物理机cpu和虚拟机cpu，物理机和虚拟机鉴别方法

***：本文聚焦于物理机CPU和虚拟机CPU以及两者的鉴别方法。物理机的CPU是实体硬件设备的核心处理器，而虚拟机的CPU是通过软件模拟出来供虚拟机使用的资源。鉴别方法上，可从硬件资源的独占性、性能表现等方面着手。例如物理机CPU对硬件资源有完全控制权，性能相对稳定且强大；虚拟机CPU受宿主机资源分配影响，性能可能波动且资源总量受限。

《物理机与虚拟机CPU特征及鉴别方法全解析》

一、物理机CPU的特征

1、硬件直接性

- 物理机的CPU是直接安装在计算机主板上的实体硬件组件，它通过主板的电路与其他硬件设备（如内存、硬盘、显卡等）进行物理连接，在一台传统的台式计算机中，打开机箱就能看到CPU散热器下面的CPU芯片，这种硬件直接性使得物理机CPU与计算机硬件体系结构紧密结合，它直接控制着计算机的各种操作，从最基本的指令执行到复杂的多任务处理。

- 物理机CPU的性能完全取决于其自身的硬件规格，如核心数、线程数、主频、缓存大小等，一个具有8个核心、16个线程、3.5GHz主频和16MB缓存的物理机CPU，其处理能力是由这些硬件参数所决定的，在运行大型计算任务时，如3D建模渲染或者科学计算，物理机CPU能够充分利用其硬件资源进行高速运算。

2、独占硬件资源

- 物理机CPU对硬件资源具有独占性，它可以直接访问计算机的全部物理内存，无需经过额外的转换或共享机制，这意味着在物理机上运行的操作系统和应用程序能够高效地利用内存资源，一个物理机安装了16GB的内存，运行在其上的操作系统可以根据自身需求自由分配和使用这16GB内存，而不会受到其他虚拟层面的限制。

- 物理机CPU在与其他硬件设备交互时，也具有直接的控制权，它可以直接管理和控制硬盘的读写操作、网络接口的数据传输等，这种独占性使得物理机在对硬件资源要求极高的应用场景下，如大型数据库服务器或者高性能计算集群中的节点，能够发挥出最佳的性能。

3、指令执行的原生性

- 物理机CPU执行的是计算机硬件原生的指令集，对于x86架构的物理机CPU，它能够直接运行x86指令集的程序，这些指令是直接针对物理机硬件编写的，不需要额外的转换或模拟，当运行一个基于x86指令集编写的操作系统（如Windows或Linux）时，物理机CPU能够高效、快速地执行操作系统内核中的指令，从系统启动时的BIOS自检到操作系统加载后的各种进程调度。

- 在处理一些对指令执行效率要求极高的任务，如实时控制系统（如工业自动化中的PLC控制）或者对时序要求严格的多媒体处理（如高清视频的实时编码）时，物理机CPU由于能够直接执行原生指令，能够更好地满足任务需求。

二、虚拟机CPU的特征

1、虚拟抽象层

- 虚拟机的CPU是通过软件模拟或虚拟出来的，在虚拟机环境中，存在一个虚拟抽象层，位于虚拟机操作系统和物理机硬件之间，这个虚拟抽象层负责模拟CPU的功能，在使用VMware或VirtualBox等虚拟机软件时，虚拟机软件会创建一个虚拟的CPU环境，供虚拟机中的操作系统使用。

- 虚拟机CPU的性能受到虚拟抽象层的影响，由于需要经过软件模拟和转换，虚拟机CPU在执行指令时会有一定的性能损耗，当虚拟机中的操作系统发出一条CPU指令时，这条指令首先要被虚拟抽象层截获，然后进行转换和模拟操作，最后再传递给物理机CPU执行，这种额外的操作会导致指令执行的延迟，相比于物理机CPU直接执行指令，虚拟机CPU的执行速度会相对较慢。

2、资源共享性

- 虚拟机CPU是共享物理机CPU资源的，在一台物理机上可能同时运行多个虚拟机，每个虚拟机都分配有一定份额的物理机CPU资源，在一台具有8个核心的物理机上运行3个虚拟机，虚拟机软件可以根据预设的配置，为每个虚拟机分配2个核心或者按照一定的权重分配CPU时间片。

- 这种资源共享性使得虚拟机CPU的性能具有一定的不确定性，当多个虚拟机同时对CPU资源有高需求时，可能会出现资源竞争的情况，在一个数据中心中，多个虚拟机运行着不同的应用程序，如Web服务器、数据库服务器和邮件服务器等，如果同时遇到高负载情况，由于共享物理机CPU资源，每个虚拟机可能无法获得足够的CPU资源来满足其性能需求，从而导致应用程序响应速度变慢。

3、指令转换与兼容性

- 虚拟机CPU需要进行指令转换以适应物理机CPU，由于虚拟机中的操作系统可能与物理机硬件有不同的指令集要求，虚拟机软件需要将虚拟机操作系统发出的指令转换为物理机CPU能够识别的指令，在将一个基于ARM指令集的虚拟机操作系统运行在基于x86指令集的物理机上（通过特殊的虚拟机软件实现），虚拟机软件需要不断地进行ARM指令到x86指令的转换。

- 虚拟机CPU还需要考虑兼容性问题，为了能够在不同的物理机硬件平台上运行虚拟机，虚拟机软件需要确保其模拟的CPU功能具有广泛的兼容性，这意味着虚拟机CPU可能无法充分利用物理机CPU的一些高级特性，物理机CPU可能支持某些特定的加密指令集或者多媒体指令集加速功能，但虚拟机CPU由于兼容性和模拟的复杂性，可能无法完全利用这些功能，从而影响虚拟机中相关应用程序的性能。

三、物理机和虚拟机CPU的鉴别方法

1、性能测试法

- 可以使用性能测试工具来鉴别物理机和虚拟机CPU，对于物理机CPU，在运行性能测试软件（如Cinebench用于测试CPU的渲染性能、Geekbench用于综合性能测试等）时，其性能表现相对稳定，在对一台物理机进行Cinebench测试时，多次测试的结果波动较小，因为物理机CPU具有独占的硬件资源，其性能主要取决于自身的硬件规格。

- 而对于虚拟机CPU，由于资源共享和虚拟抽象层的存在，其性能测试结果会有较大的波动，在同样使用Cinebench对虚拟机进行测试时，如果物理机上同时运行其他高负载的虚拟机或者应用程序，虚拟机CPU的测试分数可能会明显下降，虚拟机CPU的性能通常会低于物理机CPU在相同硬件配置下的性能，一台物理机CPU的Cinebench多核渲染分数为20000分，而在同一物理机上运行的虚拟机，其Cinebench多核渲染分数可能只有8000分左右，具体取决于虚拟机的资源分配情况。

2、硬件检测工具法

- 使用硬件检测工具也可以鉴别物理机和虚拟机CPU，在物理机上，硬件检测工具（如CPU - Z）能够准确检测出CPU的型号、核心数、线程数、主频、缓存等硬件参数，这些参数是直接反映物理机CPU真实硬件特性的，CPU - Z检测出物理机CPU是Intel Core i7 - 10700K，具有8个核心、16个线程、3.8GHz主频和16MB缓存等准确信息。

- 在虚拟机中，虽然硬件检测工具也能显示CPU相关信息，但这些信息可能存在虚拟成分，虚拟机中的CPU - Z可能显示虚拟机CPU的型号为虚拟的类型（由虚拟机软件定义），而且一些硬件参数可能与物理机实际硬件不完全一致，虚拟机中的CPU可能显示为具有特定的虚拟核心数和虚拟主频，这些参数是虚拟机软件根据资源分配和模拟情况呈现的，与物理机CPU的真实硬件参数有本质区别。

3、指令集检测法

- 通过检测指令集也可以区分物理机和虚拟机CPU，物理机CPU支持其硬件原生的指令集，对于x86架构的物理机CPU，它支持完整的x86指令集及其扩展指令集（如SSE、AVX等），可以使用专门的指令集检测工具（如InSpectre等）来检测物理机CPU的指令集情况。

- 虚拟机CPU在指令集方面可能存在限制，由于指令转换的存在，虚拟机CPU可能无法完全支持物理机CPU的所有指令集，某些高级的物理机CPU指令集可能在虚拟机环境下无法被虚拟机CPU正确识别或执行，通过检测指令集的完整性和对特定指令的支持情况，可以判断是物理机CPU还是虚拟机CPU。

4、系统资源监控法

- 在操作系统中，可以通过系统资源监控工具来鉴别物理机和虚拟机CPU，在物理机上，系统资源监控（如Windows任务管理器中的CPU使用率监控）反映的是物理机CPU的实际使用情况，当运行一个大型计算任务时，任务管理器中显示的CPU使用率是物理机CPU真实的资源占用情况。

- 在虚拟机中，系统资源监控显示的是虚拟机CPU的使用情况，虚拟机CPU的使用率受到虚拟机软件资源分配的影响，虚拟机软件可能设置了虚拟机CPU的使用率上限为50%，那么在虚拟机操作系统的资源监控工具中，即使物理机CPU还有剩余资源，虚拟机CPU的使用率也不会超过这个上限，在虚拟机中观察到的CPU性能指标（如使用率的波动、响应速度等）与物理机有明显的区别，通过对这些指标的分析可以鉴别物理机和虚拟机CPU。