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如何转换虚拟机镜像的格式​

作者：Alex Garnett

导语​

使用远程服务器时，其实通常使用的是虚拟机。虚拟机是一个操作系统的实例，单独封闭在更大的服务器集群中。您还可以通过例如QUMU与VirtualBox等软件在自己的电脑上使用虚拟机。虚拟机可能包括整个桌面，或者只运行SSH服务器来保证与终端的连接。但无论是何种情况，它们都运用了类似的技术，拥有相似的功能。除了大规模的云优化以外，虚拟环境之间唯一的区别在于虚拟机的硬盘和配置。这些称之为虚拟机镜像，且不同供应商采用不同镜像格式。

本教程将介绍如何转换虚拟机镜像的格式，包括qcow2，vdi， vhd和vmdk，由此帮助您按需将虚拟环境从电脑上传至云端，或者再次传回。

前期准备​

只要您安装了带有命令行工具的QEMU和VirtualBox，无论您使用的是Windows、macOS还是Linux系统，本教程中的代码都能成功运行。本教程还会介绍如何用Homebrew包管理器进行安装，您可以在macOS、Linux或WSL2的Windows系统中安装Homebrew。

此外，为了运行本教程中的代码，您需要至少10GB的空间。

注意：如果您的macOS使用的是Apple Silicon处理器，即2020年后生产的设备，您将无法使用VirtualBox，只能使用QEMU。

QEMU​

QEMU是功能最强大也是应用最广泛的开源虚拟化软件，可以在所有主要平台，包括Windows，macOS，Linux甚至Android等上运行，按需进行虚拟化与仿真。举一个常见的例子，当在Windows桌面运行Linux服务器镜像时，这两个平台将共享一个底层架构Intel/AMD x86，QEMU可以因此通过虚拟化来实现全部性能。如果您用QEMU混合与匹配架构，例如以x86 Linux或Windows作为主/客机操作系统，然后在其中运行macOS或者Android的ARM架构，QEMU会自动使用仿真功能转换架构。

与虚拟化相比，仿真通常不用于生产环境中，因为会大幅度降低性能。然而QEMU将仿真与虚拟化一视同仁，使相同的镜像格式和工具适用于所有情况，进而展现出显著的兼容性优势。

QEMU是命令行软件，虚拟机可以配置的选项数量十分庞大，因此与VMware与VirtualBox等虚拟化软件相比，QEMU更难上手。它还可以与GUI前端，例如Windows与Linux系统上的QtEmu与macOS系统上的UTM，一起使用。本教程将介绍如何通过命令行使用QEMU。

安装QEMU​

使用Homebrew的 brew install 安装QEMU：

$ brew install qemu

这将下载全部QEMU工具和命令，其中包括用于在命令行中转换虚拟镜像的 qemu-img。运行 which qemu-img 命令来验证您可以使用 qemu-img。

$ which qemu-img
Output

/usr/local/bin/qemu-img

注意：如果您不想通过WSL2使用Windows，您也可以用QEMU自带的安装器进行安装。

QEMU包含本教程中需要的大部分功能。但您还可以安装另一个很流行的虚拟化包，也就是VirtualBox。

VirtualBox​

VirtualBox是由Oracle提供的开源虚拟化软件，支持所有x86操作系统（Windows, Linux和2020前的macOS计算机），但不支持仿真功能或非x86的架构，所以主要用于在Windows中运行Linux，或是Linux中运行Windows。然而它比QEMU更简单，提供兼容广泛的默认设置，且默认包含桌面界面。

VirtualBox并不提供像QEMU那么多的命令行功能，因此常与Vagrant等用于编排的软件一起使用，来使虚拟机配置重现和自动化。不过VirtualBox包含VBoxManage命令行工具，也可以用于操作虚拟机镜像。

安装VirtualBox​

使用 brew install 命令和 –cask 标记在macOS上安装VirtualBox，因为VirtualBox以完整应用程序包的形式发行，Homebrew将其称为cask：

$ brew install --cask virtualbox

如果要在Ubuntu或是Debian衍生的Linux发行版（包括WSL2）上安装VirtualBox，首先使用命令 apt update 刷新包源，再用 apt install 命令安装：

$ sudo apt update
$ sudo apt install virtualbox

如果想在Windows上安装VirtualBox，同时又不想经过WSL2，可以参考VirtualBox Wiki中的下载说明部分。

VirtualBox安装完成后，运行 which vboxmanage 命令来验证您有权限访问 vboxmanage：

$ which vboxmanage
Output

​​/usr/local/bin/vboxmanage

QEMU和VirtualBox都提供虚拟化选项，但其中大部分都为平台限定（如Windows上的Hyper-V），或是为大型企业设计（如VMware）。本教程不会直接介绍它们，但会在接下来的部分介绍如何转换镜像格式。

使用QEMU创建虚拟机镜像​

在演示如何转换虚拟机镜像前，可以先从使用QEMU创建镜像入手。如果您已经有待转换的镜像，可以直接跳过这部分。

运行带有 -f qcow2 标记的 qemu-img create 命令来创建QEMU默认的 qcow2 格式镜像：

$ qemu-img create -f qcow2 ubuntu-desktop-22.04.qcow2 10G

如此，您就创建了空的虚拟机镜像。虽然您将其命名为 ubuntu-desktop-22.04.qcow2，并给它提供了 10G 的容量，但目前这个镜像中既没有安装22.04版本的Ubuntu，也没有10GB那么大。

Output

Formatting 'ubuntu-desktop-22.04.qcow2', fmt=qcow2 cluster_size=65536 extended_l2=off compression_type=zlib size=10737418240 lazy_refcounts=off refcount_bits=16

QEMU镜像会在尽可能少占用磁盘空间的同时，为虚拟机中运行的软件提供创建时设置的最大容量。这个例子设置的虚拟机的可用容量为10GB，也是虚拟机镜像会自动扩展到的最大空间。

通常来说，下一步可以是使用22.04版本的Ubuntu ISO将Ubuntu 22.04安装至虚拟机中。但既然这个虚拟机只用于举例，不会投入使用，您就可以跳过这一步。ISO是另一种磁盘镜像，通常为只读。ISO曾被用于CD与DVD安装媒介中，并非可写硬盘的镜像。操作ISO镜像的软件也有许多，如mkisofs和dd。可以参阅QEMU文档，了解更多用QEMU安装Linux的信息。

将QEMU镜像转换为其它格式​

创建VM镜像后，可以用命令转换它的格式。VirtualBox默认的镜像格式是 vdi。而且默认情况下，转换格式并不意味着将原VM镜像删除，而是创建一个新镜像：

$ qemu-img convert -f qcow2 ubuntu-desktop-22.04.qcow2 -O vdi ubuntu-desktop-22.04.vdi

-f 标记用来指定输入格式与文件名。-O 标记用于指定输出格式和输出文件名。您还可以加入 -p 标记以显示进度条，这在转换大镜像时很方便。您上一步中创建的图像实际不含任何内容，所以能很快转换。您可以用 ls 确认已经创建了 ubuntu-desktop-22.04.vdi：

$ ls ubuntu-desktop-22.04.vdi
Output

ubuntu-desktop-22.04.vdi

其它常见格式包括主要由VMware使用的 vmdk，和Microsoft中Hyper-V使用的 vhd。如果您的软件需要，您还可以按以下步骤创建一个“原始”镜像。

将其它虚拟机格式转换为QEMU

VirtualBox提供了 vboxmanage 命令用来转换 vdi 格式的镜像：

$ vboxmanage clonemedium ubuntu-desktop-22.04.vdi ubuntu-desktop-22.04.img --format raw
Output

0%...10%...20%...30%...40%...50%...60%...70%...80%...90%...100%
Clone medium created in format 'raw'. UUID: 0501e707-c94e-4103-9069-d7b64a933d78

值得注意的是，这条命令会自动将创建的镜像注册到本地VirtualBox配置中。如果您只想创建临时脚本，这将会很不方便。而且如果您无意中注册了重复项，还需要手动从VirtualBox界面中删除所有新条目。

和之前不同，原始虚拟机镜像不会被压缩，所以这条命令会创建一个完整的10GB文件。您可以反转上一步的语法来将其转换为 qcow2 格式，这样就可以和QEMU一起使用了。

$ qemu-img convert -f raw ubuntu-desktop-22.04.img -O qcow2 ubuntu-desktop-22.04-new.qcow2

然后可以删除原始镜像文件，释放磁盘空间：

$ rm ubuntu-desktop-22.04.img

最后，可以使用 qemu-img check 与 qemu-img info 命令从虚拟机镜像中输出一些元数据：

$ qemu-img check ubuntu-desktop-22.04.qcow2
Output

No errors were found on the image.
Image end offset: 262144

$ qemu-img info ubuntu-desktop-22.04.qcow2
Output

image: ubuntu-desktop-22.04.qcow2
file format: qcow2
virtual size: 10 GiB (10737418240 bytes)
disk size: 196 KiB
cluster_size: 65536
Format specific information:
    compat: 1.1
    compression type: zlib
    lazy refcounts: false
    refcount bits: 16
    corrupt: false
    extended l2: false

如果您还想了解更多关于用命令转换镜像的信息，可以参考该命令的说明网站与官方文档。

结语​

本教程介绍了如何使用QEMU与VirtualBox的命令行工具来创建、转换与导出虚拟机镜像，还介绍了一些常见的虚拟机镜像格式示例，以及使用虚拟机时有用的默认设置。了解虚拟化等常见概念背后的技术可能对您今后的工作很有帮助，尤其当需要迁移架构或改变云服务提供商时。