企業虛擬化領域中 KVM 與 VMware 的比較

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如果您還在猶豫是在 KVM 還是 VMware 上建立基礎架構（或只是想更了解它們各自的優勢），本指南將為您提供深入的比較：效能、安全性、授權、支援、容器相容性、備份、叢集、網路、磁碟格式、與其他元件（如 OpenStack 或 Active Directory）的整合…目的是讓您在閱讀每種指南後的優勢。

KVM和VMware分別是什麼？它們有哪些相似之處？

VMware是一家擁有全套虛擬化產品的公司。在資料中心領域，其核心產品是VMware ESXi ，這是一款 Type 1 虛擬機器管理程序，也是VMware vSphere平台的核心。圍繞著 ESXi 建構了 vCenter、vSAN、NSX、Horizo​​n、Tanzu 以及眾多其他元件，共同構成了一個非常成熟的生態系統，能夠滿足要求嚴苛的企業環境的需求。

KVM 和 ESXi 都是1 型裸機虛擬機管理程序，能夠運行多個虛擬機器 (VM)，客戶作業系統包括 Windows、Linux、BSD 或 Solaris 等，並支援硬體輔助虛擬化（Intel VT-x、AMD-V）。從概念上講，兩者都支援虛擬機器配置、隔離、即時遷移、快照以及大型叢集管理。差別在於這些功能的實現方式、成本、靈活性以及各自提供的管理功能。

虛擬機器管理程式類型與內部架構

在虛擬化領域，通常將虛擬機器管理程式分為類型 1（裸機）和類型 2（安裝在主機作業系統之上）。 KVM 和 ESXi 屬於類型 1，而 VMware Workstation、VMware Player、VMware Fusion 和 VirtualBox 等產品則屬於類型 2。

以KVM為例，儘管它是作為 Linux 主機的一部分安裝的，但由於Linux 核心直接在硬體上充當虛擬機管理程序，因此它被視為 1 型虛擬機管理程序。 KVM 因此繼承了Linux 本身的CPU 調度器、記憶體管理和網路協定棧，使其具有相當大的靈活性和硬體相容性。

ESXi是 VMware 自研的極簡作業系統，專為虛擬機器管理程式而設計。它採用閉環內核，整合了經過認證和最佳化的驅動程序，並使用 VMware 管理平面與硬體和套件中的其他元件（vCenter、NSX 等）進行互動。這種方法將軟體佔用空間精簡到僅包含虛擬化所需的部分。

除了類型 1/類型 2 的差異之外，理解完全「裸」虛擬化和硬體輔助虛擬化之間的差異也很重要。在純軟體虛擬化中，虛擬機器管理程式模擬所有硬體並轉換 CPU 指令（二進位轉換），雖然速度較慢，但無需 VT-x/AMD-V 即可運作。而硬體輔助虛擬化則將部分虛擬 CPU 指令直接在實體 CPU 上執行，從而顯著降低開銷。 KVM 和 ESXi 正是依靠後一種方法來實現高效能。

效能：KVM 和 VMware 哪個效能較好？

在大多數生產場景下，KVM 和 ESXi 的原始效能非常接近。 KVM 基於 Linux 核心中約 10,000 行高度優化的程式碼構建，從而降低了開銷，並且借助QEMU 和 virtio，它在 CPU、磁碟和網路方面都能實現接近原生性能。

以VMware ESXi為例，其原始碼為專有程式碼，但據估計，包含所有生態系統元件在內的完整產品程式碼量達數千萬行。在某些綜合基準測試中，虛擬機器在 KVM 上的運行速度略快於 ESXi，但在實際企業環境中，與其他瓶頸（例如儲存或網路）相比，這種差異通常微乎其微。

VMware 在涉及調度最佳化、DRS、vMotion 和 Storage vMotion 的場景中具有優勢，這些功能允許以最小的影響進行負載平衡和熱遷移虛擬機，即使叢集負載很高，也能保持非常穩定的效能。

另一方面，KVM 在 Linux 系統已經相當成熟且核心（CPU 調速器、I/O 調度器、大頁記憶體、NUMA 等）和網路協定堆疊可以進行精細調優的環境中表現尤為出色。透過與主機共享內核，它可以快速採用製造商整合到 Linux 核心中的硬體改進。

安裝、複雜性與管理工具

學習曲線是KVM和VMware之間最顯著的差異之一。 KVM的安裝首先需要搭建Linux系統（Ubuntu、RHEL、CentOS、Oracle Linux、SUSE等），然後安裝必要的軟體包：KVM/QEMU、libvirt、virt-manager或virt-install等管理工具，以及根據需要手動設定虛擬交換器、橋接器和連結聚合。它非常靈活，但需要對Linux生態系統有相當深入的了解。

在 VMware ESXi 中，工作流程更加規範：下載 ISO 鏡像，將其刻錄到 USB 隨身碟或 CD，啟動伺服器，然後按照非常簡單的圖形化精靈進行操作。下一步通常是從該 ISO 映像部署vCenter Server Appliance（預先配置的虛擬機器），之後幾乎所有操作都透過 vSphere Client Web 介面進行管理。

在日常管理中，KVM通常使用virsh （libvirt 的命令列介面）和 virt-manager（用於管理多個 KVM 主機的桌面圖形使用者介面）等工具，以及 SSH、VNC 或 SPICE 等協定連接到虛擬機器控制台。此外，還有 Kimchi 和 Foreman 等 Web 介面可供選擇，而 oVirt 和 Red Hat Virtualization 等專案則在 KVM 之上添加了高級視覺化層。

在VMware vSphere中，管理的核心是 vCenter，它包含vSphere Client Web 用戶端，用於控制 ESXi 主機、叢集、虛擬網路、資料儲存、高可用性 (HA)、分散式資源共用 (DRS)、vSAN、NSX 等。此外，還有用於命令列的 ESXCLI、用於自動化幾乎所有操作的PowerCLI（基於 PowerShell），以及用於管理不依賴 vCenter 的獨立 ESXi 主機的 Host Client 介面。

成本、許可和支援模式

從成本角度來看，差異顯而易見：KVM 是整合到 Linux 系統中的開源軟體，本身不需要虛擬機器管理程式許可證。自 2007 年整合到核心以來，它適用於所有現代 Linux 發行版。成本主要來自商業支援（例如 Red Hat、SUSE、Oracle 等）以及您可能需要添加的任何其他管理工具，但核心功能是免費的。

VMware vSphere是一款商業解決方案，通常以 CPU/核心數和版本（標準版、企業增強版等）授權。它包含 ESXi 和 vCenter 的許可，如果您想添加NSX、vSAN、Tanzu、Horizo​​n 或 vRealize等產品，則每個產品都需要單獨的許可。 ESXi（vSphere Hypervisor）有一個免費版本，但有許多限制：唯讀 API、無法管理 vCenter、沒有技術支持，也無法使用依賴 API 的備份解決方案。

在支援方面，VMware 根據合約提供 24/7 全天候企業支持，使用者可以存取其知識庫、獲取更新、修補程式和獲得直接協助。而 KVM 的「官方」支援取決於您的發行版供應商（例如 Red Hat、Oracle、SUSE 等）或您自己的 IT 團隊。雖然您始終可以獲得活躍社區的支持，但除非您與特定供應商簽訂合同，否則沒有統一的 KVM 供應商可以提交支持工單。

硬體相容性和擴展性限制

硬體相容性是另一個區別因素。由於 KVM 是基於 Linux，它繼承了核心支援的廣泛硬體清單：支援VT-x/AMD-V 的x86 CPU 、多種類型的磁碟控制器、網路適配器、某些變體的 ARM 或 PowerPC 等架構等等。只要核心有相應的驅動程序，KVM 通常就能在該主機上順利運行。

VMware ESXi要求伺服器和元件必須列入其硬體相容性清單 (HCL)。這確保了驅動程式的認證和最佳性能，但也限制了其在尚未通過認證流程的舊硬體或非常新的硬體上的使用。在大型專案中，由於需要購買 VMware 推薦的特定硬件，這可能會增加平台的成本。

就效能限製而言，商業發行版中提供的 KVM 軟體包僅供參考。例如，在某些環境下，每個主機最多支援 384 個 CPU 核心和 6 TB 內存，可同時運行約 600 個虛擬機；每個虛擬機最多可實現256 個虛擬 CPU（最新版本甚至更多）和數 TB 的虛擬內存。具體效能取決於發行版（Red Hat、Oracle Linux、SUSE）以及各廠商進行的驗證測試。

VMware vSphere的官方文件設定了非常高的限制：每個 ESXi 主機最多可支援 896 個邏輯 CPU 和 24 TB 內存，每個主機最多可運行 1,024 個虛擬機，最多可聚合 4,096 個虛擬 CPU，每個虛擬機最多可運行 1,024 個虛擬機，最多可聚合 4,096 個虛擬 CPU，每個虛擬機最多可支援 256 個虛擬台台主機和 8,000 個虛擬機器。在 vCenter 層面，每個執行個體最多可管理 2,500 台 ESXi 主機和 40,000 個虛擬機，這為未來的擴展留下了相當大的空間。

安全性：隔離、加密和合規性

虛擬機器管理程式 (Hypervisor) 的安全性至關重要：如果有人攻破了主機，他們就能輕易存取所有虛擬機器及其資料。 KVM利用Linux 安全生態系統來加強隔離。其關鍵特性在於結合使用了SELinux（安全增強型 Linux）和 sVirt（安全虛擬化）。 SELinux 定義了強制存取控制 (MAC) 策略，而 sVirt 則將這些策略擴展到虛擬機，透過標記進程和磁碟映像來隔離它們。

此外，您還可以利用iptables/nftables實現高級防火牆功能，在用戶端啟用 UEFI 安全啟動（需要一些手動設定），並在相容的硬體上使用 TME/MKTME 等記憶體加密技術。在磁碟層面，KVM 可讓您使用 128 位元 AES 加密 QCOW2 映像，並且對用戶端透明，或者您可以將加密委託給主機檔案系統或客戶機作業系統本身。

VMware vSphere在這方面也表現出色，其功能集專為受監管環境（HIPAA、PCI DSS 等）而設計。它在 ESXi 中整合了防火牆，支援 UEFI 安全啟動，整合了 TPM 和 vSphere Trust Authority，可對權限和角色進行精細管理，並可透過整合外部 KMS 或原生 vSphere 金鑰提供者實現虛擬機器加密。

VMware 虛擬機器可利用vTPM和基於虛擬化的安全機制，而 NSX 則提供分散式側端安全性（微隔離、分散式防火牆、IDS/IPS，視版本而定）。此外，VMware 還提供合規性監控和虛擬機器管理程序配置強制執行工具，使平台更容易符合嚴格的法規要求。

虛擬網路和連接

在網路層面，KVM依賴 Linux 核心的功能和特定工具。對於虛擬交換機，通常使用Open vSwitch (OVS)，它支援公用或私人虛擬網橋、主機間的分散式交換，以及對 VLAN、VXLAN、QoS 和其他進階功能的支援。此外，還可以建立傳統的 Linux 橋接器，並使用連結聚合或連結組隊來新增連結或配置冗餘。

Virtio 網路介面支援 VLAN，並可使用libvirt進行編排，libvirt 包含整合到 QEMU 中的虛擬網路管理和 DHCP 伺服器。防火牆功能與 Linux 網路協定堆疊本身一樣強大，並且可以使用標準生態系統工具設定 VXLAN、隧道、VPN 等。

在VMware vSphere 中，網路基於兩種類型的交換器：標準 vSwitch（按主機配置）和分散式 vSwitch （由 vCenter 集中管理）。兩者都支援 VLAN、用於負載平衡和故障轉移的網路卡綁定以及基本安全性策略。對於進階軟體定義網路（微隔離、VXLAN、負載平衡器、分散式策略），則使用VMware NSX。

在 vSphere GUI 中設定 vMotion 和儲存的連結聚合、連接埠群組、流量策略或網路通常比在 Linux 中透過 CLI 完成所有操作更方便，儘管如果您熟悉 iproute2、OVS 等，KVM 為「特殊」場景提供了更大的自由度。

儲存、磁碟格式和遷移

借助KVM，Linux 幾乎可以掛載任何實體或邏輯儲存設備：SAS、SATA、NVMe 磁碟、LVM 磁碟區、NFS、iSCSI、SAN、NAS 等。虛擬機器可以使用虛擬磁碟映像或裸設備來對應（裝置或捲直通）。此外，也可以將 LVM 磁碟區直接掛載到虛擬機器。

原生鏡像格式為raw (img)和qcow2。 raw格式非常簡單且速度很快（比帶有額外圖層的格式快約 10%），但它不支援內部快照或區塊級增量備份。而 qcow2 則提供快照、壓縮、加密、精簡配置和 TRIM/UNMAP 支持，讓您可以使用 virt-sparsify 等工具回收未使用的空間。此外，KVM 還支援其他格式，例如 VMDK（來自 VMware）、VDI（VirtualBox）、VHDX（Hyper-V）等等，從而簡化了平台間的遷移。

在VMware ESXi中，預設磁碟格式為VMDK。每個磁碟通常包含一個 .vmdk 描述符和一個包含資料的 .vmdk 平面檔案。它支援精簡配置和厚配置，資料儲存通常託管在VMFS或 NFS 檔案系統上。磁碟可以利用自動取消映射功能來回收空間，並且可以使用裸設備映射 (RDM) 將 LUN 直接對應到虛擬機器。

對於虛擬機器遷移，KVM 提供主機間即時遷移（前提是主機間共享儲存），並在特定場景下提供儲存遷移（將虛擬機器檔案移至另一台主機），並規劃擴展即時儲存遷移功能。 VMware 多年來一直提供vMotion（主機間即時虛擬機器遷移）和Storage vMotion（在不關閉虛擬機器的情況下遷移資料儲存間的磁碟），這兩個功能都非常完善，並與叢集管理完美整合。

叢集、高可用性和負載平衡

在叢集方面，KVM提供各種元件，但並非像 vSphere 那樣的「封閉式」產品。為了實現高可用性，通常使用DRBD （網路區塊複製）、Heartbeat 和 Pacemaker 等工具作為叢集資源管理器。節點間的故障轉移配置是可行的，但這通常需要大量的手動操作和豐富的專業知識。

自動負載平衡並非標準功能；它通常依賴oVirt 或 Red Hat Virtualization等項目，這些項目在 KVM 之上構建了一個高級管理層，可根據負載、高可用性 (HA)、策略和其他因素提供自動遷移。一般來說，如果沒有包含此功能的商業解決方案，建立一個經過良好調優且具備高可用性的 KVM 叢集並非易事。

相較之下，VMware vSphere 的優勢恰恰在於其叢集功能。例如， vSphere HA允許虛擬機在節點發生故障時自動在其他主機上重新啟動；而DRS（分散式資源調度器）則利用 vMotion 技術，根據 CPU 和記憶體消耗策略，在主機之間遷移虛擬機，從而重新平衡負載。此外，vSphere也為部分虛擬機器提供容錯功能，維護即時副本，確保在主機發生故障時業務能夠無縫銜接。

此外，分散式電源管理可以在負載較低時關閉主機，並在需要時重新啟動，從而在不犧牲容量的情況下節省能源。透過 vSphere Client 設定這些機制非常簡單，因此如果您需要複雜的叢集配置而又不想費力操作控制台，VMware 無疑是最方便的選擇。

客戶系統和容器相容性

KVM 和 VMware ESXi都支援多種客戶作業系統：Windows（從 NT 或 95 等非常古老的版本到最新的版本）、許多 Linux 發行版（Ubuntu、Debian、RHEL、CentOS、Fedora、Oracle Linux、SUSE、Kali 等）、BSD 衍生版（FreeBSD、OpenBSD）、SolSD、OpenBSD、SolSD、O macOS。

KVM 與其他虛擬機器管理程式的差異在於與容器環境的整合。與其他虛擬機器管理程式一樣，KVM 也支援在虛擬機內部執行 Docker 或 Kubernetes，但它還提供特定的驅動程式（docker-machine-driver-kvm），可讓您在 KVM 之上透明地建立 Docker 虛擬機，與手動設定虛擬機相比，顯著提升了隔離性和效能。此外，KVM 與OpenStack 的整合度極高，被 OpenStack 歸類為 A 群組（最高相容性），並且通常是 Linux 私有雲的首選虛擬機器管理程式。

VMware方面，最初嘗試推出vSphere Integrated Containers （使用Photon OS以輕量級虛擬機的形式運行容器），隨後憑藉VMware Tanzu實現了重大飛躍，Tanzu將Kubernetes和容器直接整合到ESXi中。 Tanzu將ESXi主機轉換為Kubernetes節點（使用Spherelet），為DevOps提供控制平面，透過vCenter進行管理，並利用NSX-T和共享儲存來提供全面的企業級容器環境（儘管需要額外支付許可費用）。

簡而言之，如果您深入參與基於 Linux 的原生雲端生態系統，KVM + OpenStack/Kubernetes 是一個不錯的選擇；如果您已經在 VMware 上投入了大量資金，並且正在尋找整合到 vSphere 平台中的容器以及所有網路和安全附加功能，那麼 Tanzu 是一個強大的選擇。

與其他組件的整合：AD、OpenStack 和生態系統

VMware vSphere與Microsoft Active Directory原生集成，實現身份驗證和基於角色的存取控制。使用者可以使用其網域憑證登入 vSphere Client，並為物件（虛擬機器、資料儲存、叢集等）指派精細的權限。此外，VMware 套件還實現了無縫整合：NSX 用於網絡，vSAN 用於軟體定義存儲，Horizo​​n 用於虛擬桌面基礎架構 (VDI)，vRealize 用於自動化和監控等等。

在KVM環境中，透過將 Linux 主機（或虛擬機器）加入網域，完全可以實現 Active Directory 集成，但設定過程需要使用 sssd、winbind 或 realmd 等工具。對於雲端編排，KVM 在OpenStack中表現出色，是 OpenStack 的首選方案（A 組），而 ESXi 則被歸類為 B 組：雖然受支持，但在 OpenStack 生態系統中的優先順序略低。

關於廠商鎖定問題，KVM 作為開源軟體，不受廠商鎖定限制，幾乎可以與任何商業或開源軟體集成，並可根據您的需求自訂技術堆疊。而 VMware 的設計理念是讓您圍繞其控制平面和產品建立解決方案，這雖然提供了高度的一致性，但也使您受限於其授權協議和產品路線圖。

備份、複製和資料保護

虛擬機器備份方式也會造成顯著差異。在 KVM 中，基本方法包括使用virsh和磁碟快照。如果虛擬機器使用 LVM 卷，則可以建立 LVM 快照並從這些磁碟區進行備份，這可以提供非常好的效能，但也會使遷移和空間管理更加複雜。

使用原始鏡像時，由於沒有原生鏡像級快照支持，備份只能在虛擬機關閉的情況下進行。而使用qcow2鏡像，可以在運行中的虛擬機器上建立快照（需要在客戶作業系統上安裝 QEMU 用戶代理並配置 org.qemu.guest_agent.0 通道），之後可以一致地複製資料。此外，還有一些解決方案利用libvirt 和 oVirt來實現基於資料區塊變更的增量備份。

對於複製，KVM 可以在 Linux 核心區塊層級使用DRBD，在節點之間同步複製磁碟以掛載高可用性集群，但通常不進行加密，除非流量封裝在 VPN 或類似技術中。

在VMware vSphere中，得益於vStorage 資料保護 API，資料保護功能十分強大。備份廠商（Veeam、NAKIVO 等）利用這些 API，透過 VMware Tools 實現應用程式靜默，從而創建運行中虛擬機器的統一快照，並利用更改區塊追蹤 (CBT)功能，僅複製已修改的資料區塊，從而實現高效的增量備份。

VMware 的備份解決方案通常支援虛擬機器即時恢復、應用程式檔案或物件（例如 Exchange、SQL、AD 等）的精細化恢復，以及 ESXi 主機或站點之間的複製。免費版的 ESXi 不提供這些 API，因此您需要編寫腳本並手動備份已關閉的虛擬機，這在生產環境中通常是不可接受的。

歸根結底，如果虛擬機器管理程式層級的資料保護以及與眾多商業備份解決方案的整合至關重要，那麼 vSphere 提供了一個更成熟、更統一的生態系統。 KVM 允許採用更強大的策略，但方法更加多樣化，並且更依賴團隊的專業知識和所選工具。

KVM何時值得使用，VMware何時值得使用？

在KVM 和 VMware之間進行選擇並非要分出絕對的“優劣”，而是要根據具體情況選擇合適的工具。對於預算有限、擁有深厚 Linux 文化且希望自訂平台的企業而言，KVM 極具吸引力：它無需虛擬機管理程式許可證，提供廣泛的硬體相容性和強大的調優功能。它非常適合新創公司、小型 VPS 供應商、測試實驗室、以 Linux 為中心的環境或基於 OpenStack 的私有雲。

VMware ESXi 和 vSphere 最適合需要高度整合、強大的商業支援以及簡化大型叢集管理的環境。對於那些已經在使用 VMware 產品（Horizo​​n、NSX、vSAN、Tanzu）且對可用性、合規性和全天候支援有嚴格要求，或者重視高度完善的集中式控制台的公司而言，他們通常更傾向於投資 vSphere 許可證，並圍繞該生態系統構建其虛擬化策略。

從實際角度來看，KVM 是一款高效能、低成本的解決方案，尤其適合擁有 Linux 經驗且能夠容忍一定複雜性的團隊。而 VMware 則提供了更「封閉但便捷」的體驗：您需要支付許可證和維護費用，但作為回報，您將獲得一個極其成熟的虛擬化平台，它擁有高級叢集功能、精心調校的備份工具，以及與 VMware 堆疊其他部分的高度整合。