仮想化を学んだとしても、まだ分からないことがあります。

仮想化技術とは

コンピュータにおける仮想化とは、サーバ、ネットワーク、メモリ、ストレージなど、コンピュータのさまざまな物理リソースを抽象化して変換し、物理構造間の不可分な障壁を打ち破り、ユーザーが元の構成よりも優れた方法でこれらのリソースを使用できるようにするリソース管理テクノロジです。これらの新しい仮想リソース部分は、既存のリソースが地理的または物理的に展開される方法によって制約されません。一般的に、仮想化されたリソースにはコンピューティング能力とデータ ストレージが含まれます。

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仮想化テクノロジーのカテゴリは何ですか?

1. ハードウェア仮想化

2. 仮想マシン（VM）、実際のマシンのようにプログラムを実行できるコンピュータのソフトウェア実装

• ポータブル アプリケーションを使用すると、オペレーティング システムにインストールしなくても、プログラムをポータブル デバイスで実行できます。
• クロスプラットフォーム仮想化により、特定のCPUまたはオペレーティングシステム用のソフトウェアを、Wineなどの他のプラットフォームで変更せずに実行できるようになります。
• 仮想化プラットフォーム上で実行される仮想デバイス、アプリケーション指向の仮想マシンイメージ
• シミュレーター
• 完全な仮想化、機密命令はオペレーティングシステムとハードウェア間でキャプチャおよび処理され、クライアントオペレーティングシステムを変更する必要がなく、IBM CP/CMS、VirtualBox、VMware Workstationなどの仮想マシンですべてのソフトウェアを実行できます。
• ハードウェア支援型仮想化では、ハードウェア（主にCPU）を使用して機密命令の処理を支援し、VMware Workstation、Xen、KVMなどのクライアントオペレーティングシステムを変更することなく完全な仮想化機能を実現します。
• 部分的な仮想化: オペレーティング システム全体ではなく、一部のアプリケーションのみを仮想化します。
• 準仮想化/準仮想化は、基盤となるハードウェアに似ているが同一ではないソフトウェア インターフェイスをアプリケーションに提供します。クライアントのオペレーティングシステムは、初期のXenのように変更する必要がある。
• オペレーティング システム レベルの仮想化。これにより、オペレーティング システム カーネルは、Parallels Virtuozzo Containers、Unix 系システムの chroot、Solaris の Zone など、複数のユーザー空間エンティティをサポートできるようになります。
• プラットフォーム仮想化は、オペレーティングシステムとハードウェアプラットフォームのリソースを分離します。
• アプリケーション仮想化、オペレーティングシステムとアプリケーション間の仮想環境の作成

3. 仮想メモリ。隣接していないメモリ領域やハードディスク領域を、統一された連続したメモリアドレスに仮想化する。

4. ストレージ仮想化。ハードディスクなどの物理ストレージスペースを異なる論理ストレージスペースに分割します。

5. ネットワーク仮想化、異なるネットワークのハードウェアとソフトウェアのリソースを仮想的に統合する

仮想プライベート ネットワーク (VPN) は、大規模ネットワーク (通常はインターネット) 内のさまざまなコンピューター (ノード) を暗号化された接続を介して接続することによって形成される仮想ネットワークであり、ローカル エリア ネットワークと同様の機能を持ちます。

メモリ仮想化は、ネットワークシステム内のランダムアクセスメモリを集約して、統合された仮想メモリプールを形成します。

6. デスクトップ仮想化、ローカルコンピュータ上でリモートコンピュータのデスクトップを表示および操作し、プログラムを実行し、リモートコンピュータ上で情報を保存する

7. データベース仮想化

8. ソフトウェア仮想化

9. サービス仮想化

10. 仮想化開発のタイムライン

仮想化しない方が良い

仮想化は良いことですが、データセンターですべてを仮想化できるわけではありません。以下にリストされているサーバーは、仮想化プラットフォームへの統合には適していません。

近年、仮想化技術は IT 業界の発展に大きく貢献してきましたが、万能ではない場合もあります。

データ センターの場合、仮想化によりコストを節約し、データ センターの容量を最大限に活用し、データをより適切に保護できます。リソース仮想化管理により、CIO に具体的な指標が提供され、IT 部門の運営がより効率的になります。

仮想化には多くの利点があるため、仮想化は必ずしも良いことなのかという疑問が生じます。

仮想化が理想的ではない特殊なケースがいくつかあります。データセンターに不可欠なリソースは、物理サーバー上に展開する必要があります。これらのリソースを仮想化プラットフォームに配置することは不可能ではありませんが、物理サーバーに配置することを避けることは合理的なリスクです。

仮想マシンの原理

仮想マシンは、実際のコンピューティング環境を抽象化してシミュレートしたものです。 VMM は、仮想プロセッサのレジスタの完全なセット、物理メモリの使用状況、仮想デバイスの状態など、仮想マシンの状態を管理するために、各仮想マシンにデータ構造のセットを割り当てる必要があります。 VMM が仮想マシンをスケジュールすると、その状態の一部がホスト システムに復元されます。すべての状態を復元する必要はありません。たとえば、ホスト CR3 レジスタには、ゲスト OS によって設定された値ではなく、VMM によって設定されたページ テーブル物理アドレスが格納されます。ホスト プロセッサは、ゲスト OS のマシン命令を直接実行します。ゲスト OS は低い権限レベルで実行されるため、ホスト システムの特権状態にアクセスする場合 (GDT レジスタへの書き込みなど)、権限が不十分なためにホスト プロセッサが例外を生成し、実行権限を VMM に自動的に返します。さらに、外部割り込みが発生すると VMM も実行されます。

VMM は、まず仮想マシンの現在の状態を状態データ構造に書き戻し、仮想マシンが一時停止されている理由を分析し、次にゲスト OS に代わって対応する特権操作を実行する必要がある場合があります。ゲスト OS が CR3 レジスタを変更する場合などの最も単純なケースでは、仮想マシンの状態データ構造を更新するだけで済みます。一般的に言えば、ほとんどの場合、VMM は、本来単純な操作を完了するために複雑なプロセスを実行する必要があります。最後に、VMM は実行権をゲスト OS に返し、ゲスト OS は最後に中断された場所から実行を続行するか、VMM によって「挿入」された仮想割り込みと例外を処理します。この従来の仮想マシン操作モードは、Trap-And-Emulate と呼ばれます。仮想マシンはゲスト OS に対して完全に透過的であり、ゲスト OS を変更する必要はありません。ただし、VMM の設計はより複雑になり、システム全体のパフォーマンスが大幅に低下します。