ハイパーバイザーとは?

ハイパーバイザとは

ハイパーバイザーは、仮想マシン (VM)を作成して実行し、各 VM の必要に応じてホスト サーバーのコンピューティング、ストレージ、およびネットワーク リソースを割り当てるソフトウェア プロセスです。ハイパーバイザーは仮想マシン モニター (VMM)とも呼ばれます。VMM は、各 VM が独立して動作することを保証し、競合を防ぎ、複数のワークロード間でパフォーマンスを最適化します。

ハイパーバイザーは、サーバー仮想化を実現する上で重要な役割を果たしますが、サーバー仮想化自体はクラウド コンピューティングを実現するために不可欠です。広義では、仮想化とは、ソフトウェアを使用して物理リソースをシミュレートまたはエミュレートすることを指します。ハイパーバイザーは、VM とそのプログラムを基盤となる物理サーバー ハードウェアから抽象化して分離し、物理リソースのより効率的な使用、メンテナンスと操作の簡素化、コストの削減を実現します。

ハイパーバイザーはなぜ重要ですか?

ハイパーバイザーは、ほとんどの物理ハードウェアが一度に1つのオペレーティングシステムしか実行できないという大きな技術的な問題を解決できました。単一のOSがハードウェアのキャパシティを完全に活用することは稀であるため、この制約はリソースの無駄遣いを引き起こしていました。

ハイパーバイザーは、仮想化された物理サーバーのリソース (メモリ、ネットワーク帯域幅、CPU サイクルなど) を集約し、それらのリソースを仮想マシンと呼ばれる仮想環境に割り当てることで、上記の制約に対処します。VM は基本的にソフトウェア ベースのコンピュータであり、OS やアプリなど、物理コンピュータと同じリソースにアクセスできます。ただし、ハイパーバイザーを使用すると、複数の VM をゲストとして実行できるため、基盤となるホスト マシンの物理リソースをより効率的に使用できます。各 VM は、あらゆるサービス、アプリ、またはオペレーティング システム専用のマシンとして機能することができるため、たとえば、単一のサーバー上で複数の異なる OS を実行できます。また、ハイパーバイザーは VM を論理的に分離し、クラッシュ、エラー、セキュリティ攻撃など、同じハイパーバイザー上の他の VM の問題の影響から各 VM を保護します。

ハイパーバイザのメリット

ハイパーバイザーを使用する理由は何ですか?ハイパーバイザーは現代の IT インフラストラクチャにおいて重要な役割を果たし、組織が効率、柔軟性、セキュリティを最大限に高めることを可能にします。ハイパーバイザーは物理リソースを仮想化することで、企業がシームレスに拡張し、サーバーの使用率を最適化し、回復力を強化するのに役立ちます。コスト削減からセキュリティの向上、データ復旧の高速化まで、ハイパーバイザーの利点は、今日のクラウドおよびオンプレミス環境に不可欠なコンポーネントとなっています。以下は、それらが提供する主な使用上の利点の一部です。

• 高速、俊敏性、拡張性：顧客からの要望や、開発者からのテスト環境の要求のたびに新たな環境をプロビジョニングする必要がなくなります。仮想化することで、必要に応じていつでも新たな VM を容易かつ迅速にスピンアップし、実行できます。また、各サーバーが多数の VM を管理できるため、スケーリングも容易です。

• サーバー利用の効率化：ハイパーバイザにより、サーバーのリソースがフル活用できるようになります。仮想化とハイパーバイザが導入されるまでは、利用可能なリソースの半分未満しか使用していない複数のサーバーを稼働させていたことが一般的でした。

• セキュリティの向上：1 台の物理ホストサーバーで数十台の VM が稼働していても、各 VM は互いに隔離されています。そのメリットは、攻撃者が 1 台の VM へ侵入しても、ハイパーバイザを通じて同じサーバー上にある他の VM には自動的に侵入することができない点です。

• 移植性とワークロードバランシング：VM の OS とアプリケーションを物理ホストから切り離すことで、 VM をあるホストから別のホストへ中断することなく容易に移行できます。また、IT 部門が必要に応じて複数のサーバーにリソースを割り当てることも可能です。

• 耐障害性の向上：ハイパーバイザではノードに障害が発生した場合、VM を迅速かつ容易に移動して、リソースを再割り当てできるため、高可用性の維持と稼働時間の改善に役立ちます。 

• コスト削減：仮想化では 1 台のサーバーで多数の VM を使用できるため、必要なハードウェアの数が減り、組織の CapEx（資本的支出）を節約できます。また、物理的なフットプリントの縮小により、電力、冷却、保守の費用も削減できるため、OpEx（運用コスト）の節約にもつながります。

• データ復旧の迅速化：VM 内のデータが破損したり、マルウェア攻撃に感染した場合、一部のハイパーバイザではスナップショットからデータを復元できるため、完全なバックアップを復元する必要はありません。

ハイパーバイザの種類

Type 1 ハイパーバイザ

タイプ 1 ハイパーバイザーは物理サーバーに直接インストールされるため、「ベアメタル」ハイパーバイザーとも呼ばれます。物理サーバーのリソースに直接アクセスできるため、タイプ 1 ハイパーバイザーは非常に効率的です。この設計により、攻撃対象領域と侵害の可能性が制限されるため、タイプ 1 ハイパーバイザーのセキュリティも向上します。タイプ 1 ハイパーバイザーは、強力なセキュリティ、スケーラビリティ、安定性、およびパフォーマンスが主な理由で、エンタープライズ IT コンテキスト内で最も一般的な選択肢となっています。最も広く使用されているハイパーバイザーの例としては、 Nutanix AHV 、VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Citrix Hypervisor などがあります。

Type 2 ハイパーバイザ

タイプ 2 ハイパーバイザーは、物理サーバーの既存の OS 上でアプリケーションとして実行されるという点で異なります。物理サーバーとハイパーバイザーの間に位置するホスト OS 上で実行されるため、「ホスト型」ハイパーバイザーとも呼ばれます。タイプ 2 ハイパーバイザーは、タイプ 1 よりもレイテンシとリスクの露出が大きいため、サーバーベースの環境には適していません。ただし、インストールは比較的簡単で、複数のオペレーティング システムを実行する必要があり、パフォーマンスとセキュリティが主要な懸念事項ではない個人の PC ユーザーなど、特定の使用例ではうまく機能します。

クラウドハイパーバイザとは

クラウドコンピューティングの利用が一般的になった今、仮想化とハイパーバイザがクラウドにおいて、いかに重要かを認識しておくことが重要です。クラウドハイパーバイザは、クラウドプロバイダが所有するデータセンター内の物理サーバー上で稼働する VM を監督・制御します。これらのハイパーバイザにより、クラウドアーキテクチャ全体にわたって分散されたワークロードの管理が容易になります。通常、クラウドアーキテクチャはマルチテナントで、単一のアーキテクチャを複数の顧客に割り当てて使用します。

クラウドでは拡張性は無限に近く、組織は使用したリソースに対してのみ料金を支払います。ハイパーバイザを活用することでクラウドの俊敏性とスピードのメリットを享受できます。ユーザーは仮想環境でデータやアプリケーションにアクセスできますが、組織のアプリとデータの制御権は IT 部門が有したままです。また、ハイパーバイザにより、ワークロードとアプリケーションをクラウドに容易に移行できるため、俊敏性と効率が向上します。

ハイパーバイザとコンテナの比較

ハイパーバイザーとコンテナにはいくつかの重要な類似点がありますが、何よりもまず、それらが同じものではないことを知っておくことが重要です。どちらもある程度の仮想化を可能にし、最新のアプリケーションをより高速かつ効率的にする手段として人気があります。ただし、これらのことを実行する方法は異なります。

Hypervisors（ハイパーバイザー）

• 独自のオペレーティング システムとアプリケーションを備えた VM の作成を可能にし、それらをホストする物理サーバーから独立して実行します。
• ソフトウェア環境を物理基盤から分離する
• 物理サーバーの使用率を最大化し、ホストごとに複数のVMを作成して管理します。

コンテナ

• アプリケーションのデータと構成のチャンクを含むソフトウェア パッケージ。アプリケーションをどのオペレーティングシステムでも実行できるようにする

• アプリケーションを特定のオペレーティングシステムから分離する

• 特定のアプリケーションの開発と展開によく使用され、超ポータブルで非常に軽量です。

両者の類似点

• 物理ハードウェアからの抽象化- ハイパーバイザーとコンテナはどちらも、基盤となる物理インフラストラクチャからワークロードを抽象化し、柔軟性とリソース効率を向上させます。

• 効率的なリソース利用- どちらのテクノロジも、単一の物理マシン上で複数のワークロードを実行することにより、コンピューティング リソースの使用を最大化するのに役立ちます。

• スケーラビリティ– VM を使用する場合でもコンテナを使用する場合でも、組織は需要に応じて環境を迅速に拡大または縮小できます。

• クラウドと DevOps のサポート– ハイパーバイザーとコンテナはどちらもクラウド コンピューティングと DevOps ワークフローで広く使用されており、アプリケーションの自動化、移植性、効率的な展開を可能にします。

VM やアプリケーションの要素を物理ハードウェアとオペレーティングシステムから抽象化する機能により、ハイパーバイザとコンテナは、どちらも今日の最先端 IT アーキテクチャに不可欠な要素となっています。

ハイパーバイザーとKubernetes

ハイパーバイザーはハードウェアを仮想化して複数の仮想マシンを実行しますが、 Kubernetes は最小限のオーバーヘッドでアプリケーションをパッケージ化するコンテナーをオーケストレーションします。現代の IT インフラストラクチャでは、両方のテクノロジが並行して動作することがよくあります。

• 強力な分離または特定の OS レベルのサポートを必要とするモノリシック アプリケーションまたはレガシー アプリケーション用の VM
  

• 大規模に管理されるマイクロサービスおよびポータブルでステートレスなアプリ用のコンテナ

多くの企業は、VM の分離性とセキュリティをコンテナのスピードと俊敏性と組み合わせて、仮想マシン上で Kubernetes クラスターを実行しています。このモデルは、リソースの抽象化が重要なハイブリッド クラウドおよびマルチクラウド環境で一般的です。

オープンソースハイパーバイザー

オープンソース ハイパーバイザーは、ユーザーが単一の物理マシン上で複数のオペレーティング システムを実行できるようにする仮想化プラットフォームであり、柔軟性とコスト削減を実現します。注目すべき例をいくつか挙げます。

• Linux カーネルベースの仮想マシン: Linux カーネルに直接組み込まれた KVM は、Linux をタイプ 1 (ベアメタル) ハイパーバイザーに変換し、ネイティブに近いパフォーマンスで複数の仮想マシンを実行できるようにします。Proxmox VE や OpenStack など、多くの仮想化プラットフォームの基盤として広く使用されています。

• Xen プロジェクト: 準仮想化とハードウェア仮想化の両方をサポートする強力なハイパーバイザー。堅牢な分離機能とセキュリティ機能を備えているため、クラウド環境で広く使用されています。

• Proxmox VE : KVM および LXC コンテナを統合し、仮想マシン、ストレージ、およびネットワークを管理するための Web ベースのインターフェイスを提供する、Debian ベースのオープンソース仮想化管理プラットフォーム。

ハイパーバイザのセキュリティに関する考慮事項

仮想マシン (VM) 環境は、システムの残りの部分からは隔離されているため、特定のVM内で稼働しているものが、ホストハードウェア上のその他のVMで実行中のものに一才影響を及ぼしたり、干渉することがありません。万が一VMが侵入された場合でも、システム全体に影響は及びません。

しかし、サイバー犯罪者がハイパーバイザーを侵害することが知られています。このような侵害の影響により、ハイパーバイザーが管理するすべての VM に問題が発生し、各 VM のデータが脆弱な状態になる可能性があります。

セキュリティプロトコルおよび要件は、ハイパーバイザーの種類によって異なります。

ハイパーバイザを選択する際の重要な検討事項

• 複雑さ- ハイパーバイザーの導入と管理はどの程度簡単ですか?メンテナンスとトラブルシューティングには、専用のスペシャリストに加えて、別の製品とコンソールが必要ですか?それとも、IT ゼネラリストが効率的に学習し管理できるほどユーザーフレンドリーでしょうか?
• パフォーマンス - ミッションクリティカルなアプリケーションをサポートできるだけの十分な性能を備えているか?本番環境における性能のベンチマークを確認してみましょう (可能な限り実環境の状況に近い状態で確認)。
• コスト - ライセンス料は必要か? それとも、より大きなソリューションにビルトインされているか?
• エコシステム- ハイパーバイザーは豊富なエコシステムをサポートしていますか?たとえば、最も広く使用されているゲスト オペレーティング システムをサポートしていますか?Microsoft、Suse、RedHat、Ubuntu、CentOS。Microsoft SQL Server 、 Microsoft Exchange 、SAP、 Oracle 、 Citrix 、Splunk、VMware Horizon などの主要なエンタープライズ アプリとテクノロジーをサポートしていますか?

Nutanix ハイパーコンバージドインフラ（HCI）ソリューションのメリット

複雑な従来のインフラストラクチャからハイパーコンバージェンスのシンプルさに移行することによるメリットは数多くありますが、組織が移行を行う主な理由としては、コストの削減、パフォーマンスの向上と一貫性、データセンターの占有スペースの縮小、IT チームの効率と生産性の向上、インフラストラクチャの ROI の最大化などが挙げられます。

• ターンキーインフラストラクチャ：サーバー、ストレージ、ネットワーク、仮想化リソースを統合し、エンドツーエンドのシステム管理と運用管理の機能を提供します。
• 迅速なデプロイメント：わずか数分でインフラをデプロイできるため、IT 部門はビジネスを支援するアプリケーションやサービスに注力できるようになります。
• 完全なソフトウェア駆動型：主要なサーバープラットフォームをはじめ、さまざまなハードウェアプラットフォームをサポートしています。
• 選択の自由：ビルトインされた仮想化機能、または、任意のハイパーバイザの使用を選択できます。また、サーバーのデプロイメントには、幅広い選択肢からサーバーベンダーを選択するか、事前統合されたアプライアンスを　OEM から購入するかを選択できます。
• 優れたパフォーマンスと耐障害性- 各ノードで実行される Nutanix HCI ソフトウェアは、すべての動作機能をクラスター全体に分散します。
• 極めて柔軟な構成：単一のクラスタに対して、ストレージ、CPU、メモリリソースの量が異なるタイプのノードを無制限に追加できるため、さまざまなワークロードを最大限の効率で実行可能です。