仮想化テクノロジの重要な用語と技術的説明

仮想化テクノロジにおける重要な用語と技術的な説明

仮想化テクノロジの発展に伴い、仮想化テクノロジにはより多くの名詞と用語が使用されています。それは一般的に仮想化技術の特定の機能に関連しており、それらを理解することは特定の仮想化技術を習得して正しい仮想化製品を選択するのに非常に役に立つことができます。

（1）仮想マシン仮想マシン

一般に、仮想化テクノロジによってシミュレートされるハードウェアを指します。それはオペレーティングシステムの操作のための模擬ハードウェア環境を提供する。

（2）ゲストOS（Guest OS）

仮想マシン上で稼働しているオペレーティングシステムをゲストオペレーティングシステムと呼びます。 「顧客」は「ゲストである」と理解でき、仮想マシンで起動されたコンピュータは基本オペレーティングシステムでは「ゲストである」と見なすことができます。

（3）ハイパーバイザーハイパーバイザー

仮想化テクノロジでは、ハイパーバイザーは仮想マシンの管理と監視を提供するソフトウェアで、基本的な物理層とゲストオペレーティングシステム（ゲストOS）にあります。その間、仮想マシンまたはアプリケーションがハードウェアを共有することを許可できます。それをVMM（Virtual Machine Monitor）と呼ぶ人もいますが、Hyperviosrが監視できるだけでなく、仮想マシンを管理し、仮想マシンとハードウェアデバイスを調整する機能もあるので、Hyperviosrがより適切であると思います。仮想化テクノロジのコンポーネント間の関係を図2-1に示します。

（クリックすると拡大します）図2-1仮想化テクノロジのさまざまなコンポーネントの関係図

（4）完全仮想化（完全仮想化）

完全仮想化では、Hypervisorは対応するハードウェアデバイスをエミュレートすることによって、仮想マシンでシミュレートされたハードウェア環境でゲストオペレーティングシステムを実行します。このソリューションは、1960年にIBMメインフレームによって使用された仮想化テクノロジです。そのため、元の仮想化と呼ぶ人もいます。このテクノロジでは、仮想マシンは、ゲストオペレーティングシステム（Guest OS）と元のハードウェアの間のコーディネータとして機能します。そのため、仮想マシンが特定のリソースに同時にアクセスするときの動作の競合を防ぐために、ハードウェアデバイス上の特定の保護された命令をハイパーバイザーでキャプチャして処理する必要があります。

（5）部分的な仮想化

ハイパーバイザーは基盤となるハードウェアの一部のみをシミュレートするため、ゲストオペレーティングシステムは変更せずに仮想マシンで実行することはできません。コンピュータの歴史の中で、部分仮想化は完全仮想化への道における重要なマイルストーンであり、最初の世代のタイムシェアリングシステムCTSSとIBM M44 /44X実験的タイムシェアリングシステムで初めて登場しました。これは一般的な意味で仮想マシンとは見なされないことがありますが、歴史上非常に重要なページです。

（6）準仮想化

準仮想化（また、準仮想化から並列仮想化への変換）Hypervisorは、ゲストオペレーティングシステム用の特別なプログラミングインターフェイスを提供します。使用するには、ゲストオペレーティングシステムを準仮想化環境で実行するように変更する必要があります。準仮想化テクノロジでは、ゲストオペレーティングシステムがハードウェアと直接対話できるため、パフォーマンスは完全仮想化より優れています。ただし、Hypervisorによって提供される特別なプログラミングインターフェイスのために、ゲストオペレーティングシステムはカスタマイズされなければならず、したがって異なるハードウェアプラットフォームへの移植の利便性を失います。同時に、クライアントはハードウェアと直接対話するために特別なプログラミングインターフェースを使用するので、クライアントがハードウェアを操作することに失敗すると、それはハードウェア上のすべてのゲストオペレーティングシステムの操作に影響を与えるでしょう。

（7）OSレベルの仮想化

オペレーティングシステム層の仮想化では、独立したホストがオペレーティングシステム層で仮想化され、複数の独立したホストが可能になります。仮想化サーバーは単一のコンピューター上で稼働します。ゲストオペレーティングシステム環境は、ホストサーバーと同じオペレーティングシステムを共有します（たとえば、同じシステムカーネルを使用してクライアント環境を作成します）。プログラムは、スタンドアロンシステムと見なされるクライアント環境で実行されます。簡単に言うと、オペレーティングシステムはユーザーごとに別々のパーティションに分割されているため、ユーザーは使用するときに別のコンピューターを使用するように感じます。オペレーティングシステムレイヤの仮想化では、ゲストオペレーティングシステムをインストールする必要はありませんが、オペレーティングシステムと同じ仮想マシンのみを仮想化できます。たとえば、SunのSolarisオペレーティングシステムはこのテクノロジを使用して、Solarisオペレーティングシステムのユーザー用に複数の独立したオペレーティングシステムスペースを仮想化します。

（8）ライブ移行

動的移行とは、仮想マシンの実行中に仮想マシンをあるコンピュータから別のコンピュータに移行することです。ある組織に2つのサーバーAとBがあり、それぞれ16個のCPU、サーバーAで8個の仮想マシンが実行され、仮想マシンごとに1個のCPUがあるとします。サーバーBでは、実行中の仮想マシンも8つあり、各仮想マシンは1つのCPUしか使用しません。この状況は長期間続き、両方のサーバーの使用率はわずか50％でした。サーバーA、B上のハイパーバイザーがライブマイグレーションをサポートしている場合、サーバーB上のすべての仮想マシンをサーバーAに移動し、サーバーBをシャットダウンすることができます。これは、サーバーAの効率を向上させるだけでなく、1つのサーバーのリソースを節約するという意味でもあり、これは一種の「グリーンテクノロジー」（英語では「Green IT」と呼ばれます）です。同時に、動的移行も自動回復の役割を果たすことができ、ハードウェアの問題が解決しない場合は、以前に構成された他のハードウェアに自動的に移行します。

（9）ハードウェア支援による仮想化

ハードウェア支援による仮想化では、仮想マシンの作成、ゲストオペレーティングシステムの監視および独立した実行を可能にするためにハードウェアサポートが必要です。ハードウェア支援仮想化は、最初にＩＢＭ Ｓｙｓｔｅｍ ／ ３７０によって導入された最初の仮想マシンオペレーティングシステムＶＭ ／ ３７０を使用するために１９７２年に導入された。 2005年と2006年に、IntelとAMDはそれぞれ仮想化に対する追加のハードウェアサポートを提供しました。 IntelはそれをVTと呼び、AMDはAMD-Vと呼びます。ハードウェア支援仮想化とは、ハードウェア（主にホストプロセッサ）のサポートによる効率的で完全に仮想化されたサポートを指します。ゲストOSとハイパーバイザーの実行環境は自動的かつ完全に分離されており、ゲストOSには最高レベルで直接実行できる独自の「フルセットのレジスタ」があります。 Intel-VTとAMD-Vは、今日のx86アーキテクチャで利用可能な2つのハードウェア支援仮想化テクノロジです。

ハードウェア支援による仮想化では、まず、従来のプラットフォームで仮想化のパフォーマンスがどのような要因によって制限されるのかを把握する必要があります。仮想化テクノロジを使用すると、単一の物理サーバー上で複数の異なる仮想マシンを実行できます。これには、複数の仮想システムを作成および管理するための物理サーバーが必要です。仮想化テクノロジの中心にあるのはハイパーバイザーです。これは、複数の仮想化関連タスクを正常に完了するための鍵です。 Hypervisorは、複数の異なるオペレーティングシステムインスタンスを同時に管理し、これらのインスタンス間のプロセス切り替えを管理して、各仮想マシンが基盤となるプロセッサ、メモリ、ローカルディスクなどのハードウェアリソースにアクセスできるようにします。また、競争力のあるメカニズムを介して異なるインスタンス間でコンピューティングリソースを分散しながら、異なる仮想マシン間の相対的な独立性も確保します。

IntelとAMDが対応するハードウェア支援仮想化テクノロジを導入する前は、仮想化プラットフォームのパフォーマンス問題は主にプロセッサ内の対応する内部命令セットの欠如に焦点を当てていたため、プロセッサの仮想化タスクは保証できませんでした。効率的に完了しました。これらの仮想化タスクの割り当てはソフトウェアレベルで実装されているため、仮想マシンの経験、リソース管理、および効率の点で非常に劣っています。簡単に言えば、仮想マシンが何か悪いことをした場合、サーバー全体が影響を受けます。 AMDとIntelは、新しい仮想化ニーズを満たすために新しいプロセッサのアップグレードに取り組んでいます。これらのアップグレードにより、ゲストOS間のリソースの競合や制限が軽減され（さらには解消され）、仮想マシンインスタンスのセキュリティとパフォーマンスが大幅に向上します。

Hypervisorは仮想マシンが基本的なハードウェアデバイスにアクセスするためのさまざまな方法を仮想マシンに提供するため、仮想マシンが誤った操作のためにアクセスされるべきではない基盤となるハードウェアコントロールにアクセスする場合インターフェイスは他のコンピュータに影響を与える可能性があるため、ハードウェアベンダは仮想マシンがハードウェアレベルで互いに干渉しないように特別なインターフェイスを提供する必要があります。

Intel - VTテクノロジは、ハイエンドのパーソナルコンピュータおよびサーバ用の新しいテクノロジと見なされています。ハイエンドのIntel CPUのみがこのテクノロジに参加しています。 AMDのAMD-Vテクノロジバスは、Phenom IIなどのAMDの新しいCPUで広く使用されています。

IntelかAMDかにかかわらず、開発者向けのハードウェア支援仮想化テクノロジは、CPU命令セットの最後のセットです。ただし、異なるベンダー間のCPU命令セットは互換性がありません。たとえば、Intel-VTのFlex Migration機能を使用すると、仮想化プラットフォームでIntel-VT命令セットをサポートする複数の物理サーバー間で仮想マシンをすばやく簡単に移行できます。ただし、この拡張移行機能はAMDプロセッサプラットフォームでは利用できません。異なるプロセッサベンダーのプラットフォーム間での移行は、深刻なパフォーマンス問題やシステム障害を引き起こす可能性があります。したがって、クラウドインフラストラクチャを構築する際には、コストの考慮事項とインフラストラクチャの互換性の問題の両方を考慮する必要があります。

実際の作業では、完全仮想化および準仮想化テクノロジが広く使用されていますが、より一般的で比較的入手が容易な仮想化製品をいくつか選択します。
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