データセンター管理者が直面するさまざまな仮想化テクノロジーの選択方法

すべての破壊的技術と同様に、サーバー仮想化は静かに登場し、その後爆発的に普及し、最終的にはエネルギーを節約するための統合スキームの結果として受け入れられるようになりました。今日、多くの企業が仮想化テクノロジーを使用して、ハードウェア リソースの使用率を向上させ、災害復旧を実行し、オフィスの自動化を改善しています。この記事のグループでは、サーバー、ストレージ、アプリケーション、デスクトップ仮想化テクノロジの 3 つの観点から、物理ハードウェアの制限を排除する方法を紹介します。

仮想化テクノロジーを使用すると、ユーザーは仮想サーバー (仮想マシンとも呼ばれる) を動的に有効にすることができます。各仮想サーバーは、オペレーティング システム (およびそこで実行されているすべてのアプリケーション) を騙して、仮想マシンが実際のハードウェアであると認識させることができます。複数の仮想マシンを実行すると、物理サーバーのコンピューティング能力を最大限に活用し、データセンターの変化するニーズに迅速に対応することもできます。

仮想化の概念は新しいものではありません。メインフレーム コンピュータは、1970 年代初頭から、それぞれが独立したオペレーティング システムの複数のインスタンスを同時に実行していました。しかし、ハードウェアとソフトウェアの進歩により、業界標準に基づいた一般的な x86 サーバー上での仮想化が可能になったのはごく最近のことです。

実際、今日のデータ センター管理者は、独自のものからオープン ソースのものまで、さまざまな仮想化ソリューションに直面しています。一般に、それぞれは 3 つの基本テクノロジのいずれかに基づいていますが、どのテクノロジが最も効果的であるかは、仮想化される特定のワークロードと優先ビジネス目標によって異なります。

完全に仮想化

最も一般的な仮想化方法では、ハイパーバイザーと呼ばれるソフトウェアを使用して、仮想サーバーと基盤となるハードウェアの間に抽象化レイヤーを作成します。 VMware と Microsoft の Virtual PC は、このアプローチを代表する 2 つの商用製品であり、カーネルベースの仮想マシン (KVM) は Linux システム用のオープン ソース製品です。

ハイパーバイザーは CPU 命令をキャプチャし、ハードウェア コントローラーや周辺機器にアクセスするための命令の仲介役として機能します。したがって、完全仮想化テクノロジを使用すると、ほぼすべてのオペレーティング システムを変更せずに仮想サーバーにインストールすることができ、ユーザーは仮想化環境で実行されていることを認識しません。主な欠点は、ハイパーバイザーがプロセッサにオーバーヘッドを課すことです。

完全に仮想化された環境では、ハイパーバイザーはベアハードウェア上で実行され、ホスト オペレーティング システムとして機能しますが、ハイパーバイザーによって管理される仮想サーバーはクライアント オペレーティング システム (ゲスト OS) を実行します。

準仮想化

完全仮想化では、ハイパーバイザーが各仮想サーバーを管理し、それらを相互に独立させる必要があるため、プロセッサを大量に消費します。この負担を軽減する 1 つの方法は、ゲスト オペレーティング システムを変更して、仮想環境で実行されていると認識させ、ハイパーバイザーと連携させることです。このアプローチは準仮想化と呼ばれます。

Xen はオープンソースの準仮想化テクノロジの一例です。オペレーティング システムを Xen ハイパーバイザー上の仮想サーバーとして実行する前に、カーネル レベルで特定の変更を加える必要があります。したがって、Xen は BSD、Linux、Solaris などのオープン ソース オペレーティング システムでは適切に機能しますが、変更できないため、Windows などの独自のオペレーティング システムを仮想化するには適していません。

準仮想化技術の利点は、高いパフォーマンスです。準仮想化サーバーはハイパーバイザーと連携して動作し、非仮想化サーバーとほぼ同じ応答性を実現します。準仮想化は完全仮想化に比べて明らかに利点があり、Microsoft と VMware の両社はそれぞれの製品を改善するためにこのテクノロジを開発しています。

オペレーティング システム層の仮想化

仮想化を実装する別の方法は、オペレーティング システム レベルで仮想サーバー機能を追加することです。 Solaris Container はその一例であり、Virtuozzo/OpenVZ は Linux 用のソフトウェア ソリューションです。

オペレーティング システム レベルの仮想化に関しては、別個のハイパーバイザー レイヤーは存在しません。代わりに、ホスト オペレーティング システム自体が、複数の仮想サーバー間でハードウェア リソースを割り当て、それらを相互に独立させる役割を担います。明らかな違いの 1 つは、OS レベルの仮想化では、すべての仮想サーバーで同じ OS を実行する必要があることです (ただし、各インスタンスには独自のアプリケーションとユーザー アカウントがあります)。

オペレーティング システム層の仮想化の柔軟性は比較的低いですが、ネイティブの速度パフォーマンスは比較的高いです。さらに、このアーキテクチャではすべての仮想サーバーで単一の標準オペレーティング システムを使用するため、異機種環境よりも管理が容易になります。

ハードウェアがソフトウェアを強化する

メインフレームとは異なり、PC ハードウェアは仮想化を考慮して設計されておらず、最近まで、面倒な処理はすべてソフトウェアによって行われていました。 AMD と Intel による最新世代の x86 プロセッサの発売により、CPU レベルで初めて仮想化サポートが追加されました。

残念ながら、両社は独自に技術を開発したため、コードに互換性がありませんでした。ただし、ハードウェア仮想化のサポートにより、ハイパーバイザーは管理の負担から解放されます。これにより、パフォーマンスが向上するだけでなく、Windows 環境を含む準仮想化環境でオペレーティング システムを変更せずに実行できるようになります。

CPU レベルの仮想化テクノロジは自動的には動作しません。これを具体的にサポートするには、仮想化ソフトウェアを開発する必要がありました。しかし、この技術の利点は非常に魅力的であるため、今後もさまざまなタイプの仮想化ソフトウェアが開発され続けることが予想されます。

3つの技術の評価

各仮想化方法にはそれぞれ利点があり、どれを選択するかはユーザーの具体的な状況によって異なります。同じオペレーティング システムに基づくサーバーのグループは、オペレーティング システム層を介した統合に最適です。

準仮想化テクノロジーは、両方の利点を兼ね備えています。仮想化テクノロジをサポートするプロセッサと一緒に導入すると、その利点はさらに明らかになります。優れたパフォーマンスを提供するだけでなく、さまざまな異機種クライアント オペレーティング システムを実行する機能も提供します。

完全仮想化は、3 つのアプローチの中でパフォーマンスへの影響が最も大きいですが、ゲスト オペレーティング システムを相互に、またホスト オペレーティング システムから完全に分離できるという利点があります。ソフトウェアの品質保証とテストに最適で、幅広いクライアント オペレーティング システムもサポートします。

完全に仮想化されたソリューションは、追加の独自の機能を提供します。たとえば、仮想サーバーの「スナップショット」を取得して状態を保存し、災害復旧に役立てることができます。この仮想サーバー イメージを使用すると、新しいサーバー インスタンスを迅速にプロビジョニングできます。自社製品の評価版を、ダウンロード可能なパッケージ化された仮想サーバー イメージとして提供し始めるソフトウェア企業も増えています。

物理サーバーと同様に、仮想サーバーにも継続的なサポートとメンテナンスが必要です。サーバー仮想化の人気の高まりにより、物理から仮想への移行ユーティリティから仮想化テクノロジの主要なシステム管理コンソールに至るまで、従来の IT 環境から効率的でコスト効率の高い仮想環境への移行プロセスを簡素化するように設計されたサードパーティ ツールの市場が活況を呈しています。