM 稱之為裸機式虛擬平台，是比較恰當的。
雲端技術、雲端運算，或是雲端服務，都是近幾年火熱的資訊議題，且資訊服務雲端化，更是各大公司企業、政府部門，或教育研究單位未來資訊發展與部屬的方向，然而資訊服務雲端化，需要仰賴的，除了硬體的支援之外，最重要的，就是虛擬系統的部屬與運用。
那麼，什麼是虛擬系統？簡單來說，就是讓原本的作業系統，可以在運行另外一套，甚至多套的作業系統（Guest OS），這與一般所謂的多重開機是不一樣的，差別在於，多重開機一次只能指定運作一套作業系統，而虛擬系統呢，則可以在同一硬體，相同時間之內，與原本的作業系統（Host OS）同時運作，甚至可執行不同的應用系統，以滿足同一時間之內不同的服務需求。
就早期的虛擬系統，依照虛擬電腦（Guest OS）對硬體虛擬化程度的高低，可以分為完全虛擬化（Full virtualization）與半虛擬化（Paravirtualization）兩種類型，所謂的完全虛擬化，指的就是該虛擬系統，完全是透過軟體來模擬一個虛擬的硬體環境，並透過轉譯的方式，來處理虛擬硬體與實體硬體之間溝通的橋樑，不過，也由於所有硬體資訊的溝通，都需要透過轉換的方式來運作，可想而知，虛擬系統上的虛擬電腦的效能勢必大打折扣，即使硬體規格強悍，也僅可以達堪用的程度，早期的 VMware Workstation 的版本，就屬於此類。而相較於前者，半虛擬化則是以修改系統（Guest OS）核心的方式，簡化了 CPU 與週邊裝置操作指令轉譯的複雜度， 以提昇虛擬系統的效能，如 早期版本的 Xen 就屬於半虛擬化的虛擬系統，但遺憾的是，除了開放系統（如大部分的 Linux ）之外，如 Windows 等較為封閉的作業系統，就無法執行半虛擬化的虛擬系統。
而除了虛擬電腦對硬體虛擬化程度的差異之外，依照虛擬平台的運作架構模式，也可分為寄居架構（Hosted Architecture）與裸機架構（Bare-Metal），前者顧名思義，就是在現有的作業系統（Host OS）之上，再運行虛擬系統，並建立虛擬電腦，完全虛擬化就是這種類型，好處就是硬體的相容性高，但最大的缺點，就是一旦任何一部虛擬電腦發生異常， 所有的虛擬電腦就都無法開機運作（早期 VWare Workstation 就容易出現這樣的狀況），且各個虛擬電腦都沒有獨立的硬體資源，容易相互影響運作效能，除此之外，寄居架構之內的虛擬電腦，由於是寄居在實體作業系統的檔案系統之上，所有虛擬系統之內的虛擬電腦，所有資料的存取與異動，都需要透過兩層檔案系統的轉換（虛擬系統與實體系統），可想而知，如此繁瑣的動作，則是效能不彰的另一主因；相對來說，裸機架構，則存在一個管理程序（Hypervisor），管理所有 虛擬電腦的運作，且任一個虛擬電腦的運作皆不會影響到其他的虛擬電腦，如 VMware ESXi 或是 Linux KVM，就是這種類型，且這些虛擬系統就直接使用裸機系統自定的檔案系統，也減少了資訊轉換的程序，但大前提是，實體 CPU 必須支援虛擬化的技術（Intel VT 或 AMD-V），才能安裝並執行裸機式虛擬系統。
虛擬系統的今生：裸機架構 = 主流架構
上述對於虛擬系統的分類（完全虛擬化與半虛擬化），在這邊，將它稱為虛擬系統的過去式，那現在式呢？還記得前面提過，由於硬體（ CPU ）對於虛擬化的輔助，使得虛擬系統可以不需要再透過任何核心指令轉換的動作，就可以直接與下達 CPU 的指令，而在半虛擬化的階段，還需要搭配虛擬電腦核心的修改，才能提昇硬體溝通與虛擬電腦運作的效能，而現在，因為硬體（CPU）虛擬化的支援，已經不需要再嘗試以修改系統核心的方式來提升效能，硬體本身就可以完全支援虛擬化的技術並運作，就可以以極佳的效能，來運行虛擬系統，而這就是裸機式虛擬系統的架構，在這樣的情形之下，也就再也沒有所謂的完全虛擬化與半虛擬化的分別，虛擬系統直接安裝在實體主機的檔案系統之上，這是目前虛擬系統主流的運作架構。
Linux 核心虛擬技術 （KVM - Kernel-based Virtual Machine）
Linux 核心從 2.6.20 版本開始，就支援核心虛擬化技術，稱之為 KVM（Kernel-based Virtual Machine），此架構完全支援 CPU 的虛擬化技術（Intel VT 或 AMD-V），而前面有提到，硬體（CPU）支援虛擬化技術的虛擬系統，是裸機式架構虛擬系統的必要條件，所以 Linux KVM 就是一套以裸機式架構運作的虛擬系統；Linux KVM 可以讓虛擬系統不需要像半虛擬化技術般的修改虛擬電腦的核心，也不需要如完全虛擬化般，讓虛擬系統完全創建虛擬硬體，而是能直接通透實體 CPU ，以模組化的方式來執行核心指令，以提升運作效能，而其餘週邊裝置（網路卡、顯示卡...等）的虛擬化，則是透過 QEMU 這一套開源碼（Open Source）軟體來控制虛擬週邊裝置與實體週邊裝置溝通的橋樑。
以前，在虛擬系統尚未成熟，以及硬體對於虛擬化的支援較低，寄居式虛擬軟體的出現，解決了當時多重開機建立與使用的費時費工，以及同一時間只能運行一套系統的窘境，適合需要測試環境的單一使用者，如程式開發人員，用來測試程式在不同系統之內的相容性，或者是一般的系統玩家，這些人當時在乎的不是速度，而是可用的不同系統環境；而今，在 CPU 幾乎全面支援虛擬化的狀況下，虛擬系統的效能，已經大幅提昇至可承載繁瑣應用系統服務（如 Windows Active Directory、 Exchange Server，或是 SQL Server ...等）的地步，加上裸機式的虛擬系統，降低了不同系統之間（虛擬系統與實體系統）資料轉換的程序，更是再一步提昇虛擬系統的運作能力，達到一般公司企業可用來建構或部屬各種應用服務系統，甚至是所有系統的備援機制，其中， Linux 核心支援的核心虛擬化技術， Linux KVM ，在建置與部屬的程序上，更是優於其他裸機式的虛擬軟體，也更適合用在公司企業、教育研究團體之內，因為，現在只要有 Linux 系統，就幾乎等同於擁有可運行虛擬化的條件。
利用 Linux KVM ，可以輕易的達到快速且大量部屬虛擬系統平台，即使要架構自有的雲端服務，也可以輕易達到，除此之外，備份、快速移機與異地備援也都可以輕易達到，雖然 Linux KVM 有上述優點，但比較遺憾的是，其 GUI 操作介面的親和度，至少在自由軟體的部份，還是比不上一些市面上的付費軟體，但瑕不掩瑜，其靈活且彈性的運作，在日後雲端服務的領域上，必定是不可小覷的一員。
名詞定義：
1、虛擬系統：指的是可建立虛擬電腦的應用系統（軟體），如 VMware Workstation、Xen、Hyper-V，與 Linux KVM 等
2、虛擬電腦：或稱 Guest OS，指的是運行在虛擬系統之上的虛擬硬體與作業系統的統稱
3、KVM（Kernel-based Virtual Machine）：指的是 Linux 核心從 2.6.20 版本開始，核心所支援的核心虛擬技術
4、Linux KVM：KVM 因為是 Linux 核心所支援的虛擬技術，是以裸機式架構的方式在運作，加上可虛擬化的物件，已經不僅止於虛擬電腦，虛擬網路裝置也可模擬，所以將 Linux KVM 稱之為裸機式虛擬平台，是比較恰當的。
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