第 2 章 虚拟机安装 Ubuntu
Part 1 · 环境搭建
引子
WSL2 很方便——直到你需要一个完整的桌面环境。
编译内核需要开 GUI 配置工具（make xconfig），调试设备树需要看图， 有些嵌入式 IDE 只跑在原生 Ubuntu 桌面上。 WSL2 能给你终端，但给不了你一个真正的桌面。
虚拟机就是那个"真正的桌面"。 但装虚拟机这件事本身，就是一个坑比功能多的领域—— 内存分多少、硬盘给多大、网络选哪种模式， 每一个选项都在考验你对 Linux 启动过程的理解。
不过别怕，我们一个个来。
背景与动机
上一章我们装好了 WSL2——一条命令，一秒进入 Linux。它解决了很多问题，但不是所有问题。
做嵌入式开发有几件事离不开图形界面：
- 内核配置：
make menuconfig虽然是终端界面的，但make xconfig（基于 Qt 的图形化配置工具）用起来效率高得多，尤其是你在几百个配置项里找某个驱动开关的时候。 - 设备树调试：设备树源文件（
.dts）的层级关系复杂，有图形化工具辅助查看会省很多眼力。 - 串口工具：虽然命令行的
minicom也能用，但图形化的串口助手在调试时更直观。 - 完整隔离：虚拟机是一个完全独立的系统，你可以放心在里面折腾，搞坏了重建一个就是，不用担心影响你的 Windows 主机。
虚拟机的本质是什么？是在你的 Windows 里模拟出一台完整的电脑。这台电脑有自己的 CPU（从你的物理 CPU 借用）、自己的内存（从你的物理内存划分）、自己的硬盘（一个文件而已）、自己的网卡（虚拟的）。对运行在上面的 Ubuntu 来说，它以为自己独占一台物理机。
你可以把创建虚拟机理解为去电脑城定制组装一台电脑——选 CPU、配内存、挑硬盘、插网卡，每一步都在决定这台"电脑"的性能上限。只不过你选的不是物理零件，而是软件模拟的虚拟硬件。
但"定制电脑"这个类比有一个重要的偏差——我们留到概念层再拆开。
VMware 还是 VirtualBox？
市面上主流的桌面虚拟机软件就两个：
- VMware Workstation Pro：老牌商业软件，2024 年底被 Broadcom 收购后，对个人用户免费开放（需要注册 Broadcom 账号获取许可证）。兼容性极好，尤其是 USB 设备直通——这点后面用 USB 转串口连开发板时会救你命。
- VirtualBox：Oracle 的开源免费软件，功能也够用，但 USB 直通和网络配置偶尔会出一些莫名其妙的幺蛾子。
对于嵌入式开发，建议用 VMware。不为别的，就为了 USB 设备直通的稳定性——后面你要用 USB 转串口线连开发板、用 USB 刷机工具烧固件，VirtualBox 在这些场景下翻车率明显高于 VMware。不想花三天排查"为什么虚拟机识别不到开发板的 USB 口"，就别纠结了。
概念层
虚拟机的三层架构
在动手之前，先搞清楚虚拟机的"零件"是怎么组装的。
┌──────────────────────────────────────┐
│ Guest OS（Ubuntu，客户机操作系统） │
├──────────────────────────────────────┤
│ Hypervisor（VMware / VirtualBox） │
├──────────────────────────────────────┤
│ Host OS（Windows，宿主操作系统） │
├──────────────────────────────────────┤
│ 物理硬件（你的电脑） │
└──────────────────────────────────────┘最底下是你的物理电脑，上面跑 Windows（宿主机）。VMware 作为中间层（Hypervisor），把物理硬件"切片"分配给上面的 Ubuntu（客户机）。Ubuntu 看到的是虚拟的硬件——虚拟 CPU、虚拟内存、虚拟磁盘、虚拟网卡——但它不知道这些是虚拟的，以为自己跑在一台真机上。
这就是我们刚才说的"定制电脑"。创建虚拟机的过程，就是在 VMware 这个"电脑城"里挑选虚拟配件：分几个 CPU 核心、给多少内存、硬盘多大、网卡用什么模式。
揭示那个类比的偏差
"定制电脑"这个比喻在"选择配置"这部分是对的——你确实在决定虚拟机的硬件规格。
但这个比喻有一个地方是错的：真正的定制电脑，你买回来的零件是你的——你的 CPU 就是你的，别人用不了。而虚拟机的"零件"是从你的 Windows 宿主机借来的。分给虚拟机的 4 个 CPU 核心，Windows 还在用它们跑自己的进程。分给虚拟机的 8 GB 内存，在虚拟机没启动的时候是空的，启动后才真正占上。
这意味两件事：
- 不要贪心。把所有 CPU 核心和内存都分给虚拟机，Windows 自己会卡死，虚拟机也跟着慢。留一半给宿主机是安全线。
- 虚拟磁盘不是真磁盘。它只是 Windows 上的一个大文件（
.vmdk），大小可以动态增长。你分配 100 GB 不代表立刻占 100 GB 的物理空间——Ubuntu 用了多少，它才占多少。
理解了"借来的电脑"这个本质，后面每一项配置决策你都能自己判断。
实践层
4.1 下载与安装 VMware Workstation Pro
获取 VMware：
从 Broadcom 的 VMware 产品页面下载最新版本（目前是 17.x）：
https://www.vmware.com/products/workstation-pro.html个人使用免费，需要注册一个 Broadcom 账号获取许可证密钥。商业使用需要购买授权。
安装过程没什么悬念，双击安装包，一路下一步。但有两个地方别手滑：
- 安装路径：默认装在 C 盘，如果你的 C 盘紧张，改到 D 盘。VMware 本体只占 1-2 GB，但虚拟磁盘文件（后面创建）会很大。
- 体验改进计划：取消勾选"加入客户体验提升计划"和"启动时检查更新"。开发环境的原则是——能用就不动，新版本往往意味着新 Bug。
安装完成后，第一次启动会要求输入许可证密钥（个人免费版在 Broadcom 官网获取）。输入后进入 VMware 主界面——一个空荡荡的控制台，等着你往里塞虚拟机。
如果你更倾向使用 VirtualBox，从 https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads 下载 7.x 版本即可。安装过程类似，本章后面的操作步骤以 VMware 为主，VirtualBox 的配置逻辑基本相同，只是界面和菜单位置略有差异。
4.2 创建虚拟机——定制你的"电脑"
在 VMware 主界面，点击"文件" → "新建虚拟机"（或快捷键 Ctrl + N）。
第一个选择："典型"还是"自定义"？
选自定义。
典型的自动模式会替你做 90% 的决定，但我们不是来偷懒的——我们是在为自己的开发环境选配件，每一步都得知道自己在做什么。
硬件兼容性：保持默认（最新版本），直接下一步。
安装客户机操作系统：选**"稍后安装操作系统"**。这会让 VMware 不会自作聪明地去读 ISO 信息，强制你手动指定系统类型——先把"硬件"造好，再往里装"软件"。
选择操作系统类型：客户机操作系统选"Linux"，版本选"Ubuntu 64 位"。这一步是告诉 VMware：这台虚拟机要装什么系统，好让它预配置合适的硬件驱动。
命名和位置：名字随便填（比如 Ubuntu-Dev），重点在位置——虚拟机文件存放路径。建议找一个空间充裕的磁盘分区（至少预留 80-100 GB），比如 D:\VMware\Ubuntu-Dev。
处理器配置：
这里问的是：你的虚拟机能用宿主机的多少个 CPU 核心？
打开 Windows 任务管理器（Ctrl + Shift + Esc）→ "性能" → "CPU"，看看"逻辑处理器"有多少个。
分配策略很简单：留一半给 Windows，另一半给虚拟机。
| 宿主机逻辑核心数 | 建议分配给虚拟机 |
|---|---|
| 4 | 2 |
| 8 | 4 |
| 12 | 6 |
| 16 | 8 |
处理器数量填 1 或 2 都行，关键是"每个处理器的内核数量"乘积等于你要分配的总核心数。比如总共分 4 核：可以填 1 个处理器 × 4 核，也可以填 2 个处理器 × 2 核。
内存分配：
和 CPU 一样，留一半给 Windows。
| 宿主机总内存 | 建议分配给虚拟机 |
|---|---|
| 8 GB | 4 GB（勉强能用） |
| 16 GB | 8 GB（推荐最低） |
| 32 GB | 16 GB（舒适） |
| 64 GB | 16-24 GB（富裕） |
内存低于 4 GB 就别想了——光 Ubuntu 桌面跑起来就要吃 2 GB，再开个浏览器和终端，4 GB 是生存线。
网络类型——嵌入式开发的生死关：
三个选项：桥接、NAT、仅主机。
必须选桥接模式。
桥接模式下，虚拟机就像局域网里的一台独立设备，和你的 Windows 平起平坐，拥有自己的局域网 IP。你的开发板可以直接 ping 通虚拟机，可以直接访问虚拟机上的 TFTP、NFS 服务。NAT 模式下虚拟机藏在 Windows 后面（上一章 WSL2 的默认状态），外面看不见。
后面第 21-24 章我们做网络相关的操作时，你会感激现在选了桥接。
I/O 控制器、磁盘类型：保持默认（LSI Logic / SCSI / NVMe），直接下一步。
磁盘容量：
这是最容易低估的参数。建议 至少 80 GB，推荐 100 GB。
嵌入式开发很吃空间：Linux 内核源码 3-5 GB，编译产物 5-10 GB，交叉编译工具链 2-3 GB，加上 Ubuntu 系统本身和日常工具，很快就能吃掉 40-50 GB。如果你后面还要跑 Buildroot 或 Yocto，100 GB 只是起步价。
下面的选项保持"将虚拟磁盘拆分成多个文件"，不要勾选"立即分配所有磁盘空间"。这样虚拟磁盘会按需增长，实际占用的物理空间远小于分配上限。
确认配置：扫一眼清单——内存 8 GB？网络桥接？磁盘 100 GB？没问题，点击完成。
4.3 安装 Ubuntu 22.04 / 24.04
虚拟机造好了，现在往里面装系统。
获取 ISO 镜像：
去 Ubuntu 官方下载站获取桌面版 ISO：
# Ubuntu 22.04 LTS (Jammy Jellyfish)
https://releases.ubuntu.com/22.04/
# Ubuntu 24.04 LTS (Noble Numbat)
https://releases.ubuntu.com/24.04/选择 desktop-amd64.iso（桌面版，64 位）。文件大小约 4-5 GB，下载需要一些时间。
国内下载速度慢的话，可以用清华镜像站：
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/22.04/
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/24.04/挂载 ISO 到虚拟机：
在 VMware 主界面，选中刚创建的虚拟机，点击"编辑虚拟机设置"。在硬件列表里找到"CD/DVD"这一项，选择"使用 ISO 映像文件"，浏览选中你下载的 ISO。
顺便检查一下 USB 控制器：把 USB 兼容性从默认的 USB 2.0 改成 USB 3.0。后面用 USB 转串口连开发板的时候，这一步没改你会花半天时间排查"为什么虚拟机识别不到设备"。
点击确定。
启动安装程序：
点击"开启此虚拟机"。屏幕会闪一下，然后出现 Ubuntu 的安装引导界面。
- 语言选择：选"中文(简体)"，点击"安装 Ubuntu"。
- 键盘布局：保持默认（English US）。
- 安装类型配置：两个选项——"安装时下载更新"和"安装第三方软件"。全都不勾选。先装一个干净的系统，更新和驱动我们后面手动装，心里有底。
- 磁盘操作：选"清除整个磁盘并安装 Ubuntu"。别紧张，这里清除的是虚拟磁盘（那个
.vmdk文件），不是你 Windows 的硬盘。点"现在安装"，确认写入磁盘。 - 时区：点击地图选 Shanghai 或 Beijing。
- 用户信息：填用户名和密码。这是开发机，密码简单点无所谓（比如
123456），别设一个自己都记不住的。
然后就是等。
安装过程大约 5-10 分钟，取决于磁盘速度。期间屏幕会展示 Ubuntu 的功能介绍——纯观赏用，不影响安装。不要断电，不要强制关机。
重启后的关键一步：
安装完成后，系统提示"安装完成，需要重启"。点击"现在重启"。
这里有一个经典陷阱——重启后，你可能会发现又回到了安装界面。原因是 ISO 镜像还挂在虚拟光驱里，虚拟机优先从光驱启动了。
解决方法：在 VMware 主界面（不是 Ubuntu 里），点击"编辑虚拟机设置" → "CD/DVD" → 取消勾选"启动时连接"。这相当于把光盘从光驱里弹出来。再启动虚拟机，就会从硬盘引导进入已安装好的 Ubuntu。
4.4 验证安装
登录 Ubuntu 桌面后，先做两个验证。
验证网络：
打开 Firefox 浏览器（左侧启动栏里应该有），随便访问一个网站。如果能打开——说明桥接模式生效了，虚拟机已经是局域网里的一台独立设备。
按 Ctrl + Alt + T 打开终端，输入：
# 查看虚拟机的 IP 地址
ip addr show
# 找到类似 192.168.x.x 的地址——这就是虚拟机在局域网中的 IP记住这个 IP，后面要反复用。
验证 USB 直通：
这一步先不用连开发板，确认 VMware 的 USB 服务在运行就行。在 Ubuntu 终端里：
# 检查 USB 设备识别能力
lsusb
# 预期输出（设备列表会因环境不同而异）
# Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
# ...如果这个命令有输出（哪怕只有 root hub），说明 USB 子系统正常。后面插上开发板，VMware 会弹出提示问你要不要把 USB 设备连接到虚拟机——选"连接到虚拟机"就行。
4.5 回到那台"定制电脑"
还记得概念层里的那个类比吗？创建虚拟机就像去电脑城定制组装一台电脑——选 CPU、配内存、挑硬盘。
现在你已经完成了整个"定制"流程。回头看，每一个配置选项其实都不是随便填的：
- CPU 核心数——决定了编译速度。内核编译是 CPU 密集型任务，核心越多越快。
- 内存大小——决定了能同时开多少程序。编译 + 浏览器 + IDE，8 GB 是底线。
- 磁盘容量——决定了能放多少源码和编译产物。100 GB 看着多，用起来刚刚好。
- 网络模式——决定了开发板能不能找到虚拟机。桥接模式是唯一正确答案。
这些配置背后，是 Linux 运行和嵌入式开发的实际资源需求。不是 VMware 在刁难你——是 Linux 本身就需要这些东西。
练习题
走到这里，你应该有一台跑着 Ubuntu 桌面的虚拟机了——但你知道它为什么能跑起来吗？下面几道题帮你验证理解程度。
练习 2.1 ⭐（理解）
在创建虚拟机时，我们将网络模式设置为"桥接"。请解释：如果你选了 NAT 模式，后面做嵌入式开发时（比如通过 NFS 挂载根文件系统），会遇到什么问题？
练习 2.2 ⭐⭐（应用）
你的物理机有 16 GB 内存和 8 个逻辑 CPU 核心。你创建了一台虚拟机，分配了 12 GB 内存和 6 个 CPU 核心——把大部分资源都给了虚拟机。请分析这种配置在实际使用中会导致什么问题。
练习 2.3 ⭐⭐⭐（思考）
安装 Ubuntu 完成后重启时，如果忘记从虚拟光驱中弹出 ISO 镜像，系统会再次进入安装界面而不是进入已安装的 Ubuntu。请从计算机启动过程（Boot Sequence）的角度解释为什么会出现这种现象，并说明这个原理在嵌入式开发板启动（SD 卡 vs eMMC）中是如何对应的。
提示：想想 BIOS/UEFI 的启动设备优先级。开发板的 Boot ROM 在寻找启动介质时，也有类似的优先级顺序。
本章回响
本章真正在做的事情，是通过"组装一台虚拟电脑"的过程，让你理解 Linux 运行的硬件需求。CPU、内存、磁盘、网络——虚拟机的每一个配置选项都不是凭空出现的，它们对应的是操作系统的实际资源需求。
而"定制电脑"这个类比，它的偏差恰恰是最值得记住的部分：虚拟机的所有硬件都是从宿主机借来的。这意味着你的虚拟机和 Windows 之间存在一种微妙的竞争关系——资源分配是零和博弈。给虚拟机多了，Windows 卡；给少了，Ubuntu 卡。找到平衡点，是使用虚拟机的第一课。
还记得开头说的吗——虚拟机的每一个配置选项都在考验你对 Linux 启动过程的理解。现在回看，这不是夸张。处理器配置决定了内核能调度多少并发，内存大小决定了能缓存多少文件，磁盘容量决定了能装多少工具链和源码，网络模式决定了你的开发板能不能找到这台虚拟机。每一个选项背后，都是一个 Linux 运行的必要条件。
但虚拟机装好只是第一步。现在的 Ubuntu 就像刚搬进新房——水电通了，但家具没进、窗帘没装、连灯泡都没换。下一章我们要做一次系统级的初始化：换国内镜像源（让软件下载从"拨号上网"变成"光纤入户"）、配置中文环境、安装基础开发工具。这次初始化做得好不好，直接决定你接下来每一章的体验。