仮想化とは

仮想化とは、名前が示すとおり、物理的なものの仮想バージョンを構築することを意味します。データセンターの構成要素で仮想化されるものには、オペレーティングシステム、サーバー、ストレージデバイス、デスクトップなどがあります。仮想化では、アプリケーションや OS などのテクノロジーが抽象化され、基盤となるハードウェアまたはソフトウェアから分離されます。ハードウェアの仮想化では仮想マシン（VM）を構築します。VM は、「物理的な OS を搭載した物理的なコンピュータ」の代わりとして利用されます。

仮想マシンとは

仮想マシン（VM）とは、コンピュータシステムのエミュレーションのことです。ハイパーバイザーによって基盤となるハードウェアが複製され、複数のオペレーティングシステムを実行します。VM は 50 年ほど前から存在しますが、最近の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利用拡大に伴い、普及がますます広がっています。主要な仮想化スタックとハイパーバイザーには、ESXi を搭載した VMware vSphere、Hyper-V を搭載した Microsoft Windows Server 2016、AHV を搭載した Nutanix Acropolis、Citrix XenServer、Oracle VM などがあります。

ハイパーバイザーとは

ハイパーバイザーとは、ハードウェアとオペレーティングシステム（OS）を抽象化し、独自のメモリ、ストレージ、CPU の処理能力、ネットワーク帯域幅を持つ仮想マシンに分離するソフトウェアを意味します。各 VM の分離、VM 間の通信を可能にする機能も、ハイパーバイザーの重要な役割の一つです。

ハイパーバイザーは、ハードウェアをモデル化するために連携する以下の 3 つのコンポーネントから構成されています。

• Dispatcher：VM に何をするかを指示する

• Allocator：システムのリソースを割り当てる

• Interpreter：実行命令を処理

仮想化のしくみ

ビジネスにおいて仮想化技術を利用する主な理由の 1 つに、ハイパーバイザーを使用してハードウェアを「複製」するサーバー仮想化技術があります。非仮想化の環境において、ゲスト OS はハードウェアと連携して動作するのが一般的です。仮想化した場合、OS はまだハードウェア上にあるかのように動作し続けるため、ハードウェアがなくても期待する性能の多くを享受できます。物理的なハードウェアの性能と仮想化の性能は、必ずしも同等ではありません。しかし、ほとんどの OS はハードウェアへの完全なアクセスを必要としないため、仮想化は依然として機能し、好まれる傾向にあります。

仮想化を利用することで、企業は優れた柔軟性と制御性を享受し、単一のハードウェアに依存する必要がなくなります。サーバー仮想化の成功により、仮想化技術はアプリケーション、ネットワーク、データ、デスクトップなど、他の領域にも広がっています。

仮想化のメリット

仮想化ソリューションは、エンタープライズデータセンターを効率化します。仮想化されたデータセンターは、仮想化ソリューションのデプロイメントと管理の複雑さを抽象化によって解消し、モダンデータセンターに必要な柔軟性を提供します。

当然のことながら、仮想化は、電力、冷却、ハードウェアのコストの削減や環境に優しい IT 環境の構築に役立ちます。ただし、仮想化ソリューションのメリットはコスト削減のみだけではありません。組織が仮想化を推進するのには、他にも多くの理由があります。

• サーバー台数の最小化：仮想化により、必要なサーバー台数を最小化できるため、サーバーが多く配置されたデータセンターで発生する熱の蓄積を削減できます。データセンターでの物理的な「混雑」が少なければ、発熱量は減少し、熱の放散に投じる費用と調査を減らすことができます。

• ハードウェア数の削減：ハードウェアの最小化は、コスト削減のカギです。仮想化によって、ハードウェアの使用量を削減できるほか、最も重要な保守、ダウンタイム、電力を経時的に削減できます。

• 迅速な再デプロイメント：仮想化により、新たなサーバーを容易かつ迅速に再デプロイできます。サーバーが停止した場合でも、わずか数分で仮想マシンのスナップショットがサポートします。

• 容易なバックアップ：仮想化によって、バックアップははるかにシンプルになります。VM は、終日バックアップの実行とスナップショットの取得を行うため、常に最新のデータを利用できます。また、VM をサーバー間で移動させることができるため、より迅速に再デプロイできます。

• コストと炭素排出量の削減：データセンターを仮想化すればするほど、必然的にデータセンターのフットプリントと全体的な炭素排出量を削減できます。データセンターのフットプリントの縮小は、地球環境にやさしいだけでなく、ハードウェア、電力、冷却コストを大幅に減らすことにつながります。

• 優れたテスト環境：テストと再テストを行う場合は、ハードウェアドリブンな環境よりも、仮想化環境が適しています。VM はスナップショットを保持するため、テスト中にエラーが発生した場合でも前のスナップショットに戻ることができます。

• ハードウェア環境を問わず、あらゆるマシンを実行：仮想化は、ソフトウェアとハードウェア間の抽象化レイヤーを提供します。これは、VM は特定のハードウェアに依存しないため、あらゆるマシンをあらゆるハードウェア上で実行できることを意味し、ベンダーロックインによる拘束を回避できます。

• 効果的なディザスタリカバリ：データセンターが仮想インスタンスに依存している場合は、ディザスタリカバリ対策への負担は極めて少なく、ダウンタイムの大幅な短縮と発生頻度の低減が可能になります。また、最新のスナップショットを利用して VM を稼働することも、マシンを別の場所に移動させることもできます。

• データセンターのクラウド化：仮想化は、データセンターの「クラウド化」に役立ちます。完全に、または大部分が仮想化された環境はクラウド環境を模倣し、クラウドへの移行に向けた準備を進めることができます。さらに、VM をクラウドにデプロイすることも選択できます。

仮想化の種類

• データ仮想化：データの仮想化は、複数のアプリケーションや物理的な場所からのデータを統合して利用できるようにするデータ管理の一種です。データの複製や移動は必要ありません。データの仮想的なビューのために、さまざまなデータベースに接続する単一の仮想抽象レイヤーを作成します。
• サーバー仮想化：サーバーの仮想化とは、 1 台のサーバーの複数のインスタンスを作成することです。これらのインスタンスは 1 つの仮想環境を表します。各仮想環境内には、独立したオペレーションシステムがあり、それぞれが単独で実行できます。これにより、1 つの運用マシンで多数のマシンの処理を行うことができるため、散在するデータを増加されることなく、運用費用を節約できます。
• OS 仮想化：OS の仮想かは、サーバーの仮想化に類似しています。ホストオペレーティングシステムは、Linux や Windows などの複数の独立した OS システムを 1 台のマシンで動作させるように再構成されます。これにより、複数のユーザーが異なるアプリケーションで同時に作業できるようになります。これは、OS レベルの仮想化としても知られています。
• デスクトップ仮想化：デスクトップ仮想化（VDI） は、主となるデスクトップ環境を、他のデバイイスと分離するソフトウェアの一種です。これにより、1 つのデスクトップ環境を一度に多くのマシンにデプロイできるため、時間と IT リソースを節約できます。また、仮想化デスクトップ全体への更新のデプロイメントや、システムの修正、セキュリティプロトコルの一括での追加が容易に行えるようになります。
• ネットワーク仮想化：ネットワーク仮想化は、ネットワークのハードウェアとソフトウェアの機能を単一のエンティティに統合します。リソース仮想化と組み合わせることが一般的で、複数のリソースを統合し、それを個別のセグメントに分割して必要なデバイスやサーバーに割り当てます。このタイプの仮想かは、ネットワークのスピード、拡張性、信頼性を向上させます。
• ストレージ仮想化：ストレージの仮想化とは、複数の小さなデバイスからストレージリソースを取りだし、1 つの大きなストレージデバイスにまとめることです。管理者は、VM や物理サーバーを介して、単一の中央コンソールから必要に応じてこのストレージを利用できます。そのために、ソフトウェアはストレージ要求を受け取り、必要な容量を持つデバイスを判断します。

組織が仮想化を選ぶべき理由

クラウドライクの IT 環境の実現をめざす組織は、まず仮想化に着目する必要があります。自社のデータセンターを仮想化することにより、サーバーリソースをはるかに効率的に使用できるようになります。以前は、1 つのアプリケーション（例えば電子メールなど）を 1 つのサーバーに専有する必要がありました。その場合、複数のアプリケーションの処理のために多くのサーバーを配置する必要がある、またはサーバー全体のリソースが十分に活用されないという別の問題に直面することになります。

いずれにせよ、この手法は高額で多くのスペースを消費し、非効率です。仮想化ソリューションにより、IT チームは単一の仮想マシン上で複数のアプリケーション、ワークロード、OS を実行できます。また、リソースを柔軟に追加または削除できます。仮想化することで、ビジネスの状況に応じて柔軟に拡張できます。需要が増減した場合でも、組織はリソースの利用状況を把握して変化に対する迅速な対応ができるようになります。

仮想化の進化

オペレーティングシステム（OS）の仮想化が誕生したのは、今から何十年も前のことです。この形態では、ソフトウェアを利用することで、1 台のハードウェアが複数のオペレーティングシステムを同時に実行できるようになります。メインフレームから始まったこの技術によって、IT 管理者は高額な処理能力にお金をかける必要がなくなりました。

1960 年代、仮想化と仮想マシン（VM）はタイムシェアリング性能を備えた、大きくてかさばる複数のメインフレームからスタートしました。こうしたマシンのなかでも、最も顕著な存在が IBM 360/67 です。これは、1970 年代になるとメインフレームの世界の定番となりました。その後、1980 年代に仮想マシンがパソコンの中心部分となるまでに、そう時間はかかりませんでした。

しかし、仮想化の導入が主流となったのは、1980 年代後半から 90 年代初期にかけてです。IBM のメインフレーム上の VM のように、現在も一部利用されているものもありますが、かつての人気はなく、メインフレームをビジネスの必需品と見なす企業はごくわずかです。VM を主流にした最初の組織は、Insignia Solutions です。Insignia Solutions は、SoftPC という x86 ベースのソフトウェアエミュレーターを開発しました。この成功によって、Apple、Nutanix、その後には Citrix など、より多くの組織が独自の仮想化製品を構築するようになりました。