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仮想化技術は、近年のデジタル化が進んだ環境下において必要不可欠な技術の1つです。ただ仮想化技術という言葉を聞いたことがあってもそれが何か分からない人は少なくないでしょう。
仮想化技術は、物理的なITリソースを削減してコスト削減に大きく役立ちます。自社のITリソースの見直しを検討している場合は、仮想化技術の知識が重要です。
本記事では、仮想化技術に関する基礎や種類、特徴、導入時の注意点などを解説していきます。
金融機関常駐SEとして、常駐先の社内システム開発に携わっている現職SE。 開発に関する上流から下流まで経験。最近ではSalesforceなどのSFAツールを用いたシステム開発に着手。
仮想化技術とは？
仮想化技術は、物理的なハードウェアリソースであるサーバーやストレージ、ネットワークなどを仮想化ソフトを活用して統合・分割することで、1台のハードウェアが複数あるように利用可能にする技術です。
例えば、サービス提供に必要なサーバーは従来1つサービスに対して1つの物理サーバーが必要になっていました。
しかし、技術の発展によってサーバーの容量や処理能力があがり従来1サーバーに1サービスという考え方では、サーバーのもつ処理能力などのスペックを持て余してしまうことが増えたのです。また、サービスごとに物理サーバーを構築するとなるとその分の導入コストや運用コストがかかってしまいます。
仮想化技術は、このような問題を解決してくれる方法として現在多くの企業に浸透している技術です。
仮想化技術は、物理ハードウェアのスペックを余すことなく利用可能にしたことで、企業のコスト削減や運用効率の向上、障害発生時にも代替環境をあらかじめ仮想化技術で作成しておくことでサービスの継続を実現できます。
仮想化技術一覧と特徴
仮想化技術を実現する方法にはホスト型・ハイパーバイザー型・コンテナ型の3種類があります。
また、アプリケーションやデスクトップなどのITリソースそれぞれに適した仮想化が行われていることも特徴です。
こちらでは、仮想化技術の方法と各ハードウェア毎に用意されている仮想化技術の種類の詳細について紹介していきます。
代表的な仮想化方式
こちらでは代表的な仮想化技術の方法について解説していきます。
ホスト型仮想化
ホスト型仮想化は、普段私たちが利用しているWindowsやmacOSなどのホストOS上に仮想化ソフトウェアをインストールして、OS上で仮想マシンを動作させゲストOSを実行させる仮想化技術です。
通所のアプリケーション同様にインストールして実行するため扱いやすいことがポイント。既存マシンをそのまま使えるため導入コストも少ないです。
ただ、ホストOS上での動作のためハードウェアリソースへのアクセス時に毎回ホストOSを経由することになったり、ゲストOSを実行するとホストOSの処理速度が遅くなったりしてしまいます。
そのため、リソースが多く必要になる本番環境よりも、テスト環境の構築時にホスト型仮想化を利用することが適しているといえるでしょう。
ホスト型仮想化ソフトウェアの代表ツールとしては、「VirtualBox」や「VMware Workstation Player」などがあげられます。
ハイパーバイザ型仮想化
ハイパーバイザー型仮想化は、仮想化実行に特化したハイパーバイザー型ソフトウェアをサーバー上にインストールすることで、仮想のホストOSとして扱い仮想マシンを稼働させる方法です。
ハイパーバイザー自体がホストOSの役割を担うため、ホストOSを導入する必要がなく直接ハードウェアリソースへのアクセスができます。
大規模な仮想環境構築が想定されており、さまざまな機能が搭載されていることが特徴です。
例えば、仮想化ホストを複数作成してシステム障害時に切り替え対応でシステムの停止時間を削減する機能は、重要な機能となります。
特にハイパーバイザーは、他のハイパーバイザーで構築された仮想サーバーに瞬時に機能を移動させるライブマイグレーションという機能を搭載しており、常時システム稼働が求められる需要に応えられる機能のため重要です。
ハードウェアへのインストールや管理方法も各種ツールの利用が必要になってくるなど求められる技術レベルがホスト型と比較しても高いです。特にハードウェアに関する技術や知識があることを前提としたソフトウェアが多いため、導入する際には技術者の確保が必要になります。
ただ本番環境運用に適した仮想化技術であるため、昨今の仮想化技術のトレンドともいえるため積極的に理解したい仮想化技術といえるでしょう。
ハイパーバイザー型仮想化ツールの代表ツールとしては、「VMware ESXi」や「Microsoft Hyper-V」などがあげられます。
コンテナ型仮想化
コンテナ型仮想化は、ホストOS上にコンテナエンジンをインストールすることでアプリケーション環境を独立空間で構築できるコンテナをOS上に構築する方法です。
簡単に言えばアプリケーション実行環境を仮想化する技術といえるでしょう。
ホスト型と異なり、ゲストOSの構築が必要なくホストOS上にコンテナを直接構築・管理することができます。
ゲストOSを経由しないため処理が少なく動作が速いことが特徴です。コンテナという独立空間はコピーが可能で環境構築も容易なため開発運用サイクルの構築に役立ちます。
ただし、稼働できるアプリケーションはホストOSに依存することが注意点です。Windows上でコンテナ構築ができるのは、Windows対応アプリケーションのみとなり対応していないアプリケーションのコンテナは構築できません。
複数ホストOSでコンテナを構築・運用するとなると管理すべきコンテナがホストOS毎にできるため複雑化してしまうことも注意です。ホスト型やハイパーバイザー型と比べて新しい技術となるため学習コストも高くなるでしょう。
コンテナ型仮想化ツールの代表ツールとしては、「Docker」や「Kubernetes」などがあげられます。
仮想化技術の種類
こちらでは、仮想化するITリソース毎の仮想化技術に関して解説していきます。
アプリケーション仮想化
アプリケーション仮想化とは、ユーザーが利用するアプリケーションをサーバー側で管理しユーザーに配布する仮想化技術です。
アプリケーションの実行環境を仮想化することでユーザーがデバイスにアプリケーションをインストールせずに機能を利用できるようになります。
ユーザーが利用できるアプリケーション機能を一元管理するため、ユーザー毎にアプリケーションのバージョン管理などの作業が不要になることがポイント。
またアプリケーション機能を部署や業務内容に応じてユーザー単位でアクセス制限をかけることができるため、機構改革などで組織構造の変更がされる際などに効率化をすることができます。
デスクトップ仮想化
デスクトップ仮想化とは、OSやアプリケーション、データを管理・活用したデスクトップ環境の仮想化を行いユーザーに提供する仮想化技術です。
デスクトップ環境を仮想化してユーザーに提供することで、ユーザーは端末のみでOSやアプリケーションを利用可能になり、管理側はユーザーの端末にデータを残さず一元管理ができます。
そのため、ユーザー側は管理などで発生する作業の削減、管理側は一元管理によってセキュリティ対策やアップロードやメンテナンスにかかる作業効率を改善してくれることが魅力です。
またユーザー側の端末に情報が残らないように管理できることで、リモートワークの実装ができる環境整備に寄与しました。
サーバ仮想化
サーバー仮想化は、1つの物理サーバーに複数の仮想化サーバーを構築することでその分の業務システムの処理を可能にする仮想化技術です。
従来は、1つのサーバーにつき1つのOSで対応していましたが、サーバー仮想化技術によって、1台の物理サーバーで複数の仮想サーバーを作動させることができます。
仮想化ソフトウェア上に複数の仮想サーバーOSを構築することでハードウェアの効率的な活用促進が可能です。またこれまで複数のサーバーを持っていた場合には、サーバーを統合することでサーバー維持費の削減効果が期待できます。
業務に利用しているシステムの中には、古いOSでしか利用できないものもめずらしくありません。仮想化ソフトウェアでは、OSのバージョンなども考慮した仮想化が可能なため、スペックの高い新しいハードウェアを用いて使い慣れたシステムを継続的に利用できることも魅力といえるでしょう。
ネットワーク仮想化
ネットワークの仮想化は、ネットワークリソースを用いて構築していたネットワークを仮想化ソフトウェアを用いることで抽象化して仮想化ネットワークの統合・分割を可能にする仮想化技術です。
ネットワークはITインフラ構成の重要な要素の1つでサーバーとは別に独立したネットワーク機器を導入することが必要になります。
例えば仮想サーバーを構築してもその都度物理ネットワークを構築しなくてはいけません。そこで仮想化ソフトウェアを活用することでネットワーク仮想化の実現が求められたのです。
ネットワークの仮想化によるメリットは多く、導入・運用コスト削減やセキュリティ向上、ネットワーク変更や増強に対する迅速で柔軟な対応を可能とした点などがあげられます。
ストレージ仮想化
ストレージの仮想化は、複数の物理ストレージを仮想的に結合して管理を行うストレージプールを構成する仮想化技術のことです。
昨今のデジタル化の影響で多くの企業が業務のDX推進を行い膨大なデータが蓄積されるようになりました。
膨大なデータ量に対応するには既存のストレージだけでは足りず、かといって複数接続してしまうと今度は運用・管理コストが余計にかかってしまいます。
そこで、考えられたのが複数のストレージを抽象化して1つのストレージとして扱うストレージ仮想化です。物理リソースと比較しても柔軟かつ効率的に利用することができます。
またシステムごとの容量に合わせた利用配分を行うことで各システムやストレージの利用効率の最適化が期待できることもポイントです。
クラウドと仮想化の違い
仮想化技術と類似した技術として、クラウド（クラウドコンピューティング）技術があげられます。
それぞれがリソースを抽象化する点で似ているため混同する人も少なくありません。
こちらでは、仮想化技術とクラウドの関係性を理解するために、クラウドコンピューティングの基本や仮想化技術との関係性についてみていきましょう。
| 仮想化 | クラウド | |
| 目的 | 単一の物理ハードウェアを仮想化ツールなどを用いてリソースを分割し適切に配分することで、利用率向上や効率化を図る。 | ハードウェアやアプリケーションリソースをネットワーク経由でユーザーにオンデマンド提供するために仮想化して自動化する。 |
| 使用・構築方法 | 物理ハードウェア上に仮想化ツールをインストールして、仮想化ツール上に各ハードウェアリソースを割り振る。 | ITリソースを仮想化して提供する。 |
| コスト | 初期費用：高い 保守コスト：安い 運用コスト：高い |
初期費用：高い※ 保守コスト：安い 運用コスト：高い※クラウド種類によってコストのかかり方は変動する |
| 構築期間 | 長い | 短い |
| 拡張性 | 物理ハードウェアの増設にスケールアップ | 必要に応じて拡張するスケールアウト |
クラウドコンピューティングの基本
クラウドコンピューティングとは、クラウド環境でコンピューティングサービスを提供することです。
コンピューティングサービスはサーバーやストレージ、ネットワークなどのハードウェアやアプリケーションなどのソフトウェアがふくまれています。
コンピューティングサービスをクラウド環境から提供することで、従来システム構築時に発生してい莫大な導入コストや時間の削減を実現可能です。システムリリースにかかる初期費用とリードタイムの短縮が期待できます。
クラウドコンピューティングは、提供させる領域によって分類されておりハードウェア領域を提供するIaaS、開発環境領域を提供するPaaS、アプリケーションやソフトウェアを提供するSaaSがあります。
代表的なサービスとしては、それぞれ以下の通りです。
- IaaS：「Amazon Web Services（AWS）」「Google Cloud Platform（GCP）」「Microsoft Azure」
- PaaS：「Google App Engine」「Microsoft Azure App Service」「AWS Lambda」
- SaaS：「Microsoft365」「Gmail」「Zoom」
クラウドコンピューティングに関してより詳しく知りたい人はこちらでより詳しく解説しています。ぜひ参考にしてみてください。
仮想化とクラウドの関係性
仮想化とクラウドは技術とサービスの関係にあります。
特にクラウドサービスは仮想化されたITサービスをインターネットを介して利用する仕組みのため、クラウドサービス自体が仮想化技術によって支えられているといってもよいでしょう。
仮想化やクラウドが用いられる場面はそれぞれ異なりますが、密接に関係しているためそれぞれ理解することで仮想化とクラウドを効果的に使い分けることができます。
仮想化におけるCPUの役割
仮想化におけるCPUの役割はとても重要です。なぜなら仮想化技術を実装するためのハイパーバイザーや仮想マシン、OSなどにはCPUの存在が必要不可欠となるからです。
こちらではCPUと仮想化の関係や重要性、仮想化技術におけるCPU最適化に関してみていきましょう。
CPUと仮想化の関係
CPUは「CentralProcessingUnit」の略称で、ハードウェアなどのITリソースの制御や演算などの処理を担う機能です。
物理リソースに備わっているCPUスペックの低さはそのリソースに関わる全ての機能のスペックに繋がるため、CPUの状況確認は重要なポイントとなります。
仮想化されたリソースも例外ではなく、仮想マシンをインストールした物理リソースのCPUスペックに依存する関係です。
仮想化の利点はITリソースを複数の仮想マシンとして分配できることですが、その1つ1つにCPUが必要になります。
CPUスペックが低いと分配できる仮想マシンの数にも繋がるため、CPUと仮想かは非常に深い関係にあるといえるでしょう。
仮想化におけるCPUの重要性
仮想化においてCPUは、仮想化で分配できる仮想化リソースの数や処理速度などのスペックに関わるため導入時には注視したい観点の1つです。
特にハイパーバイザー型仮想化では、物理CPUのコアを用いてハイパーバイザー上に起動している仮想マシンの仮想CPUとして構成します。
コア1つにつき1つの仮想マシンが構成できるため、CPUのコア数がそのまま仮想化できる機能の限界となるのです。
オーバーコミットなどの実使用量が少なくなることを見越して上限以上の仮想化を行う手法も存在しますが、あくまで物理CPUの処理能力の範囲内のため、仮想化においてCPU性能のチェックは欠かせないといえるでしょう。
仮想化でのCPU最適化
仮想化技術はCPUの仮想化をすることでCPUの最適化が可能です。
CPUのコア数の数だけ仮想マシンを実行することができ、従来1つの物理CPUにつき1つのリソースの処理しか出来なかったのが、物理CPUのコア数分のリソースを同時に処理ができるようになりました。
また、CPU最適化はタイムシェアリングやハードウェアアシスト機能を活用することで、仮想マシンにCPUを効率的に割り当てることでシステム全体の性能の向上とリソースの有効活用に寄与してくれます。
仮想化におけるCPUの種類
こちらでは仮想化におけるCPUの種類に関して、その特徴や注意点について解説していきます。
ネイティブ仮想化
ネイティブ仮想化は、ホストとなるコンピューターやサーバーと同じCPUや機能を仮想マシンとして構築する仮想化技術のことです。
異なるOSのサポートや幅広い環境下で活用できることが特徴となります。物理CPU上でハイパーバイザーを活用することでエミュレートを行うため、性能オーバーヘッドが発生しやすいです。
オーバーヘッド軽減のために高い性能のITリソースが求められることや、効率的なリソース活用に成約が発生することが注意点といえます。
主にVMwareやHyper-Vなどでネイティブ仮想化が採用されており、適切な環境下での利用が求められます。
バイナリ変換仮想化
バイナリ変換仮想化は、仮想リソースからの命令を物理リソースに伝達しても問題ないように命令セットを変換させる仮想化手法です。
仮想化ソフトの上で通常のOSを変更なしで稼働させる場合、CPUが命令を正しく処理しません。
バイナリ変換仮想化では、仮想OSの命令を一度仮想ソフトウェアで命令セットを変換してCPUに実行させるよう処理を行うことが特徴です。
また、複数の仮想OSからの命令セットを競合させないように処理順番などの調整を行う機能も搭載されています。
一度仮想ソフトウェアを挟むことや複数の処理を順番に実行していくなどの影響で処理のオーバーヘッドが大きいことが注意点です。
パラ仮想化
パラ仮想化のパラは、パラバーチャライゼーションの略称でバイナリ変換仮想化と同じく仮想ソフトウェアを経由してCPUに命令が実行される仮想化手法です。
バイナリ変換仮想化と違うのは仮想OSからの命令を翻訳ではなく書き換えを行うことが異なります。
つまりOS自体に修正を加える方法となるため命令の翻訳や優先度処理が必要ありません。そのため、バイナリ変換仮想化と比較して処理のオーバーヘッドが少ないことが特徴です。
ただ注意点としては、前述の通りこの方法はOSに直接修正を加える処理となる為OSのソースコードが必要となり、対応している仮想OSが限定されてしまうことが注意点といえます。
仮想化技術をビジネスに導入する際の注意点
こちらでは、仮想化技術をビジネスに導入する際の考慮すべきポイントや注意点を紹介していきます。
仮想化対象をしっかり策定する
仮想化対象の策定はしっかり行うことが、仮想化技術の導入では重要です。仮想化対象はビジネスの形態や目的によっても異なってきます。
また、仮想化技術の導入は導入の初期コストが高いことが特徴です。全部仮想化することは運用面やコスト面でおすすめできません。
そのため、仮想化対象の策定をしっかりと行いどのITリソースが自社のビジネスに最適化できるか考えることで仮想化導入の成功をサポートしてくれます。
導入目的の明確化
仮想化技術の導入目的を明確化しましょう。明確化しないとそもそも自社にあった仮想化対象の策定が行えません。
また、仮想化技術は前述の通り導入には高いコストがかかります。
目的を明確にしないと不要な仮想化をしてしまいかかったコストが無駄になり、場合によっては既存の機能を改悪してしまう可能性があるのです。
そのため、導入目的を明確にして仮想化導入の検討をしましょう。
予算や運用リソースを確保
仮想化技術をビジネスに導入するには予算や運用リソースの確保が必要です。
導入コストには、ハードウェアやソフトウェア、担当者へのトレーニング、保守コストなどさまざまなコストが発生します。
また運用リソースである人材の確保も重要です。仮想化されたITリソースの多くは常に稼働させ続けることが求められます。
そのため運用時に問題が発生しても稼働が止まらないように常に人による管理が必要です。運用リソースとしての人員の確保ができているのかも注意しましょう。
互換性の確認
互換性の確認は、仮想化において重要なポイントの1つです。
既存のシステムやアプリケーションとの互換性を確認することで、新しい仮想環境が既存のシステムと適切に統合できるかどうかを検証することが求められます。
特に重要なアプリケーションやデータベースなどとの互換性確保は仮想化技術導入に必要不可欠です。
互換性をしっかり確認することで仮想化へのシームレスな移行や問題防止に繋げることが可能になります。
セキュリティ対策を行う
仮想化技術の導入ではセキュリティ対策が必要不可欠です。
仮想化技術では、仮想マシン同士の相互影響やハイパーバイザーの脆弱性に注意が必要になります。
セキュリティ対策として、アクセス制御の実施やネットワークのセグメント化、ハイパーバイザーや仮想マシンの定期的なアップデートが重要です。
仮想化に限らず、すべての業務システムにおいてセキュリティ対策を怠ってしまえば情報流出して企業の信頼を落としてしまいます。
特に仮想化環境の場合は、複数の仮想OSなどを一元管理するためセキュリティインシデントが発生した場合の影響は物理リソースを利用するのと比較しても大きいです。
そのため、仮想化技術の実装を検討する場合にはセキュリティ対策で万全を期す必要があります。
運用・管理体制の整備
仮想化技術の導入において、仮想化したシステムの運用・管理を行う体制整備も重要です。
仮想化技術導入後の運用では、リソースの確保やハイパーバイザーや仮想マシンのモニタリング、パフォーマンスの最適化、セキュリティ維持と求められる業務が多くトレーニングが必要になります。
最適な運用プロセスを実施することで、仮想化システムの継続的な評価・改善に繋がることが、安定した仮想化環境を確立するポイントです。
運用・管理チームがシステムの特性を理解し、迅速かつ効果的に対応できる体制の整備は、仮想化技術をビジネスに導入して継続t京奈成功を得るためにも重要といえるでしょう。。
仮想化技術の活用事例
最後に仮想化技術の活用事例について紹介していきます。
株式会社福島県中央計算センター
株式会社福島県中央計算センターでは、データセンターが運用する住民情報システムの運用管理をサポートするための仮想化基盤を構築しました。
こちらでは、これまでも仮想マシンによる住民情報システムの運用管理を行っていましたが、仮想マシンの増加に伴い運用管理の負担が増大していることが課題でした。
特に障害の未然防止のための監視業務がひっ迫していたこともあり、新しい仮想化基盤の導入が検討されました。
課題解決に適したシステムとして、VMware社の運用管理ソフトウェアを採用したところ、稼働状況の把握やリソース不足の早期発見と運用管理業務の時間短縮効果が見込まれたのです。
その結果、データセンター内のシステム構成のシンプル化とリソースの余裕を活用したビジネス拡大に寄与しました。
I&Jデジタルイノベーション株式会社（旧 JTB情報システム）
I&Jデジタルイノベーション株式会社（旧 JTB情報システム）では、自社社員や常駐スタッフ用のデスクトップマシン750台をシンクライアント化することでコストの大幅削減に成功した企業です。
Windows XPのサポート終了を機に仮想環境導入の一環として業務用PCのシンクライアント化が決定しました。
しかし、750台ものPCをシンクライアントマシンに置き換えると莫大なコストがかかるため、コスト削減ができる選択肢が必要でした。
そこで選ばれたのがUSBブート型の「monoPack」です。こちらの商品はUSBキーを挿入するだけで既存PCのシンクライアント端末化ができることが特徴となります。
シンクライアント環境の構築にかかるコストを大幅に削減でき、自社の働き方改革を実現しました。
株式会社ムトウ
株式会社ムトウでは、従来の仮想化環境のリソース不足解決のために新しい仮想化基盤としてLenovoの「Lenovo ThinkAgile HX5530」を導入し、シームレスなシステム移行と迅速かつ安定的なシステム稼働、シンプルな運用管理を実現しました。
これまで利用していた情報系システムの仮想化基盤のリプレース時期を迎えるにあたって、CPUやメモリのリソース不足などを懸念していました。
また、仮想マシンの増設が予想されたことで拡張性を考慮したハードウェアアップデートが求められたのです。
さまざまな提案の中から安定稼働しているLenovo社を選び、「Lenovo ThinkAgile HX5530」を導入。無停止でのシステム移行を検討しており「プロフェッショナルサービス」の支援も決定しました。
その結果、円滑なハードウェア刷新とシステム移行を実施し安定的で管理が容易な仮想化システム実装に成功しました。
まとめ：仮想化技術の未来展望と企業への影響
仮想化技術は、物理的なITリソースを仮想的なITリソースとして統合・分配する技術です。
昨今の技術発展によって、物理リソースのスペックがあがったことで仮想化技術による物理リソースの効率的な利用の需要が高まっています。
特にAIとの融合や比較的新しいコンテナ仮想化技術などに注目が集まっていることがポイントです。
デジタル化によるDX推進で業務のシステム化が進み、今後も多くの企業が膨大なデータ保持・運用に関する課題が出てくることが予測されます。
そのため、今後より企業の業務システムへの仮想化技術の導入は必要不可欠なものとなっていくでしょう。
ただ、いざ自社の業務システムへの仮想化技術の導入を検討しようにも、不安なことや不明点が検討段階で多く出てくることが予測されます。
jiteraでは、そんな仮想化技術に関するお悩みに対してお問い合わせを受け付けています。お問い合わせがある場合はこちらのお問い合わせフォームからご相談ください。
