If the VM is running a "cpu killer" application that keeps demanding more and more cpu cycles, could the VM end up fully consuming all the 4 underlying physical cores at any given moment in time?
Não.
So, in my example, since there are no other VMs running, VMware will schedule the VM to run on one physical core, When that physical core is 100% consumed, the VM's CPU utilization will latch to 100% and that's it. The other 3 cores will mostly sit idle. Correct?
Sim, está correto.
A virtualização não é mágica - um núcleo ainda é um núcleo e, se alocada a uma única CPU, sua VM só conseguirá consumir 1 núcleo de ciclos de CPU.