仮想マシン（VM）とは

仮想マシン（VM）とは

仮想マシン（VM）は、物理サーバー上の仮想コンピューティングリソースとして動作するデジタル環境です。物理的なコンピュータシステムの代わりにソフトウェアを使用して、アプリケーションの実行やデプロイメントを行います。1 台のサーバーで複数の VM を同時に稼働させることができます。この場合のサーバーはホスト、VM はゲストとも呼ばれます。それぞれの VM は、独自の OS（オペレーティングシステム）、メモリ、ストレージ、CPU、ネットワークインターフェースを持ち、同一のホストハードウェア上の他の VM とは独立して動作します。したがって、例えば、MacOS や Linux の VM を 1 台の物理 PC で問題なく実行できます。

VM を利用することで、さまざまな OS を 1 台のコンピュータで同時に稼働させることができます。それぞれの VM は、他の VM から独立して動作し、物理的なマシンや、物理的なマシンの単一の OS を利用する場合と同等のエクスペリエンスをエンドユーザーに提供します。エンドユーザーは、専用のハードウェアコンピュータシステムと同じように、VM 上でアプリケーションを使用できます。実際に、ほとんどのエンドユーザーは、リモートでコンピューティングシステムにアクセスしている際に、自分が作業している環境が VM であるか、それとも専用のコンピュータシステムであるかを認識していないことが一般的です。

VM の仕組み

VM は仮想化に依存しています。仮想化とは、1 台の物理サーバやコンピュータワークステーションに多数の仮想環境をホストさせる技術です。ホストマシンはハイパーバイザーと呼ばれるソフトウェアを使用して、ホストのコンピューティング、ネットワーキング、ストレージリソースを単一のプールに分けて管理し、必要に応じて各 VM に分配します。

例えば、ある VM が実行中にユーザ（またはアプリケーション）が VM に現在より多くのリソースを必要とする何かを指示した場合、ハイパーバイザーは、要求をすばやく特定し、要求に応えるためにホストのプールや共有リソースの一部を再割り当てします。

VM は基本的に「コンピュータの中のコンピュータ」として機能するため、組織は 1 台のマシン上に数十の独立したコンピュータシステムを持つことができます。それぞれの VM は、ホストマシンの既存の OS 上でアプリケーションウィンドウを実行できます。ユーザーは、専用のコンピュータと同じように、VM OS の設定を変更したり、アップデートを実行できます。VM 上でアプリケーションをインストールすることも、削除することも可能です。仮想マシンには、ログ、構成、NVRAM 設定、仮想ディスクファイルなど、多くの共通ファイルが含まれます。

VM の用途

仮想化の技術はかなり以前からありますが、リモートワークやエンドユーザーコンピューティングの普及に伴い、VM はますます一般的になっています。現在、VM はオンプレミス環境とクラウド環境の両方で、多くの理由で利用されています。ユースケースには下記のようなものがあります。

• サーバーの統合とハードウェアの最適化： これは、組織が VM を利用する最も一般的な理由の 1 つです。VM の利用により、コンピューティングパワーやアクセスを犠牲にすることなく、物理的なハードウェア設置面積を削減できます。追加の物理サーバーやワークステーションを追加購入する必要がないため、データセンターの運用コストや設備投資コストを削減できます。また、専用ハードウェアは通常、全体のリソースのほんの一部しか使用しないため、ハードウェアの使用率も最適化されます。
• ディザスタリカバリへの追加オプション：VM は、フェイルオーバーや冗長化機能を提供できます。これは、かつてはハードウェアを追加購入することでしか実現できませんでした。
• 一時的またはアドホックなテスト・開発・本番環境： VM は互いに分離されているため、DevOps が新たなアプリケーションをテストしたり、必要に応じて安全なサンドボックスに迅速な本番環境を構築するのに適しています。何か問題が発生しても、ホストのシステムにはまったく影響しません。
• ワークロード移行の高速化： VM は柔軟性と移植性が極めて優れています。移行を迅速化し、効率的に行うのに適しています。
• ハイブリッドコンピューティング環境の構築：VM により、ワークロードをクラウドとオンプレミス環境の両方に容易に配置できます。レガシーシステムを利用したままで、柔軟性を高めることが可能です。

VM の種類

仮想マシン（ＶＭ）には基本的に 2 つの種類があります。

システム VM

このタイプの仮想マシン（VM）は、前のセクションで説明したように、コンピュータシステム全体をエミュレートします。物理サーバまたはコンピューティングワークステーションの独立したパーティションに配置され、互いに独立して実行される独自の OS、構成、アプリケーション、サービスを備えています。このタイプの VM は、ハイパーバイザーを必要とし、ハイパーバイザーが単一の共有プールからそれぞれの VM にリソースの割り当てを行います。システム VM の例としては、Nutanix AHV、VMware Fusion や、オープンソースの Xen などがあります。

プロセス VM

プロセス VMは、アプリケーション VM や、マネージ型のランタイム環境（MRE）と呼ばれることもあります。単一のプロセスを一時的にアプリケーションとして実行するために設定されます。例えば、Java プログラムや Microsoft .NET Framework を実行するためのものです。このタイプの仮想マシンは、基本的に特定のプロセスのための実行環境であり、どのプラットフォームにも依存しません。高度な抽象化機能により、ホストの OS やその他のハードウェアを「隠す」仮想化された環境を提供します。プロセス VM は一時的なものです。ユーザーが特定のプロセスを開始すると作成され、そのプロセスが完了すると破棄されます。

VM とクラウドコンピューティング

パブリッククラウドのプロバイダは、ワークロード全体でのさらなる柔軟性とスケーラビリティを求めており、複数の OS 上でさまざまなアプリケーションをサポートするために、仮想化と VM の利用を増やしています。

クラウド上の VM は、組織のデータセンターにあるサーバー上の VM と同じように機能します。唯一の違いは、クラウド VM は、組織が保有するデータセンターではなく、クラウドサービスのプロバイダのデータセンターでホストされていることです。

クラウド VM には通常 2 つの種類があります。

シングルテナント VM

シングルテナント VM は、単一の顧客（通常は組織）が使用するように設計されています。このタイプの VM は、専用ホストか専用インスタンスのいずれかです。

• 専用ホストとは、顧客が物理マシン全体をレンタルし、その顧客のみが、ホスト上に存在するハードウェア、VM、アプリケーション、ソフトウェアなどの利用を許可されることを意味します。この VM モデルは、究極の柔軟性とハードウェアの可視性、ワークロードの配置に絶対的な制御を求める顧客に好まれています。
• 専用インスタンスも、他の顧客からの分離と、ワークロード配置の制御を提供しますが、特定の物理マシンには結合していません。クラウドサービスのプロバイダは、顧客にホストマシン上の専用スペースを提供します。インスタンスが再起動されると、全く異なる場所にある新たなマシンでインスタンスが起動されることもありますが、顧客が利用する VM のエクスペリエンスとパフォーマンスは引き続き同じものです。

マルチテナント VM

パブリック VM とも呼ばれるマルチテナント VM は、複数の顧客が共通のマルチユーザー物理インフラを共有する仮想マシンです。各顧客のデータは他から分離されますが、単一のアプリケーション、データベース、サーバーリソースを共有します。一部の顧客が好むような高度な分離やカスタマイズは提供しませんが、一般的に,シングルテナント VM と比較して抵コストで利用できるため、スケーラビリティとコスト効率に優れています。

VM を利用するメリット

• 管理、運用、維持のシンプルさ：アップデート作業やセキュリティの確保が必要な物理マシンの数を減らすことができる。
• ハードウェアの使用率と効率の向上：単一のインスタンスと比較して、複数の VM の方がホストのリソースを有効活用できる。
• 移行コストが不要：VM を利用してレガシーアプリケーションを実行できる。新たな環境や OS に移行する必要はありません。
• ハードウェアのコストを削減：物理マシンや周辺ハードウェアの台数を減らすことができる。また、このことは、データセンターの運営費の削減にもつながる。
• セキュリティの強化：1 つの VM が攻撃されても、VM の分離機能により、同じマシン上の他の VM が危険にさらされることはない。
• 柔軟性とスケーラビリティの向上：VM は、移植性が高く、必要に応じて異なるホストに移動、コピー、再割り当てできる。

VM の課題

VM は物理的なホストマシンに比べて豊富なメリットを提供しますが、課題もいくつかあります。

• 単一ホスト上で使用される VM の構成や数によっては、物理マシンよりもパフォーマンスが低下するリスクがある。
• 物理的なホストが故障した場合、多くの VM が負の影響を受けるリスクがある。例えば、数十もの VM が 1 台のサーバーの動作に依存している場合、クラッシュは重大な影響を及ぼすリスクがある。
• VM のセキュリティ確保は困難であり、高度なスキルによる管理が必要である。
• VM スナップショットを取得した後に作成された仮想ディスクの統合（VM ディスクファイルの統合）は、複雑で管理が困難な場合がある。

エンタープライズが VM を利用すべき理由

上記でも説明したとおり、組織が VM を利用すべきスマートな理由はたくさんあります。VM は当初、1960 年代初頭に、大規模なメインフレームコンピュータを共有する各ユーザのデータを分離するために使用されていました。現在では、エンタープライズによる利用が多く、その目的は、ハードウェアの使用率の改善や、物理的なハードウェアの設置面積の削減、機器や物理的な運用にかかるコストの節約です。

仮想デスクトップインフラ（VDI）も、エンタープライズが VM を利用する主要な理由です。VDI プラットフォームは、従業員がリモートロケーションやデバイスからデスクトップにアクセスすることを可能にします。このことは、リモートワークやハイブリッドワークモデルがますます普及し、明らかにプラスになっています。

ワークロードをクラウドに移行する組織が増えるなか、クラウドベースの VM を使用してハイブリッド環境を構築し、既存のオンプレミス環境と並行してインフラを構築する傾向が高まっています。

セキュリティの確保も VM を使用することのもう 1 つのメリットです。システムが侵入されたとき、分離された VM は追加の保護レイヤーを提供します。

これまで述べたメリットに加えて、コスト削減の大きな可能性と極めて高いスケーラビリティがあることを考慮すると、VM が現代のエンタープライズの IT インフラに不可欠な要素となっているのは明らかです。

VM の作成方法

仮想化プラットフォームを選択する際、組織には多くの選択肢があります。ほとんどの仮想化プラットフォームは、新しい仮想マシンの作成とデプロイメントに簡素化されたプロセスを提供しています。実際、多くのソリューションには便利なセットアップのウィザードやテンプレートが付属しており、迅速かつ容易に開始できます。

多くの仮想化プラットフォームはエンタープライズ向けに設計され、高度な機能やカスタマイズオプションを多く提供していますが、コストのかからないシンプルな仮想化プラットフォームもあります。例えば、Oracle のオープンソース VirtualBox がその 1 つです。

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