Hệ điều hành máy chủ là phần mềm được cài đặt trên máy tính tương tác với phần cứng bên dưới và thường được sử dụng để mô tả hệ điều hành được sử dụng trong máy chủ ảo hóa để phân biệt với hệ điều hành khách.
Hệ điều hành chủ được sử dụng phổ biến nhất để mô tả hệ điều hành tương tác với phần cứng và chạy siêu giám sát Loại 2. Siêu giám sát kiểu 2, còn được gọi là siêu giám sát được lưu trữ, chạy trên hệ điều hành chủ hơn là tương tác trực tiếp với phần cứng. Sau đó, hypervisor Loại 2 này có thể tạo nhiều máy ảo (VM) mà mỗi máy sẽ chạy một hệ điều hành khách. Trong trường hợp này, hệ điều hành khách không cần phải giống với hệ điều hành chủ.
Hãy xem xét một ví dụ thực tế về một máy tính chạy hệ điều hành OS X của Apple. Nếu người dùng muốn chạy một ứng dụng chỉ có sẵn cho hệ điều hành Windows, người dùng có thể sử dụng ảo hóa và cài đặt siêu giám sát Loại 2, chẳng hạn như VMware Fusion, trên máy tính chạy OS X. Sau đó, người dùng có thể sử dụng siêu giám sát VMware Fusion để tạo một máy ảo và cài đặt Windows 10 làm hệ điều hành trên máy ảo đó. Người dùng sau đó sẽ có thể chạy ứng dụng Windows của mình trong máy ảo này. Phiên bản gốc của OS X được cài đặt trên máy tính sẽ được coi là hệ điều hành máy chủ, trong khi Windows 10 (chạy trên máy ảo) sẽ được coi là hệ điều hành khách.
Tuy nhiên, không phải tất cả các máy chủ ảo hóa đều sử dụng hệ điều hành chủ. Trong nhiều trường hợp, hypervisor Loại 1, còn được gọi là hypervisor kim loại trần, được cài đặt trực tiếp vào phần cứng của máy chủ. Trình siêu giám sát Loại 1 thay thế hệ điều hành chủ và sau đó có thể tạo các máy ảo, mỗi máy có thể chạy một hệ điều hành khách.
Thuật ngữ hệ điều hành máy chủ cũng có thể được sử dụng để mô tả hệ điều hành sử dụng ảo hóa dựa trên vùng chứa. Các vùng chứa thực chất là các phân vùng logic được sử dụng để phân tách các ứng dụng trên cùng một máy chủ. Thay vì sao chép toàn bộ hệ điều hành cho từng ứng dụng, như trường hợp trong máy ảo, vùng chứa cho phép các ứng dụng trên cùng một máy chủ chia sẻ cùng một nhân hệ điều hành nhưng vẫn cung cấp cách ly phần cứng. Hệ điều hành dùng chung này được gọi là hệ điều hành máy chủ.
Quản trị viên máy chủ cũng có thể gặp phải tình huống khó hiểu trong đó hệ điều hành khách của máy ảo cũng đóng vai trò là hệ điều hành máy chủ cho vùng chứa. Ví dụ:hãy xem xét một máy chủ chạy trình siêu giám sát ESXi Loại 1 của VMware lưu trữ một máy ảo chạy bản phân phối Linux làm hệ điều hành khách. Hệ điều hành khách Linux sau đó có thể được sử dụng để tạo nhiều vùng chứa chia sẻ nhân hệ điều hành Linux, do đó có thể được coi là hệ điều hành chủ.