読了所要時間: 10分40秒 | 公開日: 2025年7月7日
仮想マシン 仮想マシンとは
仮想マシン (VM) は、物理コンピューターシステムのソフトウェアベースの抽象化であり、スタンドアロンコンピューティング環境の機能をエミュレートするように設計されています。仮想化テクノロジーでは、ハードウェアリソース (CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークインターフェイスなど) をソフトウェアレイヤーから分離することにより、複数の分離され、独立した仮想化インスタンスが同じ物理インフラストラクチャ上に共存し、オペレーティングシステムとアプリケーションを個別に実行できるようになります。
- 仮想マシン (VM) の説明
- 仮想マシンのメリット
- 仮想マシンの種類
- 仮想マシンの仕組み
- 仮想マシンのユースケースと応用
- 仮想マシンの今後の動向
- 仮想マシンのソリューションによるHPEのサポート
仮想マシン (VM) の説明
仮想マシン (VM) は物理コンピューターのソフトウェア デファインドの抽象化であり、完全に分離され、エミュレートされたコンピューティング環境を提供します。このエミュレーションには、仮想化されたCPU、メモリ、ストレージ、ネットワークインターフェイスが含まれており、いずれもハイパーバイザーと呼ばれる特殊なソフトウェアレイヤーによって管理されます。ハイパーバイザーは、基盤となるハードウェアからVMに物理リソースを割り当ててスケジュールし、VMが独立した物理マシンであるかのように機能させます。各VMは、仮想化されたBIOS/EFI、カーネル、デバイスドライバーを備えた専用のゲストオペレーティングシステムで動作し、仮想ハードウェアレイヤーとやり取りします。これらの仮想ハードウェアレイヤーは、VM内で実行された操作を物理ホストコンポーネント上のアクションに変換します。このアーキテクチャーにより、VM間の強力な分離が実現され、複数のインスタンスが同じ物理システム上で安全かつ効率的に共存できるようになります。
仮想マシンのメリット
仮想マシンの使用により、ITインフラストラクチャ管理の多くの領域で次のようなメリットが得られます。
- スケーラビリティ: 仮想マシンは、需要に応じて処理リソースを拡大または縮小できるため、新しいハードウェアを必要とせずにVMを簡単に追加または削除できます。
- 移植性: VMはサーバーやデータセンター間で複製および移動できるため、ワークロードのバランス調整、障害回復、シームレスな転送が可能になります。
- 柔軟性: 仮想化は、単一の物理サーバー上で複数のオペレーティングシステムとアプリケーションを実行し、リソースを効率的に使用してさまざまなワークロードに対応できるようにします。
- セキュリティ: VMは分離を通じてセキュリティを強化し、システム全体に広がるウイルス感染や侵害のリスクを軽減します。
- アジリティとスピード: 仮想化により、VMの迅速なプロビジョニングと展開が可能になり、新しいサーバーとアプリケーションのセットアップ時間が大幅に短縮され、イノベーションの迅速化とビジネスニーズへの対応が可能になります。
- ダウンタイムの短縮: 仮想化はライブマイグレーションと高可用性をサポートし、メンテナンスやハードウェア障害時のダウンタイムを最小限に抑え、継続的なサービスを保証します。
- コスト効率: 複数のVMをより少ない物理サーバーに統合することで、組織はハードウェアとエネルギーのコストを節約できると同時に、管理の合理化によって運用コストも削減できます。
仮想マシンの種類
仮想マシン (VM) は、その目的、機能、および基盤となるハードウェアに提供されるアクセスレベルに基づいて、さまざまなタイプに分類できます。
- システム仮想マシンは主要なタイプの一つであり、完全なオペレーティングシステム (OS) の実行をサポートする完全なシステム環境を提供します。これらのVMは物理マシンをエミュレートし、単一の物理ホスト上で複数のOSインスタンスを同時に実行できるようにします。例としては、VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM (カーネルベースの仮想マシン) などのハイパーバイザーベースのVMが挙げられます。これらのハイパーバイザーはさらに、タイプ1 (ベアメタル) ハイパーバイザーとタイプ2 (ホスト型) ハイパーバイザーに分類できます。タイプ1はホストハードウェアで直接稼働し、タイプ2はオペレーティングシステム上で稼働します。
- プロセス仮想マシン (アプリケーションVMとも呼ばれる) は、単一のアプリケーションまたはプロセスを実行するように設計されており、プラットフォームに依存しない環境を提供します。これらのVMは、個々のアプリケーションを実行するための分離された環境を提供することで、さまざまなオペレーティングシステム間の互換性を確保します。
仮想マシンの仕組み
仮想マシン (VM) は、ハイパーバイザーを活用して物理ハードウェアリソースを抽象化および管理することで動作し、複数の分離された環境を同じ物理ホスト上で実行できるようにします。簡略化した手順は次のとおりです。
1. ハードウェア抽象化
ハイパーバイザーは、物理ハードウェアと仮想マシン間の中間レイヤーとして機能し、仮想化されたハードウェア環境を構築します。提供される機能は次のとおりです。
- 仮想CPU (vCPU): コンテキストスイッチング手法により、VM CPU命令を物理CPUにスケジュールおよび変換します。
- 仮想メモリ: VM間の分離を確保しながら、仮想メモリを物理メモリにマッピングします。
- 仮想ストレージ: 物理ストレージ (ハードドライブなど) を仮想ディスク (通常はホストシステム上のファイルとして表示) としてエミュレートします。
- 仮想ネットワーク: VM用の仮想ネットワークインターフェイス (vNIC) を作成し、それらを物理ネットワークまたは仮想ネットワークに接続します。
2. ゲストOSブートプロセス
VMの電源がオンになると、ハイパーバイザーは仮想ハードウェアを初期化し、ゲストオペレーティングシステムに制御を渡します。ゲストOSは、物理マシン上で実行されているかのように起動します。
- 仮想BIOS/EFIがブートシーケンスを開始します。
- ゲストOSカーネルは仮想ハードウェアを検出し、初期化します。
- 仮想デバイスのドライバーが読み込まれ、ユーザー空間のプロセスを開始できるようになります。
3. 命令実行
ハイパーバイザーは、いくつかの手法を使用して、ゲストOSから物理ハードウェアへの命令を変換してサポートします。
- バイナリ翻訳: 特権命令をホストシステムの安全な操作に変換します。
- ハードウェアによる仮想化: 最新のCPU (インテルVT-x、AMD-Vなど) は、特権命令を直接トラップして実行することで仮想化を最適化します。
- 準仮想化: ゲストOSがハイパーバイザーと直接やり取りしてパフォーマンスを向上させる場合もあります。
4. リソース管理
ハイパーバイザーは、需要に応じてVMの物理リソースを動的に割り当て、最適化します。
- オーバーコミット: すべてのVMが同時に割り当てを完全に利用するわけではないと仮定して、物理的に利用可能な量よりも多くの仮想リソース (CPU、メモリなど) を割り当てます。
- ライブマイグレーション: 実行中のVMをダウンタイムなしで物理ホスト間で移動し、バランスの取れたリソース使用とフォールトトレランスを実現します。
5. I/O仮想化
VMが入出力 (I/O) 操作 (ディスクの読み取り、書き込み、ネットワーク通信など) を実行すると、ハイパーバイザーはこれらの要求をインターセプトし、物理的なハードウェアアクションに変換します。ゲストOS内の仮想デバイスドライバーは、このプロセスをシームレスにサポートします。
まとめ
仮想マシンは、ハイパーバイザーを通じてハードウェアリソースを仮想化することで動作し、ゲストオペレーティングシステムが物理ホストから独立して機能できるようにします。ハイパーバイザーは、効率的なリソース割り当て、セキュリティ、および分離を保証し、共有インフラストラクチャ上で複数のワークロードを実行できる汎用性の高いVMを実現します。
仮想マシンのユースケースと応用
仮想マシン (VM) は、物理ハードウェアをエミュレートすることで、さまざまな業界やIT環境にわたる多様なユースケースを提供します。
- 開発およびテスト環境: VMを使用すると、開発者は運用環境に影響を与えることなく、開発、テスト、デバッグ用の分離された環境を作成できます。さまざまなオペレーティングシステムと構成を迅速にセットアップし、テストを容易にし、スナップショットとロールバックを可能にすることで、開発を効率的かつ低リスクにします。
- 障害回復とバックアップ: VMは、オフサイトの場所にVMを複製してバックアップし、迅速なリカバリオプションで事業継続性を確保し、ダウンタイムを短縮し、システムの復元を簡素化することで、障害回復に不可欠となっています。VMはレガシーアプリケーションの寿命を延ばし、コストのかかる書き換えを回避し、最新のハードウェアとの互換性を確保します。
- クラウドコンピューティング: VMは、サービスプロバイダーがInfrastructure as a Service (IaaS) を提供するクラウドコンピューティングの基本です。これにより、ユーザーはクラウド内の仮想サーバーを管理し、スケーラブルで柔軟なリソースを提供し、従量課金モデルを有効にし、マルチテナントアーキテクチャーをサポートできるようになります。
- 仮想デスクトップインフラストラクチャ (VDI): VDIは、リモートユーザーとモバイルユーザーに一貫したユーザーエクスペリエンスを提供するために仮想デスクトップを展開し、管理を一元化し、セキュリティを強化し、リモート作業をサポートし、更新とパッチの適用を簡素化します。
- アプリケーションの分離とセキュリティ: VMはアプリケーションを分離し、セキュリティリスクを軽減し、競合を防ぎ、疑わしいソフトウェアの安全なテストを可能にします。ベストプラクティスには、パッチ適用、安全な構成、分離、セグメンテーション、継続的な監視が含まれます。
- マルウェアの分析と隔離: セキュリティ専門家は仮想コンピューターを使用してマルウェアを安全に分析し、隔離します。潜在的に危険なソフトウェアを隔離された仮想環境で実行することにより、研究者はホストシステムに損傷を与えることなく、その動作を分析できます。
- セキュアなアクセスと互換性のないソフトウェアの実行: 仮想コンピューターは、インターネットにアクセスしたり、潜在的に危険なアプリケーションを実行したりするためのセキュアな環境を提供します。
- 負荷分散と高可用性: VMは、複数のサーバーにワークロードを分散することで負荷分散と高可用性をサポートし、パフォーマンスを向上させ、障害発生時の冗長性を提供します。
- 研究と実験: VMにより、実験やシミュレーションのための制御された環境が可能になり、さまざまな構成の柔軟性、簡単なロールバック、セットアップの分離が実現します。
- リソースの割り当てと管理: リソースを効果的に管理することは、VMのパフォーマンス向上において非常に重要です。リソース管理のツールとテクニックを利用することで、最適化が保証され、競合を回避できます。
- オーケストレーション: VMは需要を満たすために拡張可能である必要があります。KubernetesやOpenStackなどのオーケストレーションツールは、管理を自動化し、効率を高め、コンテナ化テクノロジーとの統合をサポートします。
- ライセンスとコンプライアンス: VMの展開には、オペレーティングシステムとアプリケーションのライセンスが関係します。罰金を回避するには、ソフトウェアおよびハードウェア契約および規制基準に準拠することが不可欠です。
仮想マシンの今後の動向
- クラウドネイティブテクノロジーとの統合
仮想マシン (VM) は、コンテナやオーケストレーションプラットフォームなどのクラウドネイティブテクノロジーとシームレスに統合できるように進化しています。VMはハイブリッド/マルチクラウド環境でも不可欠であり、セキュリティと分離を確保しながらコンテナ化ワークロードのインフラストラクチャを提供します。強化されたAPIと自動化フレームワークにより、VMのプロビジョニング、スケーリング、移行が簡素化され、組織がクラウドネイティブアーキテクチャーに移行しても関連性が維持されます。
2. エッジコンピューティングにおけるVMの役割の拡大
VMは、IoTデバイスやスマートシティアプリケーションなど、ワークロードがデータソースの近くに移動されるエッジコンピューティングにおいて非常に重要です。軽量設計のコンテナが主流ですが、強力な分離、レガシーアプリケーションのサポート、または多様なOS要件が求められる状況ではVMが選択されます。軽量のVMテクノロジーにより、リソースのオーバーヘッドと起動時間が削減されるため、柔軟性とセキュリティが要求されるエッジワークロードでは、引き続きVMが効率的な選択肢となります。
3. 仮想化環境におけるセキュリティの強化
VMには、機密データと計算を保護するために、Trusted Execution Environment (TEE)、メモリ暗号化、セキュアエンクレーブなど、ハードウェアによる高度なセキュリティ機能が導入されつつあります。機密コンピューティングでは、処理中もデータが暗号化されたままとなります。このように進化したVMは、厳格な規制要件を持つ業界でセキュリティレベルの高いワークロードに適しています。
4. AIと機械学習のためのVM最適化
AIおよび機械学習のワークロードには高パフォーマンス環境が必要ですが、VMは、GPUアクセラレーションやシングルルートI/O仮想化 (SR-IOV) などのハードウェアパススルーテクノロジー向けに最適化されています。これらの機能により、VMでは、スケーラビリティと分離を維持しながら、AIモデルのトレーニングや推論などのコンピュート集約型タスクを効率的に処理できます。
5. 自動化、AIを活用した管理
AIと自動化によってVMの管理が変わりつつあります。ハイパーバイザーは、予測分析と機械学習によってリソース割り当てを最適化し、ワークロードの需要を予測し、ライブマイグレーションを自動化してダウンタイムを最小限に抑えることができます。AI主導の監視ツールがリアルタイム インサイトを提供することでスケーラビリティが向上し、管理オーバーヘッドが削減されます。
6. サステナビリティとグリーンコンピューティング
VMは、エネルギー効率の高い仮想化手法を導入することでサステナビリティに貢献しています。電力を考慮したスケジュール設定とリソースの最適化によってエネルギー消費量を削減し、強化された監視ツールでVMの二酸化炭素排出量を追跡して最小限に抑えます。こうした取り組みにより、仮想化テクノロジーをグリーンコンピューティング目標に適合させています。
7. 仮想マシンとクラウドネイティブテクノロジーの統合
仮想マシン (VM) は、コンテナやオーケストレーションプラットフォームなどのクラウドネイティブテクノロジーとシームレスに統合できるように進化しています。ハイブリッド/マルチクラウド環境では、コンテナ化ワークロードに対して、安全で分離された多様なオペレーティングシステムのサポートを提供します。強化されたAPIと自動化ツールにより、VMのプロビジョニング、スケーリング、移行が改善され、クラウドネイティブアーキテクチャーでもその関連性が維持されます。
同時に、VMとコンテナの統合により、両社の強みを活用する統合型プラットフォームが構築されています。VMが堅牢な分離とOSの多様性をもたらし、コンテナが軽量なポータビリティと迅速な展開を実現します。
仮想マシンのソリューションによるHPEのサポート
HPE Morpheus VM Essentials Software:
- 仮想化管理の簡素化: HPE Morpheus VM Essentials Softwareは、特に異機種環境における仮想マシンの管理の複雑さを合理化することを目的としています。これには、実績のあるKVMハイパーバイザーをベースとする、新たなエンタープライズグレードのサポート対象ハイパーバイザー (HVM) と、HPE Morpheus VM EssentialsとVMware vSphereクラスターの両方を管理する機能が含まれています。これにより、管理者はさまざまな管理コンソールを切り替える必要がなくなり、時間が節約され、学習曲線が短縮されます。この統一されたアプローチにより、トレーニングの必要性が減り、運用が簡素化されるため、コスト削減につながります。
- 統合管理: この機能を使用すると、既存のVMwareクラスターをVM Essentialsプラットフォームに無料で統合できます。つまり、既存のESXiホスト上で実行されているVMと、HVMハイパーバイザー上で実行されているVMをすべて同じインターフェイスから管理できることになります。この一元管理により、VMベンディングなどの管理タスクが大幅に簡素化されます。
- 柔軟な消費モデル: HPE Morpheus VM Essentials Softwareは、自身でインストールして管理するスタンドアロンソフトウェアとして提供されるほか、HPE Private Cloud Business Editionなど、HPEプライベートクラウドソリューションの統合コンポーネントとしても利用可能です。この柔軟性により、ニーズと既存のインフラストラクチャに最適な展開モデルを選択できます。
HPE Private Cloud Business Edition (PCBE):
- アジャイルなセルフサービス型プライベートクラウド: HPE Private Cloud Business Editionは、独自のデータセンター内でパブリッククラウドのアジリティとセルフサービス機能を提供するように設計されています。これにより、ユーザーは、リクエストごとにIT部門の介入を必要とせずに、セルフサービスポータルを介して独自のリソース (VMを含む) を迅速にプロビジョニングおよび管理できるようになります。これにより、アプリケーションの展開が高速化され、ビジネスニーズへの応答性が向上します。Business Editionは、オンプレミス、エッジ、コロケーション施設など、必要な場所に導入できます。
- VM管理の簡素化: Business Editionは、プロビジョニング、スケーリング、監視などの多くの一般的なタスクを自動化することで、VM管理を簡素化します。また、オンプレミスとパブリッククラウド環境の両方でVMを管理するためのツールも提供し、ハイブリッドクラウドエクスペリエンスを実現します。
- ワークロードに最適化されたプライベートクラウド: Business Editionでは、エッジにおけるHPEの最新のハイパーコンバージド インフラストラクチャ (HCI) と、データセンターのスケーラビリティを実現する分散型ハイパーコンバージド インフラストラクチャ (dHCI) の両方を活用します。HCIは、コンピューティング、ストレージ、およびネットワークリソースを1つの統合システムにまとめています。このアーキテクチャーにより、導入と管理が簡素化され、基盤となるハードウェアとソフトウェアの構成をカスタマイズすることで、VDI (仮想デスクトップ インフラストラクチャ) やデータベースなどの特定のワークロードに合わせて最適化できます。dHCIでは、1つのシステムとして管理できるうえに、コンピュートとストレージを個別に拡張できるなど、運用上さまざまなメリットが得られます。
- 合理化とモダナイゼーション: HPE Private Cloud Enterpriseは、単なるVMにとどまらず、ベアメタルサーバー、コンテナ、VMを含むプライベート環境全体に対して完全に管理されたクラウドエクスペリエンスを提供します。従来のアプリケーションとクラウドネイティブアプリケーションの両方に一貫したプラットフォームを提供することで、ITインフラストラクチャの最新化を支援します。これによってIT環境を統合し、複雑さを軽減できます。
- 完全管理されたクラウドエクスペリエンス: Private Cloud Enterpriseでは、ハードウェアのメンテナンス、ソフトウェアの更新、24時間365日のサポートなど、プライベートクラウドインフラストラクチャの管理をHPEが引き受けます。これにより、ITスタッフは新しいアプリケーションやサービスの開発など、より戦略的な取り組みに集中できるようになります。基盤となるインフラストラクチャを管理することなく、クラウドのようなエクスペリエンスのメリットを享受できます。
HPE Morpheus Enterprise Software:
- HPE Morpheus Enterprise Softwareは、プライベートクラウドとパブリッククラウドにおける仮想マシン、コンテナ、クラウドネイティブのワークロード運用を一元化する、強力なハイブリッドクラウド管理プラットフォームです。IT運用を効率化するように設計されており、セルフサービスポータルと自動プロビジョニングに加えて、ガバナンス、コスト分析、ポリシー適用が組み込まれた完全なライフサイクル管理を提供します。Morpheusは、ITSM、CI/CD、IDシステムへのネイティブ統合により、一貫性があり、安全でスケーラブルなインフラストラクチャオーケストレーションを実現します。VMware、Nutanix、KVMなどの幅広いハイパーバイザーをサポートしており、仮想資産を最新化したりベンダーの移行を進めたりする企業に最適です。
- 最初にHPE Morpheus VM Essentialsを導入する組織は、このプラットフォームから完全な Morpheus Enterpriseライセンスへとシームレスにアップグレードできます。VM Essentialsは、組み込みのKVMハイパーバイザーによるコア仮想化機能を提供し、HPEおよびサードパーティのハードウェアへのコスト効率に優れた展開向けに最適化されています。お客様は、ニーズの変化に応じてMorpheus Enterpriseにアップグレードすることで、プラットフォームを変更することなく、Kubernetesのサポート、マルチクラウドガバナンス、FinOps、複雑なワークフローの自動化などの高度な機能を利用できるようになります。この柔軟性により、企業は継続性を維持し、ROIを最大化しながら、着実に事業を拡大することができます。