サーバ仮想化（1台で複数のサーバ）

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サーバ仮想化とは

サーバ仮想化とは、1台の物理サーバ（実際のハードウェア）の上に、ソフトウェアで複数の独立したサーバを作り出す技術です。この仮想的なサーバ1つ1つを仮想マシン（VM＝Virtual Machineのこと）と呼びます。

身近な例で考えると、1棟のマンションを複数の部屋に区切るのに似ています。建物（物理サーバ）は1つでも、中を仕切れば独立した部屋（仮想サーバ）として何世帯も住めます。各部屋の住人は、ほかの部屋を意識せず暮らせます。

上の図のように、物理サーバ1台のCPU・メモリ・ストレージを仮想化層（仮想化ソフトウェア）が分割し、それぞれを仮想サーバに割り当てます。各仮想サーバは自分専用のOS（ゲストOS）とアプリを持ち、まるで別々のサーバのように振る舞います。

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仮想化の利点

サーバ仮想化には、主に次のような利点があります。
・ハードウェアの集約：何台もの物理サーバを1台にまとめられるので、台数・設置スペース・電力・コストを減らせます
・リソースの有効活用：1台のサーバで余っていたCPUやメモリを、複数の仮想サーバで分け合って使えます
・構築が速い：新しいサーバが必要なとき、物理機材を買わずソフトウェア操作だけで数分で用意できます
・隔離・移行が容易：各仮想サーバは独立しているので互いに影響しにくく、別の物理サーバへまるごと引っ越し（移行）もしやすいです

かつては「1サービス＝1物理サーバ」で運用することが多く、各サーバの能力が半分以上余っていることもありました。仮想化はこの「もったいない余り」をまとめて使い切るための仕組みでもあります。

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種類(ハイパーバイザ型・ホスト型・コンテナ型)

サーバ仮想化は、仮想化層をどこに置くかで大きく3種類に分けられます。
・ハイパーバイザ型（Type1）：ハードウェア上に直接、仮想化ソフト（ハイパーバイザ）を置く方式。ホストOSがなく高速で、サーバ用途に向きます
・ホスト型（Type2）：WindowsやmacOSなどのホストOSの上に、アプリとして仮想化ソフトを入れる方式。手軽で個人の検証向きです
・コンテナ型：ゲストOSを持たず、ホストOSのカーネル（OSの中核）を共有して軽量にアプリを隔離する方式。代表はDockerです

上の図のように、下から「ハードウェア」が共通の土台で、その上に何を積むかが方式ごとに異なります。3方式のそれぞれの詳しい仕組みは、別ページで1つずつ解説しています。

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なぜ「1台に集約」するのか

なぜわざわざ集約するのか。その理由は、物理サーバを「1台に1役」で使うとほとんどのサーバで能力の大半が余ってしまうからです。

たとえばCPUの使用率が平均30%のサーバが3台あるとすると、70%ずつ余っています。仮想化で1台に集約すれば、3台分のリソース（CPU・メモリ・ストレージ）を無駄なく使い回せます。
・コスト削減：機器の購入費・電気代・設置スペース代がまとめて減る
・リソースの有効活用：忙しい仮想サーバには多くのCPUを、暇な仮想サーバには少なく割り当てて、全体で効率よく使える
・管理の簡素化：物理サーバの台数が減るほど、故障対応・ソフト更新などの管理作業が減る

仮想化は「新しい能力を得る技術」ではなく、「すでにある能力を無駄なく使う技術」です。電力会社が余った電気をほかの地域に回すのと同じ発想で、余ったコンピュータリソースを必要なところに振り向けます。これがクラウドコンピューティング（インターネット越しにコンピュータリソースを使う仕組み）の基盤にもなっています。

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仮想化層（ハイパーバイザ）の役割

仮想化の核心はハイパーバイザ（＝物理サーバと仮想サーバの間に入る管理ソフトウェア）です。ハイパーバイザは物理サーバのリソース（CPU・メモリ・ストレージ）を各仮想サーバに分配する「交通整理役」として働きます。

仮想サーバは「自分専用のCPUとメモリがある」と思って動いていますが、実際にはハイパーバイザが物理リソースを仮想的に見せているだけです。各仮想サーバはほかのVMを意識せず動けるため、仮想サーバ1が壊れても仮想サーバ2には影響しません（隔離性）。
・割り当て：CPU何コア・メモリ何GBをどのVMに渡すかを管理
・隔離：VM同士が互いのデータを読み書きできないように仕切る
・調整：あるVMが暇なとき、そのリソースを忙しいVMに一時的に回す

身近な例で考えると、ハイパーバイザはホテルのフロント係のようなものです。1棟の建物（物理サーバ）の部屋（リソース）を各宿泊客（仮想サーバ）に割り当て、他の部屋に入れないよう管理します。宿泊客はホテルの管理業務を意識せず自室で過ごせます。これが仮想化の中心的な仕組みです。

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練習問題