仮想マシン (VM) は、単一の物理マシン内で複数の仮想化コンピュータ システムを作成し、運用できるようにするテクノロジです。各仮想マシンは分離された自己完結型の環境として機能し、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同じハードウェア上で同時に実行できます。VM は、ソフトウェア開発、クラウド コンピューティング、サイバー セキュリティなど、さまざまな業界で広く使用されており、リソース使用率の向上、分離、柔軟性など、さまざまな利点があります。
仮想マシン（VM）の起源と最初の言及の歴史
仮想化と仮想マシンの概念は、IBM がメインフレーム コンピュータ用に CP-40 および CP-67 システムを開発した 1960 年代初頭にまで遡ります。これらのシステムでは、「仮想マシン」の概念が導入され、オペレーティング システムの複数のインスタンスを同じハードウェア上で実行できるようになり、メインフレームのリソースを効果的に分割できるようになりました。
しかし、「仮想マシン」という用語は、1974 年に Gerald J. Popek 氏と Robert P. Goldberg 氏が発表した画期的な論文「仮想化可能な第 3 世代アーキテクチャの正式な要件」で正式に使用されました。この論文では、コンピューター アーキテクチャが仮想化を効率的にサポートするために必要な条件が概説されています。彼らの研究は、現代の仮想化テクノロジの開発の基礎を築きました。
仮想マシン (VM) の詳細情報
仮想マシンは、基盤となるハードウェアを抽象化し、各ゲスト オペレーティング システムに分離された独立した環境を提供することで機能します。ハイパーバイザまたは仮想マシン モニタ (VMM) と呼ばれる VM のソフトウェアは、物理ハードウェアと仮想マシン間のやり取りを管理します。ハイパーバイザは、CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークなどのリソースを各 VM に割り当て、それらが互いに独立して動作できるようにします。
ハイパーバイザーには主に 2 つの種類があります。
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タイプ 1 ハイパーバイザー (ベアメタル ハイパーバイザー): このタイプのハイパーバイザーは、基盤となるオペレーティング システムを必要とせず、物理ハードウェア上で直接実行されます。例としては、VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen などがあります。
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タイプ 2 ハイパーバイザー (ホスト型ハイパーバイザー): このタイプのハイパーバイザーはホスト オペレーティング システム上で実行され、リソース管理をそのシステムに依存します。例としては、VMware Workstation、Oracle VirtualBox、Parallels Desktop などがあります。
仮想マシン（VM）の内部構造とその仕組み
仮想マシンの内部構造には、次の主要コンポーネントが含まれます。
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ハイパーバイザー (VMM): ハイパーバイザーは、仮想マシンの管理とオーケストレーションを担うコア ソフトウェアです。基盤となる物理リソースを抽象化し、各 VM に提示します。
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仮想マシンモニター (VMM): 仮想マシン モニターは、各仮想マシンの実行を制御し、それらが互いに独立して動作することを保証する役割を担います。
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ゲストオペレーティングシステム: 各仮想マシンは独自のゲスト オペレーティング システムを実行しますが、これはホスト オペレーティング システムとは異なる場合があります。ゲスト OS は、リソースの割り当てと管理のためにハイパーバイザーと対話します。
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仮想ハードウェア: ハイパーバイザーは、エミュレートまたは仮想化されたハードウェア インターフェイスをゲスト オペレーティング システムに提供します。これらの仮想ハードウェア コンポーネントには、仮想 CPU、仮想メモリ、仮想ディスク、仮想ネットワーク インターフェイスが含まれます。
これらのコンポーネント間の相互作用により、VM は専用の物理マシン上で実行されているかのようにアプリケーションを実行できます。
仮想マシン (VM) の主要機能の分析
仮想マシンは、さまざまなアプリケーションにとって非常に役立ついくつかの重要な機能を提供します。
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分離： VM は互いに分離されており、ホスト システムからも分離されています。この分離によりセキュリティと安定性が確保され、クラッシュやセキュリティ侵害が発生した場合でも、1 つの VM が他の VM に影響を与えることを防ぎます。
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リソースの共有: VM はホスト マシンの物理リソースを効率的に共有できます。ハイパーバイザーは、事前定義されたルールに基づいて仮想マシン間でリソースを公平に分配します。
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スナップショットとクローン作成: VM は簡単にクローン作成またはスナップショットを作成できるため、迅速な展開とテストが可能になります。スナップショットは特定の瞬間の VM の状態をキャプチャするため、問題が発生した場合に簡単にロールバックできます。
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ライブマイグレーション: 高度なハイパーバイザーはライブ マイグレーションをサポートしており、ダウンタイムなしで VM を 1 つの物理ホストから別の物理ホストに移動できます。
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互換性: VM はさまざまなハードウェア プラットフォームやアーキテクチャ間で互換性を提供するため、仮想化システムの転送と実行が容易になります。
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リソースの活用： VM を使用すると、ハードウェア リソースを最適に活用できるため、コストとエネルギー消費が削減されます。
仮想マシン (VM) の種類
仮想マシンにはさまざまな種類があり、それぞれ異なるユースケースに合わせて調整されています。主な VM の種類は次のとおりです。
| タイプ | 説明 |
|---|---|
| 完全仮想化 | VM はハードウェア環境全体をエミュレートし、さまざまなゲスト オペレーティング システムの使用を可能にします。例としては、VMware ESXi や Microsoft Hyper-V などがあります。 |
| 準仮想化 | パフォーマンスと効率を向上させるには、ゲスト オペレーティング システムを変更する必要があります。Xen は、一般的な準仮想化ハイパーバイザーです。 |
| ハードウェア支援VM | VM のパフォーマンスと分離性を向上させるために、特定の CPU 機能 (Intel VT-x、AMD-V など) に依存します。 |
| OSレベルの仮想化 | コンテナとも呼ばれるこれらは、ハードウェアではなくオペレーティング システムを仮想化し、軽量で高速なインスタンスを提供します。Docker はよく知られた例です。 |
仮想マシン（VM）の使用方法、問題、解決策
仮想マシン (VM) の使用方法:
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ソフトウェア開発とテスト: VM は、開発者に分離された再現可能な開発およびテスト環境を提供し、ソフトウェア開発プロセスを高速化します。
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サーバー統合: VM を使用すると、単一の物理マシン上で複数のサーバーを実行できるため、ハードウェア コストが削減され、管理が簡素化されます。
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レガシー アプリケーションのサポート: VM は古いソフトウェアや互換性のないソフトウェアをホストできるため、レガシー アプリケーションと最新のハードウェア間の橋渡しとなります。
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クラウドコンピューティング： クラウド サービス プロバイダーは、VM を利用して、スケーラブルで柔軟なインフラストラクチャを顧客に提供します。
問題と解決策:
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パフォーマンスのオーバーヘッド: VM では、仮想化によりパフォーマンスのオーバーヘッドが発生する可能性があります。ハードウェア支援による仮想化と適切なリソース管理により、この問題を軽減できます。
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リソース競合: VM 間でのリソースの不適切な割り当ては、リソースの競合につながる可能性があります。定期的な監視と容量計画は、これを防ぐのに役立ちます。
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セキュリティリスク: VM が適切に分離されていない場合、1 つの VM のセキュリティ侵害が他の VM に影響を及ぼす可能性があります。ハイパーバイザーと VM をセキュリティ パッチで最新の状態に保つことが重要です。
主な特徴と類似用語との比較
| 学期 | 説明 |
|---|---|
| 容器 | コンテナはオペレーティング システムを仮想化し、ホスト OS のカーネルを共有して、起動時間が短い軽量インスタンスを提供します。VM はより強力な分離を提供しますが、より重くなります。 |
| 仮想プライベートサーバー | 仮想プライベート サーバー (VPS) は、ホスティング会社が提供する仮想化サーバーです。複数の VPS インスタンスを持つ物理サーバー上で実行されます。VM は VPS インスタンスになることができますが、すべての VPS ソリューションが VM テクノロジを使用するわけではありません。 |
| エミュレータ | エミュレーターは、ターゲット システムのハードウェアおよびソフトウェア環境全体を複製して、そのシステム用のソフトウェアを実行します。一方、VM はハードウェア環境を仮想化しますが、システム全体を複製するわけではありません。 |
| ハイパーバイザー | ハイパーバイザーは、VM の管理を担当するソフトウェアです。タイプ 1 (ベアメタル) またはタイプ 2 (ホスト型) ハイパーバイザーのいずれかになります。 |
仮想マシン（VM）に関する将来の展望と技術
仮想マシンの将来は有望であり、いくつかのトレンドとテクノロジーがその進化を推進しています。
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エッジコンピューティング: VM はエッジ コンピューティング環境で重要な役割を果たし、エンド ユーザーに近い多様なアプリケーションをサポートする柔軟でスケーラブルなソリューションを提供します。
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サーバーレスコンピューティング: サーバーレス アーキテクチャは、VM とコンテナを活用して、開発者が基盤となるインフラストラクチャを管理することなくコードを実行できるようにします。
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GPU 仮想化: GPU 仮想化テクノロジーの進歩により、VM はグラフィックスを多用するアプリケーションを効率的に利用できるようになります。
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ネストされた仮想化: ネストされた仮想化がより一般的になり、VM が他の VM をホストできるようになり、テストおよび開発環境が容易になります。
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強化されたセキュリティ機能: VM はセキュリティ機能の向上により進化し続け、攻撃に対する分離と保護を強化します。
プロキシ サーバーを仮想マシン (VM) で使用する方法または関連付ける方法
プロキシ サーバーと仮想マシンは、特にサイバー セキュリティとプライバシーの観点で密接に関連しています。VM を使用すると、専用のプロキシ サーバーをセットアップして、ユーザーのセキュリティとプライバシーを強化できます。VM 内でプロキシ サーバーを実行すると、ユーザーは実際の IP アドレスを隠し、オンライン アクティビティを保護し、地理的制限を回避できます。さらに、VM を使用するとプロキシ サーバーの管理と展開が容易になるため、OneProxy (oneproxy.pro) などのプロキシ サービス プロバイダーにとって貴重なツールになります。
関連リンク
仮想マシン (VM) の詳細については、次のリソースを参照してください。
仮想化への依存度が高まり、スケーラブルで効率的なコンピューティングの需要が高まる中、仮想マシンはテクノロジーの未来を形作る上で引き続き重要な役割を果たします。ソフトウェア開発やクラウド コンピューティングからサイバーセキュリティやプライバシーの強化まで、VM はさまざまな業界やアプリケーションに多用途で強力なソリューションを提供します。
