扩展虚拟化 App 的功能

将 macOS 27 强大的新功能融入你的虚拟化 App。了解如何通过在首次启动时设置用户账户来自动配置 macOS 客户机。我们将一起探索一些高级工作流程，看看如何实现 USB 配件直通虚拟机，以及自定网络拓扑和端口转发。你还将了解能够丰富 App 虚拟机体验的最新改进。

章节

资源

相关视频

WWDC26

探索容器机

你好！

我是Ronnie Misra 来自Virtualization团队在本讲座中我将探讨如何为你的Virtualization App 添加高级功能你可以使用Virtualization框架创建提供完整桌面体验的App 或实现复杂的开发者工作流例如测试协作式Mac App 及设备间的网络连接你还可以构建命令行工具和自动化脚本在受控环境中实现一致的测试流程今天我将带你了解一些新的和现有的API 让你的Virtualization App 更加强大我将介绍：自动化虚拟Mac的设置流程以及将USB设备连接到虚拟机通过Accessory Access框架我将探讨如何配置高级网络拓扑以及如何创建高性能高效的磁盘镜像通过DiskImageKit框架最后我将介绍如何创建自定义使用Virtio构建高性能虚拟设备

首先我将向你展示 Virtualization如何让你自动化macOS访客预配置将macOS安装到虚拟Mac之后你可以按照与实体Mac 完全相同的方式进行配置使用你已熟悉的设置助理这提供了便捷的方式来创建用户账户并配置常用设置但对于自动化使用场景以编程方式设置虚拟Mac 会更加方便 Virtualization框架现在允许你的App指定预配置选项在虚拟Mac启动时你提供全名、用户名和密码还可以选择启用自动登录或SSH远程登录当访客首次启动时这些参数会自动传递给设置助理系统将使用指定的凭据创建用户并根据请求启用自动登录和远程登录要使用macOS访客预配置API 首先创建 VZMacGuestProvisioningOptions对象并配置所需的设置这里我创建了provisioningOptions 用于创建用户账户启用自动登录以及启用SSH 然后构建 VZMacOSVirtualMachineStartOptions对象并设置其访客预配置属性为刚才构建的provisioningOptions 最后使用这些startOptions 启动你的虚拟Mac 当访客启动时这些预配置选项将用于自动化虚拟Mac的配置现在我来演示实际效果我修改了macOS虚拟机示例App 以使用macOS访客预配置API 我已将macOS安装到新的虚拟Mac上但尚未启动它我将双击App以首次启动该虚拟Mac

App提示我输入预配置选项由于之前运行过这个App 它记住了我偏好的预配置选项为Jane Appleseed创建用户并启用自动登录和远程登录我现在点击"好" 接受这些设置

我的App已使用这些预配置选项启动了虚拟Mac Virtualization框架将把这些选项传递给访客这样我就无需手动浏览设置助理了设置助理自动创建了一个新用户设置助理已成功创建了新账户由于我的预配置选项指示应启用自动登录访客已登录到该账户我现在将在虚拟Mac中打开一个Finder窗口

侧边栏显示用户名jappleseed 与我提供的用户名一致现在我将打开系统设置并浏览到远程登录共享设置

系统设置确认远程登录已启用我的虚拟Mac现在已准备就绪！我只需启动它即可请注意这些设置仅在访客尚未完成设置时才有效如果访客中已经创建了用户后续启动时传入的预配置选项将被忽略使用这些API时请认真考虑密码的处理方式并考虑对App的安全影响例如不要在代码中硬编码密码

而是从钥匙串中读取或从配置文件或环境变量中获取接下来我将介绍如何附加USB配件通过Accessory Access

某些虚拟机使用场景需要能够将连接到主机的USB配件的访问权限授予访客例如有人可能希望使用USB驱动器在虚拟机内部与此同时用户应保持对其设备的控制权 Accessory Access是一个新框架旨在支持将USB设备提供给 macOS和Linux虚拟机使用 Accessory Access的核心原则是用户应拥有明确的控制权哪些设备被附加到哪些App 用户可以了解哪些App 正在使用其设备并可以随时附加或分离设备 Accessory Access支持设备热插拔当有人授予App访问设备的权限时设备可以在运行时附加到虚拟机而无需更改虚拟机的静态配置在深入了解细节之前先来看Accessory Access的实际效果我正在运行此前展示的 macOS虚拟机示例App 我现在将把USB驱动器连接到我的Mac

我的驱动器图标已出现在桌面上另外由于虚拟机App正在运行并且已声明对存储设备感兴趣菜单栏中现在出现了一个配件图标我现在将在配件菜单中选择我的磁盘并将其附加到我的App

由于我将此驱动器附加到了虚拟Mac 我的主机已卸载该驱动器而访客已挂载它现在我将从虚拟Mac内部安全弹出该驱动器

然后我将使用配件菜单将驱动器释放回我的主机

现在我已将驱动器释放回主机主机已重新挂载该驱动器这演示了Accessory Access如何让你轻松使用USB配件在虚拟机中要使用Accessory Access 你的App要向其注册一个监听器并附带描述感兴趣设备类型的匹配条件你可以按设备类别和子类别过滤供应商ID和产品ID 或其他条件当匹配的设备连接到Mac时 Accessory Access菜单附加项将出现用户可以在此决定是否将设备附加到你的App 如果设备被附加到你的App 你App的监听器对象将收到新附加设备的通知要使用Accessory Access 首先创建 AAUSBAccessoryMatchingCriteria对象数组描述你感兴趣的设备类型你可以使用空数组来表示对所有USB设备感兴趣然后使用AAUSBAccessoryManager 注册一个监听器此监听器应实现 AAUSBAccessoryListener协议 registerListener将返回之前已附加的配件到你App的任何配件当有人将设备附加到你的App时你的监听器的usbAccessoryDidConnect 函数将被调用在此函数中你可以将设备附加到你的虚拟机 VZVirtualMachine要求在其专用队列上进行修改在该队列上你可以使用 VZUSBPassthroughDeviceConfiguration类创建VZUSBPassthroughDevice 然后将此设备附加到虚拟机的某个USB控制器

为了让你的App 使用Accessory Access 请在Xcode目标的功能中添加"声明USB配件"功能请记住用户可以随时选择将设备附加或分离到你的App 你的App应能优雅地处理这些事件请参阅Accessory Access文档了解支持的设备类型详情

在macOS 26及更高版本中你的App可以使用vmnet框架来配置虚拟网络接口 Virtualization框架可以轻松配置隔离的虚拟机使用基本的NAT或桥接网络但对于更高级的使用场景你可能需要更多控制虚拟机之间或与外部网络的交互方式例如你可能想测试与服务器虚拟机的连接来自同一网络或不同网络上的客户端 vmnet框架允许你创建自定义网络拓扑以支持这些高级使用场景使用vmnet框架你可以为你的macOS和Linux VM 创建自定义网络拓扑 vmnet允许你控制你的VM如何相互通信 vmnet还允许你配置这些自定义网络的各种参数例如你可以配置网络的DHCP设置或添加规则来转发 TCP或UDP主机端口到特定的虚拟机要将vmnet与 Virtualization框架配合使用首先创建 vmnet网络配置对象使用该配置构建vmnet网络对象然后可以使用该网络对象构建网络设备附件此网络设备附件随后附加到网络设备配置而网络设备配置依次添加到虚拟机配置最后使用该虚拟机配置构建虚拟机如果你希望第二个虚拟机使用同一vmnet网络按照相同步骤配置第二个虚拟机确保使用同一个vmnet网络对象现在我用代码来展示这些步骤首先创建vmnet配置对象使用vmnet_network_configuration_create vmnet提供了几个函数来自定义该网络：例如你可以配置网络的DHCP设置启用端口转发等一旦你有了网络配置对象你可以使用vmnet_network_create 构建vmnet网络对象然后构建 VZVmnetNetworkDeviceAttachment 让Virtualization使用你刚创建的vmnet网络

接下来在VZVirtioNetworkDeviceConfiguration 对象上设置附件此networkDeviceConfiguration 被添加到networkDevices数组中在你的VZVirtualMachineConfiguration对象上最后此配置将用于构建你的VZVirtualMachine vmnet网络对象是一个引用计数的Objective-C对象当最后一个引用被释放时该网络将消失这也意味着vmnet网络在App退出时不会持久化如果你希望创建一致的网络配置你的App必须自行持久化vmnet设置 vmnet提供了 vmnet_network_copy_serialization 和vmnet_network_create_with_serialization API 用于通过XPC连接将vmnet网络从一个进程传输到另一个进程这在你希望在单独进程中运行多个VM时很有用但将它们连接到同一网络

接下来我将向你展示如何使用DiskImageKit高效处理磁盘镜像 Virtualization框架支持使用标准原始磁盘镜像文件作为虚拟机磁盘的后端这种简单格式将磁盘块与文件块一一对应这种简单性意味着该格式被现有软件广泛支持然而这种简单性是有代价的原始磁盘镜像本身无法表示稀疏性例如 100 GB的磁盘由100 GB的文件表示这也使快照的开销很大对VM磁盘进行快照需要复制整个磁盘

DiskImageKit是macOS 27中的新框架旨在使磁盘镜像管理更加高效它支持在macOS 26中引入的 Apple Sparse Image Format（ASIF） DiskImageKit允许你构建镜像堆栈允许写入进入覆盖层同时保持基础层不变 DiskImageKit还支持原始磁盘镜像在构建堆叠镜像时 DiskImageKit支持几种不同类型的层堆叠镜像的最底层称为基础层此层可以是 DiskImageKit支持的任何格式上层始终是ASIF镜像这些层可以是缓存层或覆盖层缓存层可用于提升性能当底层存储在慢速存储设备上时例如远程网络文件系统处理读取请求时如果缓存层无法满足该读取 DiskImageKit将从下层满足该读取但会在缓存层存储一份数据副本后续对同一数据的读取将从缓存中读取

覆盖层可用于实现快照的写时复制语义向堆叠镜像写入时如果DiskImageKit在遍历堆栈时发现可写覆盖层它会将写入数据存储在该层

DiskImageKit允许只读层被多个并发堆栈共享这允许高效复用共享内容在多个虚拟机之间同时保持各自的独立写入分离

ASIF镜像是稀疏的这意味着ASIF镜像在逻辑上可能代表更多块多于实际存储在镜像中的块从ASIF文件读取时未存储在镜像中的块被视为全零填充

我将介绍DiskImageKit如何处理读取和写入请求以一个示例堆栈为例在这个示例中基础层包含块0、1和4的内容缓存层不包含任何块的内容覆盖层包含块4的更新内容以及块5的内容注意一个层可以有不同的逻辑大小与其上层或下层不同要满足对块0的读取 DiskImageKit将遍历堆叠镜像的各层直到找到包含该块内容的层此读取将由基础层满足由于存在缓存层 DiskImageKit将缓存此块的内容然后将内容返回给调用方后续对同一块的读取将由缓存层满足

写入块2时 DiskImageKit将发现最顶层是覆盖层并将内容存储在那里

要将DiskImageKit镜像与Virtualization配合使用首先创建DiskImage对象

如果你想使用堆叠镜像创建多个DiskImage对象然后按顺序追加它们然后可以构建 VZDiskImageStorageDeviceAttachment 从你的stackedImage 然后可以将其附加到storageDeviceConfiguration 例如VZVirtioBlockDeviceConfiguration 将此storageDeviceConfiguration添加到你的虚拟机配置的 storageDevices中最后使用此配置创建你的VZVirtualMachine

使用堆叠镜像时值得注意的是浅层堆栈性能更好存在性能开销随着磁盘镜像堆栈深度的增加请记住虚拟机不仅仅包含磁盘镜像例如虚拟Mac有辅助存储文件使用EFI引导加载程序的VM 有EFI变量存储文件如果你想克隆VM 并使用共享基础层请记住必须复制那些其他文件

最后我将展示自定义Virtio API 如何让你构建自定义通信通道在你的App 与Linux虚拟机之间

虽然Virtualization框架已经支持多种标准设备类别但某些使用场景可能需要更专业的功能也许你想实现自定义协议用于主机与访客之间性能敏感的通信也许你想实现协处理器例如Virtio加密设备你可能想提供高效的访客访问机器学习加速器这就是自定义Virtio设备API 的用武之地 Virtio是一种半虚拟化设备的行业标准它是用于实现许多内置Virtualization设备的协议在macOS 27中 Virtualization框架允许你实现自己的Virtio设备从而实现你的主机App与 Linux虚拟机之间的自定义通信这对性能敏感的场景尤其有用在这些场景中你需要低延迟、高吞吐量的通信

Virtio协议使用内存缓冲区在访客和主机之间共享这些缓冲区被组织成Virtio队列 Virtio旨在最小化访客与主机之间的上下文切换次数访客中的设备驱动程序通知运行在主机上的设备数据已入队类似地主机可以使用中断通知访客驱动程序已入队的数据

在macOS 27中 VZCustomVirtioDevice类可用于实现你的自定义设备你的App在设备上设置委托当访客在其队列上入队数据时此委托将收到通知你也可以通过在设备上触发中断来发起访客中的活动要使用自定义Virtio设备API 首先创建 VZCustomVirtioDeviceConfiguration对象使用你的设备的Virtio 设备身份来配置此对象其PCI类别和子类别以及你的设备使用的 Virtio队列数量

你还需要在配置上设置提供者 VZCustomVirtioDeviceDelegateProvider 用于配置委托该委托实现 VZCustomVirtioDeviceConfigurationDelegate协议然后将此deviceConfiguration 添加到你的virtualMachineConfiguration的 customVirtioDevices数组中并使用该配置创建VZVirtualMachine

当虚拟机启动时将创建一个VZCustomVirtioDevice对象并调用你的配置委托的 didCreateDevice函数在此函数中你应该设置设备的委托此委托应实现 VZCustomVirtioDeviceDelegate协议你也可以保留设备本身的引用以便你的设备可以触发访客中断

VZCustomVirtioDeviceDelegate协议中有几个函数可用于监控设备的生命周期并与设备进行交互 didReceiveNotificationFor函数是你实现逻辑的地方用于从设备队列出队元素处理这些元素然后将它们返回队列

请记住自定义设备需要自定义驱动程序才能让访客使用你的设备 Virtio队列旨在提供高效的通信在访客和主机之间在设计访客驱动程序时请务必遵循最佳实践以充分利用Virtio队列在结束之前我想简要介绍 Virtualization的其他改进可以让你的App更加出色

iCloud支持对桌面体验尤为有价值允许用户在VM中访问其iCloud数据和服务 EFI Secure Boot以现代安全功能强化Linux VM macOS访客可以利用Metal功能例如参数缓冲区和间接命令缓冲区

你现在已准备好为你的 Virtualization App 添加更多功能自动化macOS用户账户的设置通过配置预配置选项使用Accessory Access框架将USB设备附加到VM 通过构建自己的网络拓扑为你的VM自定义网络并配置端口转发使用DiskImageKit框架创建高效的稀疏磁盘镜像对于Linux访客中自定义高性能设备的需求考虑使用Virtio创建自定义设备

感谢观看！祝WWDC愉快

1:57 - Provision a macOS guest

import Virtualization

let provisioningOptions = VZMacGuestProvisioningOptions()
provisioningOptions.fullName = fullName
provisioningOptions.username = username
provisioningOptions.password = password
provisioningOptions.logsInAutomatically = true
provisioningOptions.enablesRemoteLogin = true

let startOptions = VZMacOSVirtualMachineStartOptions()
try startOptions.setGuestProvisioning(provisioningOptions)

try await virtualMachine.start(options: startOptions)

7:12 - Register an Accessory Access listener

import AccessoryAccess

let criteria: [AAUSBAccessoryMatchingCriteria] = []
let accessories = try await AAUSBAccessoryManager.shared.registerListener(self, matchingCriteria: criteria)

for accessory in accessories {
    // Handle previously attached accessories.
}

7:39 - Respond to USB accessory connection

import AccessoryAccess
import Virtualization

class AccessoryListener: NSObject, AAUSBAccessoryListener {
    func usbAccessoryDidConnect(_ usbAccessory: AAUSBAccessory) {
        virtualMachine.queue.async {
            do {
                let configuration = VZUSBPassthroughDeviceConfiguration(device: usbAccessory)
                let device = try VZUSBPassthroughDevice(configuration: configuration)
                self.virtualMachine.usbControllers.first?.attach(device: device) { error in
                    // Handle error if necessary...
                }
            } catch {
                // Handle error...
            }
        }
    }
}

10:04 - Create a custom vmnet network

import Virtualization
import vmnet

var status: vmnet_return_t = .VMNET_FAILURE
guard let networkConfiguration =
    vmnet_network_configuration_create(.VMNET_SHARED_MODE, &status) else { ... }

guard let network =
    vmnet_network_create(networkConfiguration, &status) else { ... }

let attachment = VZVmnetNetworkDeviceAttachment(network: network)

let networkDeviceConfiguration = VZVirtioNetworkDeviceConfiguration()
networkDeviceConfiguration.attachment = attachment

virtualMachineConfiguration.networkDevices = [networkDeviceConfiguration]

let virtualMachine = VZVirtualMachine(configuration: virtualMachineConfiguration)

14:54 - Use DiskImageKit with Virtualization

import DiskImageKit
import Virtualization

let baseImage = try DiskImage(opening: .open(url: baseLayerURL, mode: .readOnly))
let cacheImage = try baseImage.appending(.asifLayer(url: cacheLayerURL, type: .cache))
let overlayImage = try DiskImage(opening: .open(url: overlayLayerURL))
let stackedImage = try cacheImage.appending(overlayImage)

let storageDeviceAttachment = try VZDiskImageStorageDeviceAttachment(diskImage: stackedImage)

let storageDeviceConfiguration =
    VZVirtioBlockDeviceConfiguration(attachment: storageDeviceAttachment)

virtualMachineConfiguration.storageDevices = [storageDeviceConfiguration]

let virtualMachine = VZVirtualMachine(configuration: virtualMachineConfiguration)

17:41 - Configure a custom Virtio device

import Virtualization

let deviceConfiguration = VZCustomVirtioDeviceConfiguration()

// Virtio entropy device.
deviceConfiguration.deviceID = 4
// PCI class for crypto devices.
deviceConfiguration.pciClassID = 0x10
// PCI subclass for network and computing encryption controllers.
deviceConfiguration.pciSubclassID = 0x00
// An entropy device uses a single Virtio queue.
deviceConfiguration.virtioQueueCount = 1

deviceConfiguration.provider =
    VZCustomVirtioDeviceDelegateProvider(deviceQueue: deviceQueue, delegate: provider)

virtualMachineConfiguration.customVirtioDevices = [deviceConfiguration]

let virtualMachine = VZVirtualMachine(configuration: virtualMachineConfiguration)

18:20 - Attach a delegate to a VZCustomVirtioDevice

import Virtualization

class DeviceConfigurationDelegate: NSObject, VZCustomVirtioDeviceConfigurationDelegate {
    func customVirtioConfiguration(_ deviceConfiguration: VZCustomVirtioDeviceConfiguration,
                                   didCreateDevice device: VZCustomVirtioDevice) {
        device.delegate = deviceDelegate
        self.device = device
    }
}

18:42 - Process Virtio queue elements

import Virtualization

class DeviceDelegate: NSObject, VZCustomVirtioDeviceDelegate {
    func customVirtioDevice(_ device: VZCustomVirtioDevice,
                            didReceiveNotificationFor queue: VZVirtioQueue) {
        while let element = queue.nextElement() {
            // Process element...
            element.returnToQueue()
        }
    }
}

0:01 - Introduction
The advanced Virtualization capabilities ahead — automating Virtual Mac setup, attaching USB devices with the Accessory Access framework, configuring advanced networking, creating disk images with DiskImageKit, and building custom Virtio devices.
1:04 - macOS guest provisioning
Automate the provisioning of user accounts in Setup Assistant for virtual Macs. Use the VZMacGuestProvisioningOptions API to set credentials and enable features like auto-login and SSH on first boot.
4:34 - Accessory Access
Pass through USB accessories directly into virtual machines using the Accessory Access framework. This approach gives people explicit control over which physical devices, such as external drives, are passed through to the virtual machine.
8:26 - Advanced network topologies
Configure complex network topologies by integrating the vmnet framework with Virtualization. You can create custom network architectures that define exactly how multiple virtual machines interact with each other and the host.
11:35 - DiskImageKit
DiskImageKit is a new framework in macOS 27 designed for managing high-performance, space-efficient disk images. You can use layered disk images, including base layers, cache layers, and overlay layers, to share data efficiently across multiple virtual machines.
15:57 - Custom Virtio
Define and implement custom paravirtualized devices using the industry-standard Virtio protocol. By using the VZCustomVirtioDevice API, you can enable specialized, high-performance communication between the host and custom drivers running in the virtual machine.

探索“入门汇总”

及时了解最新动态

探索“平台”

精选

探索“技术”

精选

探索“社区”

精选

探索“文档”

发布说明

探索“下载”

精选

探索“支持”

精选

快速链接

扩展虚拟化 App 的功能

章节

资源

相关视频

WWDC26