ハイパーバイザー
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ハイパーバイザー

クラウド・コンピューティングは、仮想化がなければ成り立ちません。 ハイパーバイザーがなければ、仮想化は実現しません。 この薄いソフトウェア層が、クラウド・エコシステム全体を支えています。

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IBM Cloud Virtual Servers


ハイパーバイザーとは何ですか?

ハイパーバイザーが主流になる前、ほとんどの物理的なコンピューターは同時に1つのオペレーティング・システム(OS)しか実行できませんでした。 これにより、計算機ハードウェアはそのOSからの要求だけの処理で済むため、安定していました。 ただし、この方法では、OSがコンピューターのすべての能力を利用できないため、資源を浪費してしまうという欠点がありました。

その問題を解決するのがハイパーバイザーです。 これは、複数のOSが同じ物理的なコンピューティング・リソースを共有しながら並存して動作することを可能にする小さなソフトウェア層です。 これらのOSは、コンピュータのハードウェア環境全体をソフトウェアで模倣したファイルである仮想マシン(VM)として提供されます。

ハイパーバイザーは、仮想計算機モニター(VMM)とも呼ばれ、これらのVMが並行して動作するように管理します。 VMを論理的に分離して、それぞれに基礎となるコンピューティング・パワー、メモリ、ストレージのスライスを割り当てます。 これにより、VM同士の干渉を防ぐことができます。 例えば、あるOSがクラッシュしたり、セキュリティー上の問題が発生しても、他のOSは生き残ることができます。

仮想化や仮想マシンの詳細については、「仮想化:完全ガイド」と 「仮想マシンとは?」をご覧ください。

ハイパーバイザーがVMを管理する仕組みの詳細については、こちらのビデオ「Virtualization Explained」(5分20秒)をご覧ください。


ハイパーバイザーの特徴

ハイパーバイザーにはさまざまなカテゴリーがあり、それぞれのカテゴリーの中でハイパーバイザーのブランドも異なります。 市場は成熟し、ハイパーバイザーはエンタープライズ分野ではコモディティ製品となっていますが、選択の指針となる差別化要素はまだあります。 ここでは、そのポイントをご紹介します。

  • パフォーマンス: ハイパーバイザーが実稼働環境でどの程度のパフォーマンスを発揮するかを示すベンチマーク・データを探します。 ベアメタル・ハイパーバイザーは、ゲストOSのパフォーマンスをネイティブに近い速度でサポートすることが理想的です。
  • エコシステム: 大規模に複数の物理サーバーにハイパーバイザーを導入・管理するためには、優れたドキュメントとテクニカル・サポートが必要です。 また、バックアップとリストアの容量分析 やフェイルオーバー管理などの機能を提供する独自のエージェントやプラグインでハイパーバイザーをサポートできるサードパーティー開発者の健全なコミュニティーにも注目です。
  • 管理ツール: ハイパーバイザーを使用する場合に管理しなければならないのは、VMの実行だけではありません。 VM をプロビジョニングし、維持し、監査し、使われなくなった VM を整理して、「VM スプロール」を防ぐ必要があります。ベンダーまたはサードパーティが、包括的な管理ツールでハイパーバイザー・アーキテクチャをサポートしていることを確認してください。
  • ライブ・マイグレーション: 異なる物理マシン上のハイパーバイザー間で、VMを停止させることなく移動させることができるため、フェイルオーバーやワークロード・バランシングに有効です。
  • コスト: ハイパーバイザー技術のライセンスに関わるコストと料金体系を検討します。 ハイパーバイザー自体のコストだけを考えてはいけません。 エンタープライズ環境に対応するための拡張性を持たせた管理ソフトウェアは、往々にして高価なものになります。 最後に、ベンダーのライセンス体系を検討します。これは、クラウドに導入するか、ローカルに導入するかによって変わる可能性があります。

タイプ1とタイプ2

ハイパーバイザーには大きく分けて2つのカテゴリーがあります。タイプ1 とタイプ2です。

タイプ1ハイパーバイザー


タイプ1のハイパーバイザーは、基盤となるコンピュータの物理的なハードウェア上で直接動作し、CPU、メモリ、物理的なストレージと直接やりとりします。 このため、タイプ1のハイパーバイザーは、ベアメタル・ハイパーバイザーとも呼ばれています。 タイプ1のハイパーバイザーは、ホスト・オペレーティング・システムの代わりになります。

  • 長所: タイプ1のハイパーバイザーは、物理的なハードウェアに直接アクセスできるため、高効率です。 また、CPUとの間には攻撃者が侵入できるようなものがないため、セキュリティーも向上します。
  • 短所: タイプ1のハイパーバイザーでは、異なるVMを管理し、ホスト・ハードウェアを制御するために、多くの場合、別の管理マシンが必要になります。

タイプ2ハイパーバイザー


タイプ2のハイパーバイザーは、基盤となるハードウェア上では直接動作しません。 その代わり、OSの中のアプリケーションとして動作します。 タイプ2のハイパーバイザーは、サーバーベースの環境ではほとんど登場しません。 むしろ、複数のOSを使用する個人のPCユーザーに適しています。 例えば、エンジニア、マルウェアを解析するセキュリティ専門家、他のソフトウェア・プラットフォームでしか利用できないアプリケーションにアクセスする必要があるビジネス・ユーザーなどです。

タイプ2のハイパーバイザーは、多くの場合、ユーザーがゲストOSにインストールできる追加のツールキットを備えています。 これらのツールにより、ゲストとホストOS間の接続が強化され、両者の間でのカット&ペースト や、ゲストVM内からホストOSのファイルやフォルダへのアクセスが可能になります。

  • 長所: タイプ2のハイパーバイザーは、ホストシステム上で動作しているプライマリOSとは別のゲストOSに迅速かつ容易にアクセスすることができます。 そのため、エンドユーザーの生産性向上にも最適です。 コンシューマー は例えば、Windowsにしかない音声口述システムを使いながら、お気に入りのLinuxベースの開発ツールにアクセスするといった使い方をします。
  • 短所: タイプ2のハイパーバイザーは、物理マシンへのプライマリ権限を持つホストOSを介して、コンピューティング、メモリ、ネットワーク・リソースにアクセスする必要があります。 これにより、レイテンシーの問題が発生し、パフォーマンスに影響を与えます。 また、攻撃者がホストOSを侵害した場合、Type2ハイパーバイザーで動作するゲストOSを操作することができるため、潜在的なセキュリティー・リスクが発生します。

ハイパーバイザーの例

VMwareハイパーバイザー
 

  • ESXiハイパーバイザー: VMware ESXi(Elastic Sky X Integrated)は、データセンターのサーバー仮想化を目的としたType1(またはベアメタル)ハイパーバイザーです。 ESXiは、VMwareの仮想マシンのコレクションを管理します。
  • vSphereのハイパーバイザー: お客様は、基本的なサーバー仮想化を提供する無償のvSphereハイパーバイザーの一部として、VMware ESXiを無償で使用することができます。 エンタープライズ・クラウド環境を持つ企業は、VMware社のvCenter Serverのライセンスを含む、より完全なシステムであるvSphereのライセンスを取得します。 物理ホスト上で動作するvSphere環境を管理するための別のサーバーです。 VSphereは、オンプレミス型のプライベートクラウド環境 や、 ホスティング型のクラウド構成で動作します。

また、VMware社は、デスクトップおよびラップトップ・ユーザー向けに、タイプ2ハイパーバイザー製品の2つの主要なファミリーを提供しています。

  • VMware Fusion: MacOSに特化した同社の製品で、Macユーザーが様々なゲストOSを動かすことができます。
  • ワークステーション: LinuxやWindowsに特化したVMwareのプラットフォームには、2つの種類があります。有償版のProと、個人利用のための無償版であるPlayerです。 Pro版では、1台のPC で複数のOSを動作させることができ、Fusionと同様にVMware vSphereにも接続できます。 ワークステーション・プレーヤーは、1つのゲストOSしかサポートしていません。
  • VirtualBox: Linux、Mac OS、Windowsの各OS上で動作するType2のハイパーバイザー。 オラクルは、2010年にSunMicrosystemsを買収したときにプロダクトを継承しました。

VMware:完全ガイド」では、VMwareのすべての製品やサービスについて、より詳細に説明しています。

Hyper-Vハイパーバイザー
 

Hyper-Vは、Windowsシステム用に設計されたマイクロソフト社のハイパーバイザーです。 2008年にWindows Serverの一部として出荷されたため、お客様はWindows OS全体をインストールして使用する必要がありました。 その後、マイクロソフト社は、Windows Server Core上で動作するHyper-V Serverと呼ばれる専用バージョンを提供しました。 これにより、管理者はフルバージョンのWindows Serverをインストールすることなく、Hyper-Vを実行することができるようになりました。 Hyper-Vは、Windowsクライアントでも利用可能です。

マイクロソフト社は、Hyper-Vをタイプ1のハイパーバイザーとして指定していますが、多くの競合他社とは動作が異なります。 Hyper-VはWindows上にインストールされますが、物理的なハードウェア上で直接動作し、ホストOSの下に挿入されます。 すべてのゲストOSは、ハイパーバイザーを経由して実行されますが、ホストOSはハードウェアへの特別なアクセス権を得るため、パフォーマンス面で優位に立つことができます。

Citrix XenServer
 

XenServerは、現在Citrix Hypervisorとして知られており、LinuxおよびWindows OSをサポートする商用のType 1ハイパーバイザーです。 XenServerは、 Xenオープン・ソース・プロジェクト (リンク先はIBM以外)から生まれました。

オープン・ソース・ハイパーバイザー
 

KVMのように、オープン・ソース・プロジェクトに由来するハイパーバイザーもあります。 Red Hatのオープン・ソース・コミュニティーとの結びつきにより、KVMは主要なOpenStackおよびLinux仮想化ディストリビューションの中核をなしています。

オープン・ソースのハイパーバイザーは、無料で使える構成のものもあります。 KVMは単独でダウンロードできるほか、レッドハットが長期的にサポートしているオープンソースの仮想化ソリューション「oVirt」の一部としても利用できます。

もう1つはXenで、これはオープン・ソースのタイプ1ハイパーバイザーで、IntelとARMのアーキテクチャで動作します。 ケンブリッジ大学のプロジェクトとして始まり、そのチームはその後、XenSource社を設立して商用化し、2007年にシトリックスが買収しました。

2013年には、Linux Foundation傘下の共同プロジェクトとしてオープン・ソース化されました。 多くのクラウド・サービス・プロバイダーは、Xenを使用して自社製品を提供しています。

Xenは、Intel VTやAMD-Vを用いたハードウェア支援環境など、複数の種類の仮想化をサポートしています。また、準仮想化もサポートしています。準仮想化とは、ゲストOSをハイパーバイザーと連携させることでパフォーマンスを向上させるものです。

ハイパーバイザーKVM
 

また、LinuxはOSカーネルに直接ハイパーバイザー機能を組み込んでいます。 カーネルベースの仮想マシン(KVM)は、2007年 にLinuxカーネルのメインラインに組み込まれ、物理マシンのプロセッサをソフトウェアで完全にエミュレートするハイパーバイザーであるQEMUを補完するものです。

KVMは、インテル社とAMD社がハイパーバイザーをサポートするためにプロセッサ・アーキテクチャに組み込んだ仮想化拡張機能をサポートしています。 これらの拡張機能は、それぞれIntel VT、AMD-Vと呼ばれ、プロセッサがハイパーバイザーによる複数の仮想マシンの管理を支援します。 これらの拡張機能が利用できる場合、LinuxカーネルはKVMを使用することができます。 それ以外の場合は、QEMUにフォールバックします。

 KVMの詳細について (リンク先はIBM以外)は、Red Hatのサイトをご覧ください。

Red Hatハイパーバイザー


Red HatのRed Hat Enterprise Virtualization Hypervisorは、KVM hypervisorをベースにしています。 その仮想化ソリューションは、ハイパーバイザーの周りに追加設備を構築します。 これには、検索可能なグラフィカル・ユーザー・インターフェースを備えた集中管理システムを提供する仮想化マネージャーや、ホストや仮想マシンを狙った攻撃に対してハイパーバイザーを強化するセキュアな仮想化技術が含まれます。 Red Hatのハイパーバイザーは、Ubuntuを含む多くのOSを動かすことができます。


仮想デスクトップ統合(VDI)

タイプ1のハイパーバイザーは、サーバーOS以外のものも仮想化できます。 また、エンドユーザーのITリソースを一元的に管理したい企業のために、 デスクトップOSを仮想化する ことも可能です。

仮想デスクトップ統合(VDI)により、ユーザーは中央のサーバー上の仮想マシン内で動作するデスクトップで作業できるため、ITスタッフはOSの管理やメンテナンスが容易になります。

この環境では、ハイパーバイザーが複数の仮想デスクトップを実行します。 各デスクトップはそれぞれのVMに格納され、仮想デスクトップ・プールと呼ばれるコレクションに収められます。 各VMは、ネットワークを介してアクセスする1人のユーザーにサービスを提供しています。

ユーザーのエンドポイントは、比較的安価なシン・クライアントでも、モバイル・デバイスでも構いません。 これにより、同じデスクトップOSに一貫してアクセスできるという利点があります。 機密データを安全な環境の外に移すことなく、どのデバイスでも同じデータやアプリケーションを利用することができます。

ユーザーは、ハイパーバイザーに直接接続することはありません。 その代わり、コネクション・ブローカにアクセスし、ハイパーバイザーと連携してプールから適切な仮想デスクトップを調達します。

VMware Horizonのような製品は、これらの機能を1つの製品で提供しており、自社のオンプレミス・サービスまたは ホスティングされたクラウド・サービス・プロバイダー経由で提供されます。


トラブルシューティング

ハイパーバイザーには非常に多くのメーカーが存在するため、それぞれのトラブルシューティングには、ベンダー自身のサポート・ページにアクセスし、製品固有の修正を行う必要があります。 ただし、よくある問題として、すべてのVMを起動できないことがあります。 これは、ホストの物理的なハードウェア・リソースを使い切ってしまった場合に起こります。 この問題を解決するには、ハイパーバイザーの管理ソフトウェアを使用して、ホストコンピューター にリソースを追加するか、VMのリソース要件を減らすことができます。

VMの起動を停止させるハイパーバイザーのもう1つの一般的な問題は、VMのチェックポイントまたはスナップショットが破損していることです。 このため、VMのバックアップは、エンタープライズ・ハイパーバイザー・ソリューションに不可欠な要素となっていますが、ハイパーバイザーの管理ソフトウェアでは、ファイルを最後の有効なチェックポイントにロールバックし、その状態で起動できる場合があります。 ただし、それはあなたの作品の一部を失うことを意味するかもしれません。


ハイパーバイザー | IBM

メインフレーム・コンピューター用として、IBMは1960年 にハイパーバイザーを開発しました。 現在、 IBM z Systemsのメインフレーム用ハイパーバイザーである IBM z/VMは、1台のメインフレーム上で何千ものLinux仮想マシンを実行することができます。 IBM PowerVM は、 IBM Power Systems上で動作するAIX、IBM i、およびLinuxのオペレーティング・システムを提供します。

IBMは、クラウドで様々な仮想化製品をサポートしています。 IBM Cloud Virtual Servers は、完全に管理され、カスタマイズ可能で、お客様のコンピューティング・ニーズの増加に応じてスケールアップできるオプションを備えています。

現在、オンプレミスで仮想化を行っている場合は、IBM VMwareパートナーシップの ソリューションをチェックします 。

 IBM Cloud のアカウントを作成し 、すぐに始められます。


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