Multipass：輕量級虛擬機管理工具完整指南

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Multipass：輕量級虛擬機管理工具完整指南

在現代軟件開發和系統管理的世界裡，虛擬化技術扮演著不可或缺的角色。從傳統的虛擬機（VM）到現代的容器化技術如 Docker，每種技術都有其獨特的優勢和適用場景。本文將深入探討 Canonical Ltd. 開發的輕量級虛擬機管理工具 — Multipass，包括其運作原理、實際操作、與其他虛擬化技術的比較，以及最佳實踐。

什麼是 Multipass？

Multipass 是由 Ubuntu 母公司 Canonical 開發的開源工具，專門用於在本機快速創建、管理和部署 Ubuntu 虛擬機。它的設計理念是「一個命令，一個虛擬機」，讓開發者能在幾秒鐘內啟動一個全新的 Ubuntu 環境。

Multipass 的核心特性

• 快速部署：使用雲端映像檔（cloud images），幾秒鐘內啟動虛擬機
• 跨平台支援：Windows、macOS、Linux 統一命令介面
• 原生虛擬化：利用系統內建虛擬化技術（Hyper-V、HyperKit、KVM）
• 雲端整合：支援 cloud-init 配置，模擬雲端環境
• 資源管理：可自訂 CPU、記憶體、磁碟空間
• 簡單易用：直觀的命令列介面，學習曲線平緩

Multipass 的運作原理

Multipass 利用底層的原生虛擬化技術來運行完整的 Linux 操作系統環境：

• Linux：使用 KVM (Kernel-based Virtual Machine)
• Windows：使用 Hyper-V
• macOS：使用 HyperKit（基於 Hypervisor.framework）

Multipass 自動化虛擬機的創建、配置和管理過程，並提供簡單的命令行界面來執行創建、啟動、停止和刪除虛擬機等操作。

架構圖

┌─────────────────────────────────────┐
│    Multipass CLI (命令列介面)       │
├─────────────────────────────────────┤
│    Multipass Daemon (背景服務)      │
├─────────────────────────────────────┤
│  Hypervisor (KVM/Hyper-V/HyperKit)  │
├─────────────────────────────────────┤
│      Ubuntu Virtual Machines        │
└─────────────────────────────────────┘

安裝 Multipass

Windows 安裝

# 使用 Chocolatey
choco install multipass

# 或下載安裝程式
# https://multipass.run/download/windows

注意：需啟用 Hyper-V 功能（Windows 10 Pro/Enterprise/Education）

macOS 安裝

# 使用 Homebrew
brew install --cask multipass

# 或下載 .pkg 安裝程式
# https://multipass.run/download/macos

Linux 安裝

# Ubuntu/Debian
sudo snap install multipass

# 驗證安裝
multipass version

基本操作指南

1. 創建虛擬機

# 創建預設虛擬機（1 CPU, 1GB RAM, 5GB disk）
multipass launch --name my-vm

# 創建自訂規格虛擬機
multipass launch --name dev-vm 
  --cpus 2 
  --memory 4G 
  --disk 20G

# 指定 Ubuntu 版本
multipass launch 22.04 --name ubuntu22
multipass launch 20.04 --name ubuntu20

2. 管理虛擬機

# 列出所有虛擬機
multipass list

# 啟動虛擬機
multipass start my-vm

# 停止虛擬機
multipass stop my-vm

# 重啟虛擬機
multipass restart my-vm

# 刪除虛擬機
multipass delete my-vm
multipass purge  # 永久刪除

3. 進入虛擬機

# 透過 shell 進入
multipass shell my-vm

# 執行單一命令
multipass exec my-vm -- ls -la

# 執行多行命令
multipass exec my-vm -- bash << 'EOF'
sudo apt update
sudo apt install -y nginx
sudo systemctl status nginx
EOF

4. 檔案傳輸

# 從本機複製到虛擬機
multipass transfer ./local-file.txt my-vm:/home/ubuntu/

# 從虛擬機複製到本機
multipass transfer my-vm:/home/ubuntu/remote-file.txt ./

# 掛載本機目錄到虛擬機
multipass mount ~/projects my-vm:/home/ubuntu/projects

# 卸載
multipass umount my-vm:/home/ubuntu/projects

5. 查看資訊

# 查看虛擬機詳細資訊
multipass info my-vm

# 查看所有虛擬機狀態
multipass list

# 查看可用映像
multipass find

Multipass vs 傳統虛擬機 vs Docker 深度比較

特性	Multipass	傳統虛擬機 (VirtualBox/VMware)	Docker
虛擬化技術	原生虛擬化 (KVM, Hyper-V, HyperKit)	硬體虛擬化，模擬整個硬體系統	容器技術，共享宿主機 OS kernel
啟動速度	快（5-10 秒）	慢（30-60 秒）	非常快（1-2 秒）
資源隔離	高（硬體級別隔離）	高（硬體級別隔離）	中（進程級別隔離）
資源消耗	中（運行完整 OS，但優化過）	高（運行完整 OS + 模擬硬體）	低（共享宿主機資源）
安全性	高（完整 kernel 隔離）	高（完整 kernel 隔離）	中（shared kernel 潛在風險）
使用便捷性	非常高（一行命令啟動）	中（需手動配置）	高（Dockerfile 自動化）
支援 OS	Ubuntu only	任何 OS	Linux-based images
網路配置	自動配置 NAT	需手動配置	內建 bridge/host 網路
儲存持久化	內建（虛擬磁碟）	內建（虛擬磁碟）	需 volumes 掛載
適用場景	快速 Ubuntu 測試環境、CI/CD、本地開發	需要完整 OS 環境、跨平台測試	微服務部署、應用容器化

實際應用場景

場景 1：快速測試環境

# 建立測試環境
multipass launch --name test-env

# 安裝測試工具
multipass exec test-env -- bash << 'EOF'
sudo apt update
sudo apt install -y python3-pip nodejs npm
pip3 install pytest
EOF

# 執行測試
multipass exec test-env -- pytest /path/to/tests

# 測試完畢後刪除
multipass delete test-env
multipass purge

場景 2：多版本 Ubuntu 測試

# 同時運行多個 Ubuntu 版本
multipass launch 20.04 --name u20
multipass launch 22.04 --name u22
multipass launch 24.04 --name u24

# 在所有版本上執行相同腳本
for vm in u20 u22 u24; do
  multipass exec $vm -- bash -c "lsb_release -a"
done

場景 3：本地 Kubernetes 開發

# 建立 K8s 節點
multipass launch --name k8s-master --cpus 2 --memory 4G
multipass launch --name k8s-worker1 --cpus 2 --memory 4G
multipass launch --name k8s-worker2 --cpus 2 --memory 4G

# 安裝 kubeadm
multipass exec k8s-master -- bash << 'EOF'
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
sudo apt-add-repository "deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main"
sudo apt update
sudo apt install -y kubeadm kubectl kubelet
EOF

進階技巧

使用 cloud-init 自動配置

# cloud-config.yaml
#cloud-config
users:
  - name: developer
    sudo: ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL
    ssh_authorized_keys:
      - ssh-rsa AAAAB3N...

packages:
  - git
  - docker.io
  - nodejs

runcmd:
  - systemctl enable docker
  - systemctl start docker
  - usermod -aG docker developer

# 使用 cloud-init 啟動
multipass launch --name dev-vm --cloud-init cloud-config.yaml

快照與備份

# 建立快照（需停止 VM）
multipass stop my-vm
multipass snapshot my-vm --name snapshot1

# 列出快照
multipass snapshot list my-vm

# 還原快照
multipass restore my-vm --snapshot snapshot1

# 刪除快照
multipass snapshot delete my-vm --snapshot snapshot1

最佳實踐

1. 資源管理

• 根據實際需求配置 CPU 和記憶體（避免過度分配）
• 定期清理不用的虛擬機（multipass delete + purge）
• 使用 multipass stop 而非 delete 保留環境

2. 網路配置

• 使用 multipass info 查看 VM IP 地址
• 預設 NAT 網路已足夠大多數開發需求
• 需要固定 IP 可使用 cloud-init 配置

3. 安全考量

• 定期更新虛擬機內的軟體（sudo apt update && upgrade）
• 不要在虛擬機中存放敏感資料
• 使用 SSH key 而非密碼登入

4. 開發工作流

• 使用 multipass mount 掛載專案目錄（避免重複傳輸）
• 建立標準化 cloud-init 檔案給不同專案
• 整合到 CI/CD pipeline 進行自動化測試

常見問題解決

問題 1：無法啟動虛擬機

# 檢查 Multipass 服務狀態
multipass version

# 重啟 Multipass daemon (Linux)
sudo snap restart multipass

# Windows: 重啟 Multipass 服務
Get-Service Multipass | Restart-Service

# macOS: 重新啟動 Multipass
sudo launchctl unload /Library/LaunchDaemons/com.canonical.multipassd.plist
sudo launchctl load /Library/LaunchDaemons/com.canonical.multipassd.plist

問題 2：網路連線問題

# 檢查虛擬機 IP
multipass info my-vm

# 測試連線
ping 

# 檢查虛擬機內部網路
multipass exec my-vm -- ip addr
multipass exec my-vm -- ping 8.8.8.8

問題 3：磁碟空間不足

# 檢查磁碟使用
multipass exec my-vm -- df -h

# 清理 apt 快取
multipass exec my-vm -- sudo apt clean

# 刪除不用的套件
multipass exec my-vm -- sudo apt autoremove

結論

Multipass 作為一款輕量級的虛擬機管理工具，以其快速部署和管理 Ubuntu 虛擬機的能力脫穎而出。它在使用便捷性和資源消耗之間取得了平衡，非常適合需要完整操作系統環境的開發和測試場景。

何時選擇 Multipass：

• ✅ 需要快速建立 Ubuntu 測試環境
• ✅ 本地開發需要完整的 Linux 環境
• ✅ CI/CD pipeline 需要乾淨的測試環境
• ✅ 多版本 Ubuntu 相容性測試
• ✅ 學習 Linux 系統管理

何時選擇傳統虛擬機：

• ✅ 需要運行非 Ubuntu 系統
• ✅ 需要圖形介面 (GUI)
• ✅ 複雜的網路配置需求

何時選擇 Docker：

• ✅ 微服務架構應用
• ✅ 應用容器化部署
• ✅ 極致的資源效率需求

選擇哪種虛擬化技術，應基於具體的使用案例、資源限制和安全需求來決定。Multipass 提供了介於傳統虛擬機和容器之間的完美平衡點，是現代開發者工具箱中不可或缺的一員。

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