从零开始的 VirtualBox + Ubuntu 生活（雾

一点科普，一点吐槽

本文目的是让读者通过较为安全的虚拟机技术学习基础的 Linux 发行版安装能力 ~~管生不管养~~。

关于 VirtualBox

什么是虚拟机？

在计算机科学发展的过程中，出于调试等的需求，出现了模拟计算机硬件的软件程序，这样的程序被称为 “模拟机”。模拟机有只模拟 CPU 的，也有模拟完整的机器的。你可能猜到了，一些老游戏机（如 Nintendo Famicon、Gameboy）的模拟器也可以归入模拟机的范畴。当然，也有在 PC（此处特指 x86 架构下的微型计算机）上模拟一台 PC 的，最知名的两个例子是 Bochs 和 QEMU（jk 们应该会在操作系统课接触到）。进入新世纪后，x86 微机架构以其相对低廉的价格杀入服务器市场，抢下了许多原本小型机或大型机的市场份额。然而随着数据规模的扩大，出现了在 x86 微机上同时运行多个独立的操作系统的需求，而模拟机性能过于缓慢，无法适用于这种场景。后来出现了如 Xen 这样的半虚拟化方案，一定程度上实现了直接运行虚拟机的指令。在 2005 年，Intel 和 AMD 相继推出了基于硬件的虚拟化技术（hardware-assisted virtualization），分别称为 Intel VT-x 和 AMD-V。这项技术使得 x86 微机上的虚拟化软件可以使虚拟机直接访问一些硬件资源，虚拟化性能大幅提升。

另外，虚拟机管理程序还可分为 Type-1（直接管理虚拟化的操作系统也被虚拟化，如 WSL2、Xbox 360 等使用的 Hyper-V）和 Type-2（虚拟化系统运行在应用层，如本教程使用的 VirtualBox）两种 Hypervisor。

为方便叙述，下文统一将管理虚拟机的操作系统称为 宿主操作系统（Host Operating System），将 被虚拟化 运行的操作系统称为 客户操作系统（Guest Operating System）

什么是 VirtualBox？

VirtualBox 最初由 innotek GmbH 开发，后来该公司被 Sun Microsystems 收购（然后 Sun 又被收购），现在由 Oracle Corp.（即甲骨文公司，~~开源社区眼中的带恶人~~）开发，是一个以 GPLv2 协议（一个 “自由” 软件协议）开源的虚拟机软件（扩展包除外）。

另外……

值得一提的是，Windows 平台上的大部分 “安卓模拟器” 基于 VirtualBox 开发而来 ，本质上也是虚拟机。

下载 VirtualBox

官网在此。根据你正在使用的操作系统（“宿主操作系统”）来选择对应的安装包。

安装 VirtualBox

由于在 Linux 下安装的方法在不同发行版之间较难通用（~~并且我没有 macOS 设备~~），这里仅给出 Windows 平台下安装的方法。

在官网点击 “Windows hosts” 来下载安装包。TODO

注意

VirtualBox 6.0 前的所有模式、6.0 后的默认模式 与 WSL2 不兼容，因为 WSL2 基于 Hyper-V（为 Type-1 Hypervisor）实现虚拟化，此时 VirtualBox 实际上运行在虚拟机中，因此需要通过特殊设置使 VirtualBox 使用 Hyper-V 作为虚拟化内核。

启用硬件虚拟化

现代虚拟机软件几乎全部基于硬件虚拟化开发，如果这一功能没有启用虚拟机性能会大打折扣。但通常这项功能并不会在出厂时开启。可以通过查看任务管理器 - 性能 - CPU 的详细信息中的 “虚拟化” 一栏来确定是否已开启硬件虚拟化。如显示 “无”，请自行百度开启方法。

关于 Ubuntu

什么是 Ubuntu?

Ubuntu 由 Canonical Ltd. 基于 Debian 开发。Ubuntu 可能是 目前在中国网络资源最丰富、最易于检索的 Linux 发行版。

下载 Ubuntu

Ubuntu 根据不同用途分为多个版本，其中只有 Ubuntu Desktop 自带图形化用户接口（GUI）。此外，Ubuntu 每隔 6 个月会发布一个新版本，其中被标记为 “长期支持”（LTS, Long-term Support）的版本有 长达 5 年的官方支持，但其他版本的官方支持时间通常只有 9 个月。本教程选用 Ubuntu 20.04.3 LTS 进行演示。可以从这里直达下载页面。

下载速度慢？

实际上我校 LUG 有自己的镜像站，对内网开放，下载速度更快，其中 Ubuntu 20.04 的光盘镜像可以在这里下载。不想记住这一长串地址的话，可以从 https://lug.pub/ 跳转。

下载得到的文件后缀名为 .iso，是一个光盘镜像。本教程使用的 VirtualBox 支持直接在虚拟机的光驱中加载 .iso 文件。

由于历史原因，操作系统的安装程序往往以光盘镜像的形式发布（即使体积实际上已经超过了 DVD 的最大容量），但通常也会支持写入到 U 盘后从 U 盘启动安装程序。如果你希望将 Ubuntu 安装到物理机上，可以使用 Rufus 和 balenaEtcher 来完成写入到 U 盘的操作。（也有可以直接从 U 盘上存储的 .iso 文件启动的方案，如 Ventoy）

正片

创建虚拟机

在安装之前，需要先点击 “新建” 使用向导创建虚拟机的配置文件。需要注意以下几点：

选择 “操作系统” 的时候要选择标有 “64-bit” 的版本

操作系统设置界面

内存最小设置为 4 GB，建议设置为 8 GB 或以上。

内存设置界面

硬盘大小建议设置为 25 GB 以上，不建议选择立即分配硬盘空间（当然如果你想直接分配好空间防止后面别的东西占用也行）

硬盘设置界面

向导结束后，打开虚拟机设置，在系统 - 主板选项卡中勾选 “启用 EFI”，在系统 - 处理器选项卡中将 CPU 核心数设置为 2 或以上，在显示选项卡中将显存调整至 128 MB，不要勾选 “启用 3D 加速”。

EFI 为 2014 年后生产的电脑的默认启动方式，与传统的启动方式差异极大。勾选该选项更贴近现代物理机的环境。

安装程序

接下来，点击 “启动” 启动这台虚拟机，会弹出选择启动盘的对话框。

选择启动盘

点击下拉菜单旁边的按钮，选择 Ubuntu 的安装镜像，再点击启动。

此时你会收到一条消息，告诉你此时你的键盘鼠标输入会被虚拟机独占。要想在控制宿主机和控制虚拟机之间切换，你需要输入指定的 “主机组合键”（默认是 Right Ctrl，也会在右下角显示）。

如果成功使用光盘引导，会显示如下图的启动菜单。显示这个菜单的程序叫 GRUB，未来也会使用这个程序来启动硬盘上的系统。

Ubuntu 光碟镜像的 GRUB 菜单

每个选项代表的含义已经标注在截图上。此时不点击方向键便会进入第一个选项，开始验证安装媒介（installation medium）的完整性。待验证结束后就会正式进入安装程序。

安装程序的第一个界面是语言的选择。建议选择默认的 “English”。

原因

此处选择的语言会同时影响图形界面和终端中显示的语言。但 Linux 在纯文本模式下缺少对中文的支持。此处如果选择了中文，会使用中文来为个人目录下的 “音乐”、“下载” 等文件夹命名，还会使一些命令的输出无法正常显示，一旦系统出现故障将会很难在纯文本模式下进行修复。

Ubuntu 安装菜单的语言页

另外，此时 VirtualBox 提示可以使用鼠标自动切换了，意思就是鼠标可以直接移出移入虚拟机，可以不用靠按 “主机组合键” Right Ctrl 了。

窗口里还有一个 “Try Ubuntu” 的选项，此为 Linux 的 LiveCD 机制，类似于 Windows PE，将整个系统加载进内存，这里不用管，点击 “Install Ubuntu” 继续。

接下来是安装选项。Keyboard Layout 直接默认即可。注意 Normal installation 中多出来的软件 都可以手动安装，且在虚拟机上会 大幅延长安装的时间，此处建议选择 Minimal installation。Download updates while installing Ubuntu 可能会导致直接从国外服务器下载更新，建议安装完毕后选择国内镜像站再进行更新。下面的 third-party software 包括 MP3 解码器、无线网卡驱动等非自由开源软件，在物理机上安装时最好勾选，但虚拟机上没有必要安装。

安装选项

接下来是安装磁盘的选择。在虚拟机中，选择 “Erase disk and install Ubuntu” 即可。

在物理机下分区要考虑的因素较多，如果有详细讲解 Linux 下分区逻辑的需求可以单独开一篇讲解。

接下来是时区的选择。点击地图上的中国即可将时区设置为 “China/Shanghai”。

设置时区

据说 Linux 时区有上海没有北京的原因要追溯到 1912 年北京天文台将中国分为五个时区，其中对应现在北京时间（东八区）的是 “中原时区”，代表城市即为上海。

接下来是初始用户设定。username 不要出现中文！（虽然好像也输不了中文）因为是虚拟机所以 “computer name” 可以随意。下面的密码必须要填写。因为初始用户为系统管理员（wheel 用户组成员），此处设定的密码在涉及系统操作（如安装软件）的时候也会用到，务必牢记。下面的自动登录仅影响进入桌面前是否要输入密码。

初始用户设置

接下来就是漫长的等待了……嗯。

安装中

安装结束后会提示 “remove installation medium”。如果是使用光盘安装的物理机，此时光驱托盘会自己弹出来，让你把光盘取走；用 U 盘安装就把 U 盘拔掉。当然对于虚拟机来讲，弹出光驱等于卸载光盘镜像，这里直接按 Enter 继续重启即可。

提示移除安装媒体

假如你能看到这样的登录界面，那就说明你成功的安装了 Ubuntu！点击用户名，输入你安装时设置的密码即可登录。

登录界面

Wayland

经测试，以 Wayland 为后端的桌面环境与 VirtualBox 兼容性更好，可以在登录界面点击用户名后在右下角更改桌面环境。

更改桌面环境

增强工具配置

为了让虚拟机用起来更舒服，需要额外安装一些组件来让虚拟机可以和 VirtualBox 通信，完成诸如分辨率跟随窗口缩放、剪贴板共享、文件拖放的功能。

安装完成后首先会弹出来这样一个窗口，一直点击右上角的按钮即可。

账户设定

接下来，点击左下角的按钮打开程序列表，打开 Software & Updates（注意是左边这个圆圈连续的）。

Software & Updates

在这个下拉菜单里选择 Other。

选择 Others

接着会弹出来一个窗口，让你直接选择下载自哪个镜像站。点击右上角的 Select Best Server 对这些服务器进行测速。

服务器列表

经过一段时间后，会选中最快的服务器。

正在进行测速

选中最快服务器

点击下面的 Choose Server，此时会提示你输入密码授权这个操作。切换完毕后点击 Close，此时会提示你当前本地软件索引已经过期，点击 Reload 刷新软件包缓存。

提示刷新缓存

因为 VirtualBox 的增强功能使用了定制的驱动，而 Linux 系统上的驱动模块需要针对不同版本单独编译和安装，因此接下来我们要配置编译和安装驱动模块的环境。点击左下角的按钮打开程序列表，翻到第二页打开 Terminal。

打开终端

输入以下命令：

sudo apt upgrade -y # 更新所有软件包
sudo reboot # 可选，重启虚拟机，确保使用的是最新的内核
sudo apt install build-essential dkms linux-headers-$(uname -r) -y

注意执行这些指令时会要求你输入密码，并且这个密码不会显示出来（包括以 * 的形式）。

sudo 输入密码

关于命令每一部分的含义

sudo 是 Linux 命令行环境中的“以管理员身份运行”，它会让后面接着的命令有管理系统的权限。在 Linux 下几乎任何权限都要明切给予。
apt 是 Debian/Ubuntu 自带的软件包管理系统，upgrade 命令表示升级所有软件，install 命令表示安装后面跟着的软件。
build-essential 是 apt 的一个“元”软件包（即软件组合），包含了在 Ubuntu 上编译软件所需的软件，如 GCC。
dkms 是一个内核模块编译系统。Linux 不同版本内核模块不通用，dkms 可以自动为不同的 Linux 内核版本编译内核模块，生成对应的二进制文件。
linux-headers-$(uname -r) 代表当前所运行的内核的头文件，编译内核模块需要。后面的 $(uname -r) 实际上是 shell 的语法，uname -r 命令的输出是当前内核版本，通过这个语法将内核版本接到 linux-headers- 后面。
-y 表示自动同意安装，apt 默认会打断安装征求同意。