机性能通常低于物理机，因其依赖宿主机资源且有虚拟化开销。
当今的计算环境中，虚拟机与物理机的性能对比是一个备受关注的话题，虚拟机技术通过软件模拟的方式，在物理服务器上创建多个独立的虚拟环境，每个环境都像是一个独立的物理机一样运行操作系统和应用程序，而物理机则是直接安装在硬件上的实体机器，两者在性能方面存在着多方面的差异，这些差异涉及到资源利用、处理能力、存储性能、网络性能等多个维度。
资源利用与分配
| 对比维度 | 虚拟机 | 物理机 |
|---|---|---|
| CPU资源 | 虚拟机通过Hypervisor（虚拟机管理程序）对物理CPU进行虚拟化分配，多个虚拟机共享物理CPU的核心和处理能力，可以根据需要灵活调整每个虚拟机分配的CPU核心数和资源占比，但可能会受到过度分配的影响，导致在某些高负载情况下性能下降，一个物理CPU具有8个核心，可以分配给多个虚拟机，每个虚拟机可根据自身需求获得一定数量的核心资源，但总分配量可能超过物理核心数。 | 物理机直接使用硬件CPU，无需虚拟化层的资源调度和分配开销，能够充分发挥CPU的全部性能，对于需要大量计算资源的任务，如科学计算、高性能计算等，物理机在CPU性能方面具有明显优势，能够提供更稳定和高效的计算能力。 |
| 内存资源 | 虚拟机的内存也是从物理机中分配而来，Hypervisor会为每个虚拟机划分一定大小的内存空间，与CPU类似，内存资源的分配可以灵活调整，但同样存在过度分配的风险，当多个虚拟机同时运行时，可能会出现内存争用的情况，影响整体性能，虚拟机在内存访问上相对物理机可能会有一定的性能损耗，因为需要经过虚拟化层的地址转换和内存管理操作。 | 物理机的内存是直接与主板和CPU相连的实体内存，数据的读写速度更快，延迟更低，对于内存密集型应用，如数据库管理系统、大型图像处理软件等，物理机的大内存容量和高速内存访问能够更好地满足其性能需求，减少因内存不足或内存访问延迟导致的性能瓶颈。 |
| 存储资源 | 虚拟机的存储通常依赖于物理机的硬盘或存储阵列，可以通过虚拟磁盘文件的形式为每个虚拟机提供存储空间，存储性能受到物理存储设备的性能以及虚拟化层对存储I/O的处理方式影响，一些虚拟化平台支持存储资源的动态分配和扩展，方便根据虚拟机的需求进行调整，但在高并发读写情况下，可能会出现I/O瓶颈。 | 物理机的存储设备直接连接到主板，数据传输速度更快，尤其是采用固态硬盘（SSD）等高速存储设备时，能够显著提升系统的启动速度和数据读写速度，对于需要频繁读写大量数据的应用，如文件服务器、视频编辑工作站等，物理机的存储性能更具优势，能够保证数据的快速传输和处理。 |
处理能力与性能表现
- 计算密集型任务：对于计算密集型任务，如科学计算、数学建模、密码破解等，物理机由于直接使用硬件资源，能够充分发挥CPU的计算能力，提供更高的计算速度和效率，虚拟机在处理这类任务时，由于存在虚拟化层的开销以及可能存在的资源争用问题，性能相对较低，在进行复杂的数学计算时，物理机能够在更短的时间内完成计算任务,而虚拟机可能会出现计算延迟较长的情况。
- 日常办公与普通应用：在日常办公和使用普通应用程序的场景下，虚拟机和物理机的性能差异可能不太明显，现代的虚拟机技术已经能够较好地模拟物理机的环境，对于一般的办公软件、网页浏览、邮件收发等应用，虚拟机能够提供足够的性能支持，当同时运行多个虚拟机或在虚拟机中运行较为复杂的应用程序时，可能会出现性能下降的情况，如卡顿、响应缓慢等，而物理机在这些日常应用中则能够更加流畅地运行,提供更好的用户体验。
网络性能
| 对比维度 | 虚拟机 | 物理机 |
|---|---|---|
| 网络接口 | 虚拟机通过网络适配器与物理机的网络接口相连，通常使用虚拟网络接口卡（NIC），虚拟网络的性能受到物理网络设备和虚拟化平台的网络配置影响，在一些虚拟化环境中，可以实现虚拟机之间的网络隔离和安全控制，但可能会增加网络传输的延迟和开销。 | 物理机直接使用物理网络接口卡连接到网络，网络传输速度更快，延迟更低，对于对网络性能要求较高的应用，如在线游戏、视频会议、实时数据传输等，物理机能够提供更稳定和高效的网络连接，减少网络卡顿和丢包现象。 |
| 带宽限制 | 虚拟机的网络带宽通常受到物理机网络接口卡带宽以及虚拟化平台的网络策略限制，当多个虚拟机同时使用网络时，可能会出现带宽争用的情况，导致每个虚拟机实际可用的带宽降低，在一个物理机上运行多个虚拟机进行大文件下载时，每个虚拟机的下载速度可能会受到限制。 | 物理机的网络带宽主要由网络接口卡的规格和网络环境决定，一般能够提供更高的带宽上限，在需要大流量数据传输的场景下，物理机能够更好地满足需求，保证数据传输的快速和稳定。 |
性能稳定性与可靠性
- 虚拟机：虚拟机的性能稳定性相对较差，容易受到宿主机（物理机）的硬件故障、资源占用情况以及其他虚拟机的影响，如果宿主机的CPU或内存出现故障，可能会导致所有在该宿主机上运行的虚拟机出现性能下降甚至无法正常运行的情况，虚拟机在迁移过程中也可能会遇到短暂的性能波动,影响业务的连续性。
- 物理机：物理机的性能稳定性较高，由于其直接与硬件相连，不受虚拟化层的干扰，只要硬件设备正常工作，物理机就能够保持稳定的性能表现，对于一些对可靠性要求极高的应用场景，如金融交易系统、工业控制系统等，物理机通常是首选的解决方案,能够提供更高的安全性和稳定性保障。
成本因素
| 对比维度 | 虚拟机 | 物理机 |
|---|---|---|
| 硬件成本 | 虚拟机基于现有的物理硬件资源进行创建，无需额外购买新的物理服务器，因此在硬件成本方面具有明显优势，企业可以利用闲置的物理服务器资源创建多个虚拟机，提高资源的利用率，降低硬件投资成本。 | 物理机需要购买实体的服务器设备，包括CPU、内存、硬盘、主板等硬件组件，硬件成本相对较高，特别是对于一些高性能的物理服务器，其价格更是昂贵，还需要考虑机房空间、电力供应、散热等配套设施的成本。 |
| 运维成本 | 虚拟机的运维成本相对较低，通过虚拟化管理平台可以方便地对多个虚拟机进行集中管理和监控，可以快速创建、删除、迁移虚拟机，进行系统备份和恢复等操作，大大提高了运维效率，由于虚拟机的数量可以灵活调整，也能够降低能源消耗和管理成本。 | 物理机的运维成本相对较高，需要专门的技术人员进行硬件维护、系统安装、配置管理等工作，对于大规模的物理服务器集群，运维工作量大，难度高，还需要投入更多的人力和物力资源来保证系统的稳定运行，物理机的能源消耗也相对较大，增加了企业的运营成本。 |
FAQs
问题1：虚拟机在什么情况下性能会比物理机更好？
答：在某些特定情况下，虚拟机的性能可能会优于物理机，当需要快速部署和灵活调整计算资源时，虚拟机可以通过简单的配置和复制操作，在短时间内创建多个相同配置的虚拟机环境，满足业务需求，而物理机则需要购买、安装和配置新的硬件设备，时间成本较高，对于一些测试和开发环境，虚拟机可以提供隔离的环境，避免对生产环境造成影响，同时也方便进行版本管理和回滚操作，在这种情况下，虽然单个虚拟机的性能可能不如物理机,但整体的资源利用效率和灵活性更高。
问题2：如何优化虚拟机的性能以提高其与物理机的竞争力？
答：要优化虚拟机的性能，可以从以下几个方面入手，合理分配硬件资源，根据虚拟机的实际需求，为其分配适当的CPU核心数、内存大小和存储空间，避免资源的过度分配或不足，选择适合的虚拟化平台和Hypervisor，不同的虚拟化技术在性能和功能上有所差异，需要根据具体的应用场景选择合适的产品，优化虚拟机的操作系统和应用程序设置，关闭不必要的服务和进程，减少系统资源的占用，还可以采用一些性能优化技术，如内存气球驱动、I/O缓存优化等,提高虚拟机的资源利用效率和性能表现。
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