工作原理：虚拟机如何捕获USB设备
要理解如何在 wm 虚拟机中使用 USB 设备，首先需要明白其背后的工作机制，虚拟机并非直接与物理硬件通信，而是通过一个名为 Hypervisor（虚拟机监控程序）的软件层来管理和分配硬件资源。
当您将一个 USB 设备（如 U 盘、加密狗、打印机或移动硬盘）插入宿主计算机时，宿主操作系统（Windows 11 或 macOS）会首先识别并尝试加载该设备的驱动程序，从而获得对它的控制权，该设备对于宿主机是“在线”的,但对于正在运行的任何虚拟机都是不可见的。
要让 wm 虚拟机能够使用这个 USB 设备，必须执行一个关键操作：设备重定向或设备捕获，这个过程本质上是 Hypervisor 拦截宿主操作系统对 USB 设备的请求，并将该设备的控制权从宿主机“移交”给指定的客户机操作系统（即您的 wm 虚拟机）。
一旦控制权被成功转移，宿主操作系统将无法再访问该设备，它会像设备被物理拔除一样，而在 wm 虚拟机内部，操作系统会检测到一个新的 USB 设备被插入，并自动或提示您安装相应的驱动程序，您就可以像在物理机上一样，完全操控这个 USB 设备了，这个过程的核心原则是：在任何一个特定时刻，一个 USB 设备只能被一个操作系统（宿主机或某一个客户机）所独占控制。
主流虚拟机平台连接USB设备的方法
不同的虚拟机软件在实现 USB 设备连接时，其用户界面和具体步骤略有差异，以下将介绍三大主流平台：VMware Workstation/Player、Oracle VirtualBox 和 Windows 自带的 Hyper-V。
VMware Workstation / Player
VMware 提供了非常直观和稳定的 USB 设备管理功能。
- 启动虚拟机：确保您的 Windows 虚拟机正在运行。
- 连接物理设备：将 USB 设备插入到宿主计算机的 USB 端口。
- 使用菜单栏捕获：在 VMware 窗口的菜单栏中，点击“虚拟机” -> “可移动设备”，您会看到一个列表，其中包含了所有当前连接到宿主机的 USB 设备。
- 选择并连接：找到您想要使用的 USB 设备，将鼠标悬停在其上，然后选择“连接（断开与宿主机的连接）”选项。
- 确认连接：设备名称旁边会出现一个绿色的勾选标记，表示它已成功连接到 wm 虚拟机，您可以在虚拟机的“设备管理器”中看到该设备。
Oracle VirtualBox
VirtualBox 同样提供了强大的 USB 支持,但有一个重要的前提条件。
- 安装扩展包：在连接 USB 2.0 和 USB 3.0 设备之前，您必须先下载并安装与您的 VirtualBox 版本完全匹配的“VirtualBox Extension Pack”（扩展包），否则，您将只能看到 USB 1.1 的控制器选项。
- 启用 USB 控制器：在虚拟机的设置中，进入“USB”选项，确保已启用“USB 控制器”，并选择合适的控制器类型（如 USB 3.0 (xHCI) 控制器以获得更好的性能）。
- 连接物理设备：将 USB 设备插入宿主机。
- 使用菜单栏捕获：在 VirtualBox 窗口的菜单栏中，点击“设备” -> “USB”,您会看到一个可用设备的列表。
- 选择并连接：点击您想要连接的设备名称，它就会被立即重定向到虚拟机,已连接的设备名称前会有一个勾选标记。
- 创建设备筛选器（可选）：对于需要频繁使用的设备，您可以在 USB 设置中创建“设备筛选器”，这样，每当该设备被插入宿主机时，VirtualBox 会自动将其连接到指定的虚拟机,无需手动操作。
Windows Hyper-V
Hyper-V 的 USB 重定向机制与 VMware 和 VirtualBox 的直接硬件传递模式不同，它依赖于“增强会话模式”。
- 启用增强会话模式：在 Hyper-V 主机上，打开“Hyper-V 管理器”，选择“Hyper-V 设置” -> “增强会话模式策略”，并确保其已启用，在虚拟机的设置中，“集成服务”下的“客户机服务交互”也需要被勾选。
- 连接虚拟机：使用“VMConnect.exe”或 Hyper-V 管理器连接到您的 wm 虚拟机，在连接时，会弹出一个对话框,用于配置显示分辨率和本地资源。
- 重定向本地资源：在这个对话框中，您会看到类似“本地设备和资源”的选项，展开后可以找到“其他支持的即插即用 (PnP) 设备”,勾选此项。
- 完成连接：登录到虚拟机后，当您在宿主机上插入 USB 设备，Hyper-V 会尝试通过增强会话将其重定向到虚拟机中，需要注意的是，并非所有类型的 USB 设备（如一些特殊的加密狗或生物识别设备）都能通过这种方式完美支持。
为了更清晰地对比,下表总结了三者的主要区别：
| 特性平台 | 连接方式 | 关键前提 | 高级功能 | 兼容性 |
|---|---|---|---|---|
| VMware Workstation | 菜单栏手动捕获 | 安装 VMware Tools | 稳定可靠，支持广泛 | 极高 |
| Oracle VirtualBox | 菜单栏手动捕获 | 安装 Extension Pack | USB 设备筛选器（自动连接） | 很高 |
| Windows Hyper-V | 增强会话模式重定向 | 启用增强会话模式 | 与远程桌面类似，重定向资源 | 中等，部分设备不支持 |
常见问题与解决方案
在 wm 虚拟机中使用 USB 设备时，用户可能会遇到一些挑战,以下是几个常见问题及其解决方法。
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虚拟机无法识别或列出 USB 设备。
- 解决方案：
- 检查虚拟机设置：确认虚拟机的 USB 控制器已启用。
- 安装虚拟机工具：这是最常见的原因，务必在客户机操作系统内安装 VMware Tools 或 VirtualBox Guest Additions，它们包含了必要的驱动程序,以实现硬件与虚拟机之间的顺畅通信。
- 权限问题：尝试以管理员身份运行虚拟机软件。
- VirtualBox 扩展包：如果您使用的是 VirtualBox,请再次确认扩展包已正确安装且版本匹配。
- 解决方案：
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USB 设备连接后立即断开或在宿主机和虚拟机之间来回跳转。
- 解决方案：这通常是驱动程序冲突导致的，宿主操作系统可能在检测到设备后，其驱动程序会尝试抢占控制权，可以尝试在宿主机的“设备管理器”中，找到该设备，右键点击并选择“禁用”,然后再在虚拟机中尝试连接。
-
USB 设备传输速度非常慢。
- 解决方案：
- 检查 USB 控制器版本：在虚拟机设置中，确保您选择了 USB 3.0 (xHCI) 控制器，而不是较旧的 USB 2.0 (EHCI)。
- 物理端口检查：确保设备已插入到宿主机上的 USB 3.0 或更高版本的物理端口（通常为蓝色接口）。
- 主机资源占用：检查宿主机的 CPU 和磁盘 I/O 负载,过高的负载也可能影响虚拟机性能。
- 解决方案：
最佳实践与技巧
为了获得更流畅、更安全的 wm 虚拟机 USB 使用体验,请遵循以下建议：
- 始终安装最新版的虚拟机工具：这是保证所有硬件功能（包括 USB、显卡、网络）正常工作的基石。
- 安全弹出设备：在完成数据传输后，务必先在客户机操作系统内执行“安全弹出硬件”操作，待客户机释放设备后，控制权会自动归还给宿主机,这可以有效防止数据损坏。
- 利用设备筛选器：对于 VirtualBox 用户，为常用设备设置筛选器可以极大地提升工作效率，实现“即插即用”。
- 理解独占性：时刻记住 USB 设备的独占访问原则，如果设备在虚拟机中无法使用,首先检查它是否正被宿主机或其他程序占用。
掌握在 wm 虚拟机中管理 USB 设备的技能，是充分发挥虚拟化技术潜力的关键一步，它打破了虚拟环境与物理硬件之间的壁垒，使得我们可以在隔离、安全的沙箱环境中，无缝地处理真实世界的数据和任务，无论是开发人员需要将代码部署到物理设备，还是测试人员需要验证不同硬件的兼容性，亦或是普通用户需要在虚拟系统中访问 U 盘，理解其工作原理、熟悉不同平台的操作方法并具备排查问题的能力，都将使您的工作流更加高效、可靠，通过遵循本文提供的指南，您将能够自信地在您的 wm 虚拟机中驾驭任何 USB 设备。
