サーバー仮想化とは、物理サーバーのリソースを、独立して隔離された複数の仮想サーバーに分割できるようにする概念およびテクノロジーです。これにより、同じ物理サーバー上で複数のオペレーティングシステム（OS）を稼働させられます。
サーバー仮想化は新しい考え方ではありません。しかし、ビジネス上のメリットから、2000年代以降、特に世界的なデジタルトランスフォーメーションやクラウドの台頭に伴い、その利用は大幅に増加しました。サーバー仮想化はパフォーマンスを向上させ、コストを削減し、ITリソースを管理しやすくします。
サーバー仮想化の仕組みとは？
物理サーバーとは、コンピューティング、メモリ、ストレージ、ネットワークインターフェースの各コンポーネントを備えた、データセンターのハードウェアおよびソフトウェアデバイスです。これらのサーバーはオンプレミスに導入され、ブレード型、ラック型、タワー型など、複数のフォームファクターがあります。
サーバー仮想化では、こうしたデータセンターのハードウェアを分離します。このプロセスには、ハイパーバイザーという、別のコンピューター上で1つ以上の仮想デスクトップインスタンスを実行・管理するために設計された専用ソフトウェアプログラムを使用します。ハイパーバイザーは基本的に、仮想マシン（VM）と呼ばれる仮想コンピューターの表現を作成します。
この抽象化が行われると、プロセッサー、メモリ、ストレージボリューム、ネットワークなど、すべての物理リソースが認識され、それらのリソースのエイリアスが作成されます。ハイパーバイザーは、抽象化したすべての仮想リソースと、仮想リソースと物理的な対応リソース間のデータ交換を管理します。
各VMには仮想プロセッサー、メモリ、ストレージ、ネットワーク、OS、ソフトウェアが割り当てられ、VMは物理データセンターから隔離されます。これにより、組織は基盤となる物理サーバーハードウェアに完全に依存せず、サーバー資産のクラスター全体でアプリケーションワークロードを実行できます。健全な仮想化インフラストラクチャは、実行中のワークロードのプロセッサー利用率と信頼性を最大化します。
サーバー仮想化のコンポーネント
アプローチによって異なりますが、サーバー仮想化では、ホストマシン、VM、ハイパーバイザー、コンテナなど、さまざまなコンポーネントを使用します。一般的な仮想サーバーを構成するすべてのコンポーネントは次のとおりです。
- ホストマシン：仮想化が行われる物理サーバーハードウェア。
- 仮想マシン（VM）：従来のサーバー環境から抽象化された資産を含むもの。
- ハイパーバイザー：VMを作成・維持する専用ソフトウェア。ベアメタルサーバー上でネイティブに実行することも、既存のOS上にホストすることもできます。
- ハイパーコール：APIを使用してリソースを共有するため、準仮想化ハイパーバイザーとOSの間で送信されるメッセージ。
- コンテナ：仮想化されたOS内に作成される独立したユーザー環境。コンテナエンジンを使用すると、複数のコンテナで基盤となるホストOSの同じインターフェースと共有ライブラリを利用できます。コンテナは、サーバーの中核となるホストOSからさらに隔離するため、ハイパーバイザーやVMの内部に導入されることがよくあります。
サーバー仮想化の3つのアプローチ
大まかに言えば、すべての仮想化テクノロジーは、物理サーバーを最適化するという同じ目標を目指しています。つまり、リソースを分割し、より柔軟にプロビジョニングできるようにすることです。
仮想化の具体的なアプローチは、仮想化を検討する組織のニーズと制約によって決まります。
完全仮想化
完全仮想化では、異なるOSで動作させるために変更する必要のない、完全に自律したVMをハイパーバイザーによって作成・維持します。ソフトウェア支援型のアプローチでも実現できますが、IntelとAMDが2000年代半ばに新しいx86 CPU拡張機能を開発して以来、ハードウェア支援型の完全仮想化が主流になっています。
Microsoft Hyper-V、Oracle VM VirtualBox、VMware vSphereは、主要な完全仮想化製品です。
準仮想化
準仮想化では、アプリケーション・プログラミング・インターフェース（API）を使用して、ハイパーバイザーとOSの間でハイパーコールを送信します。これにより、各VMが互いを認識し、通信してリソースを共有できます。PVとも呼ばれる準仮想化は、ハードウェア支援型仮想化をサポートしないシステムアーキテクチャでも実行できます。完全仮想化を実現する製品の大半は、準仮想化にも対応しています。
OSレベルの仮想化
OSレベルの仮想化 はハイパーバイザーを必要としません。その代わり、物理サーバーのOSにハイパーバイザーのように機能する仮想化機能が含まれており、コンテナと呼ばれる複数のユーザー環境を作成します。Oracle Solarisは、OSレベルの仮想化製品として最も有名なものの1つです。
クラウドに仮想化が不可欠な理由
仮想化がなければ、クラウドコンピューティングは不可能です。仮想化はクラウドの中核要素です。クラウドコンピューティングプロバイダーは、クラウド環境内でワークロードを実行し、ネットワーク全体でリソースを抽象化、プール、共有します。そのため、仮想化は極めて重要です。
サーバーを仮想化することで、Microsoft Azure Cloud、Google Cloud Platform（GCP）、IBM Cloud、Oracle Cloud、Amazon Web Services（AWS）などのプロバイダーは、セルフサービスアクセス、即時のインフラストラクチャ拡張、動的なリソースプールを提供できます。
クラウドプロバイダーはデータセンターに数万台の物理サーバーを保有しているかもしれませんが、エンドユーザーが実際の物理サーバーハードウェアにアクセスすることはありません。その代わり、クラウドサービスは、さまざまなサイズと構成のVMクラウドインスタンスによるサーバー仮想化を提供します。
サーバー仮想化を利用することで、クラウドプロバイダーは、Infrastructure as a Service（IaaS）、Platform as a Service（PaaS）、Software as a Service（SaaS）など、企業や個人に幅広いサービスを提供します。
IaaSモデルでは、ユーザーはクラウドプロバイダーからVM、ストレージ、ネットワークリソースを借りられます。一方、PaaSでは、企業がプラットフォームを利用してアプリケーションを開発、導入、管理します。最後に、SaaSモデルでは、ユーザーはクラウドでホストされたソフトウェアアプリケーションにアクセスします。複合型サービスも一般的です。
サーバー仮想化は、クラウドプロバイダーがハードウェアとソフトウェアの資産およびリソース全体をより適切に管理できるようにするだけでなく、非常に低コストでユーザーにサービスを提供する柔軟性と拡張性ももたらします。
サーバー仮想化のメリット
サーバー仮想化には多くのメリットがあり、特に組織のイノベーションと効率性に関して有効です。運用コストの削減、ワークロード導入の迅速化、ディザスタリカバリの改善などが挙げられます。
- 運用コストの削減（OpEx）：仮想化されたサーバーは通常、従来のインフラストラクチャより必要な物理スペースが少なく、消費電力も少なくて済みます。また、より少ないハードウェアで可用性を高められるため、サーバーハードウェアの継続的な維持コストは、従来の環境で同じ可用性を実現する場合に必要なコストより大幅に低くなります。
- ワークロード導入の迅速化：IT管理者は、従来の環境よりはるかに短時間でVMをセットアップまたは複製できます。つまり、サーバーと管理チームの生産性を高められます。
- ディザスタリカバリとレジリエンスの向上：災害復旧に備えた対策として、他のVMへデータをバックアップして複製することがはるかに容易になります。災害が避けられず発生した場合でも、VMは失われたデータを迅速に復元し、長期かつ高額なダウンタイムを回避できます。
サーバー仮想化のデメリット
サーバー仮想化には、パフォーマンスの問題、設備投資、アプリケーションの制約などのデメリットもありますが、ほとんどの場合、メリットがそれを上回ります。
- パフォーマンスの信頼性：ビジネスクリティカルなアプリケーションは通常、仮想サーバーよりベアメタルサーバー上のほうが優れたパフォーマンスを発揮します。ただし、仮想化テクノロジーの進歩に伴い、パフォーマンスの差は縮まっています。
- 設備投資（CapEx）の増加：仮想化サーバーの初期費用は通常、ベアメタルサーバーより高くなります。しかし前述のとおり、継続的なコストによって時間の経過とともにこの投資が相殺されます。
- すべてのアプリケーションを仮想化できるわけではない：一部のアプリケーションは仮想環境向けに適応・最適化されていないため、従来のサーバー容量を維持し、ハイブリッドエコシステムを採用しなければならない場合があります。
- VMの乱立リスク：VMの乱立とは、VMの数が管理能力を上回る状態です。ハードウェア、メモリ、コンピューティング能力、ネットワークの制約などが原因で、適切な計画なしにVMが作成されたり、十分に管理されなかったりすると、サーバーの容量を使い果たす可能性があります。
- スキルと経験が不可欠：仮想サーバーの運用には、仮想化環境を設計、実装、導入、管理できる人材が必要です。クラウドプロバイダーは使いやすい機能やテクノロジーの提供に努めていますが、仮想化を活用する企業は、円滑な運用を実現するためITスタッフの専門知識に依存しています。
サーバー仮想化の10のユースケース
どのようなテクノロジーでも、企業がサーバー仮想化のメリットを享受できるのは、そのテクノロジーをビジネス目標に適合させた場合に限られます。ベストプラクティスに従えば、サーバー仮想化は企業が現実の課題を解決し、効率性を高め、目標を達成するのに役立ちます。
サーバー仮想化の代表的なユースケースを10個紹介します。
1. 統合とコスト削減
サーバー仮想化の最も広く普及したユースケースは、ビジネスインフラストラクチャの統合です。企業はシステムをより適切に管理し、コストを削減し、パフォーマンスを向上させるために、資産の統合を目指します。
さらに、インフラストラクチャを統合することで、企業はオンプレミスリソースの取得・管理コストを削減しながら、最新テクノロジーを導入して利用できます。サーバー仮想化は、エネルギーコスト、保守費用、ITサポート費用、ライセンス費用の節約にも役立ちます。
2. 可用性とディザスタリカバリ
サーバーが停止したりパフォーマンスに問題が生じたりした場合、VMはライブまたは手動で移行できます。これにより、企業がダウンタイムや可用性の欠如による悪影響を受けるのを防げます。
サーバー仮想化は、企業のディザスタリカバリ能力の向上にも役立ちます。災害が発生した場合でも、本番サーバーの仮想レプリカを迅速に復旧し、データ損失を抑えられます。
3. テストと開発
企業には、システム、ソフトウェア、アプリケーションをテスト・開発するための管理された環境が必要です。サーバー仮想化とVMにより、開発者はビジネスクリティカルなシステムを損なうことなく作業し、新しい資産が計画どおりに動作することを確認できます。これにより、ソフトウェアのバグや脆弱性を減らし、企業の時間とコストを節約できます。
4. アプリケーション提供
サーバー仮想化は、VMがアプリケーションをホストすることで、ユーザーにアプリケーションを提供するためにも使用されます。ユーザーはVMにリモートアクセスし、自分のデバイスからアプリケーションを利用できます。これにより、企業はITインフラストラクチャの柔軟性を高められます。
5. 集中化
データ主導の時代に意思決定を支えるには、企業はサイロを解消し、データストレージと分析を活用する必要があります。サーバー仮想化により、管理者はITインフラストラクチャ、データストレージ、ビジネスインテリジェンスツールを管理するためのリソースをより適切に利用できます。サーバー仮想化はシステムとデータを集中化し、複雑性を軽減し、拡大するインフラストラクチャとシステムの管理に役立ちます。
6. マルチプラットフォーム対応とアプリケーション開発
サーバー仮想化を利用すれば、開発者は同じ物理サーバー上で異なるOSやアプリケーションを実行でき、時間とコストを節約できます。Webアプリやモバイルアプリの開発から、レガシーシステムや多様なワークロードのサポートまで、企業はマルチプラットフォーム対応のためにサーバー仮想化を利用します。仮想サーバーとVMはアプリケーション開発を加速します。
こうした抽象的なユースケースから、企業はシステムを微調整して、現代のデジタル時代に不可欠となった、より具体的なプロセスを実行できます。
7. ビッグデータ分析
サーバー仮想化は、データレイク、データマート、データウェアハウスを作成することでビッグデータ分析を可能にし、これらが後に分析や予測分析を支えます。これらのテクノロジーにより、企業はサプライチェーンをより適切に管理し、事業の重要な側面を可視化し、機会とリスクを把握し、需要と供給や売上などの具体的な問題に対処できます。
8. データガバナンスとコンプライアンス
企業は、複雑化する規制環境の要求に応えるため、規制を遵守し、強力なガバナンスおよびコンプライアンスプログラムを整備する必要があります。サーバー仮想化により、企業はコンプライアンスをより適切に管理し、データの品質、セキュリティ、プライバシーを確保するためのポリシーを設定できます。
9. サイバーセキュリティ
データ仮想化は機密データをマスキングし、不正アクセスから保護できます。さらにサーバー仮想化は、分離性の向上によってサイバーセキュリティを強化し、マルウェア侵害を防ぎ、攻撃対象領域を縮小し、可視性と脅威検知を高め、復旧計画を支援します。
10. イノベーション
サーバー仮想化を通じて、企業はクラウドプロバイダーが提供する最新テクノロジーにアクセスし、テストして導入できます。かつて最先端テクノロジーの導入は非常に高額で、すべての企業が利用できるものではありませんでした。現在は、クラウドプロバイダーとサーバー仮想化のおかげで、あらゆる企業がAI、ボット、不正検知ソフトウェア、翻訳ツール、機械学習モデルなどの最新機能にアクセスし、即座に導入できます。
サーバー仮想化ソフトウェアの主要ベンダー3社
サーバー仮想化が世界中のデータセンターで成長を続ける中、多くのソフトウェアベンダーが仮想化市場の巨人となっています。ここでは、2023年に最も人気が高く評価されている仮想化ベンダーを3社紹介します。
VMware
VMwareはサーバー仮想化市場のリーダーで、主力製品としてvSphereを擁しています。同社はvSphere、vCenter、vSANなど、幅広い製品を提供しています。同社の製品は、仮想化環境の管理、保護、最適化に必要な機能を豊富に備えていることで知られています。VMware vSphereは複数のOS、アプリケーション、ハードウェアアーキテクチャをサポートし、あらゆるクラウド環境に導入できます。（VMware vSphereの詳細レビューをご覧ください。）
Microsoft
MicrosoftのHyper-V（現在はAzure Virtual Machinesとして再ブランド化が進められています）。Hyper-VはLinuxを含むOSをサポートし、ライブマイグレーション、フェイルオーバークラスタリング、ネットワーク仮想化、記憶域スペースなどの機能を提供します。Hyper-Vは特に中小企業（SMB）から高く評価されています。（Azure Virtual Machinesの詳細概要をご覧ください。）
Citrix
Citrixは、サーバー仮想化市場をリードするもう1社のベンダーです。同社のCitrix Hypervisor製品は、単一または複数の物理サーバー上でVMを作成・管理できます。Citrix HypervisorはWindowsを含む複数のOSをサポートし、ライブマイグレーション、高可用性、動的メモリ制御、GPU仮想化などの機能を提供します。Citrixは開発者の間で人気があり、セキュリティ機能でも知られています。（Citrix Hypervisorの詳細レビューをご覧ください。）
市場のその他の主要ベンダーには、次の企業・製品があります。
まとめ：サーバー仮想化でデジタル世界を支える
私たちが知るデジタル世界は、サーバー仮想化と仮想マシンがあって初めて実現しています。イノベーションが加速し、あらゆる分野でデジタル化が進む中、サーバー仮想化は今後もクラウド環境の中心であり続けるでしょう。
アプリケーション開発からコンプライアンス、セキュリティ、ビジネスインテリジェンス、デジタルトランスフォーメーション、革新的なテクノロジーへのアクセスと導入まで、サーバー仮想化は複雑性、リスク、コストを削減しながら、パフォーマンスとスケーラビリティを高めます。
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