ベアメタル・ハイパーバイザは、物理マシンのハードウェアに直接インストールされる仮想マシン・モニター（VMM）です。ハイパーバイザは、仮想化を可能にするハードウェアとオペレーティング・システムの間にあるレイヤーです。この記事では、ベアメタル・ハイパーバイザとは何か、どのように機能するか、なぜ必要なのかについて詳しく見ていきます。
ハイパーバイザ
ベアメタル・ハイパーバイザをより深く理解するには、ハイパーバイザ全般をよりよく見る必要があります。前述のように、ハイパーバイザは VM を監視します。また、VM の作成、管理、運用を行うアプリケーションでもあります。
ハイパーバイザは仮想化を可能にします。仮想化は、IT 管理者が仮想サーバー、ネットワーク、ストレージ、その他の物理ハードウェアを VM として作成できる技術で、これら全てを 1 台の物理サーバーで同時に実行できます。ハイパーバイザは、オペレーティング・システム（OS）や全てのアプリケーションを含むサーバーのソフトウェアを、それらが存在する物理的なハードウェアから分離します。また、VM を互いに分離します。
ハイパーバイザは、物理マシンと VM 間で要求を変換することで、必要なトランザクションを全て処理します。ゲストマシンとして検出される複数の VM を単一のサーバーで使用することで、ネットワーク帯域幅、ストレージ、メモリなどのコンピューティング・リソースを最大限に活用できます。
ハイパーバイザには、主に 2 つのタイプがあります。ハイパーバイザのタイプは、インストール方法によって異なります。
タイプ 1：ハイパーバイザ、ベアメタル・ハイパーバイザ
タイプ 1、つまりベアメタルのハイパーバイザは、コンピューティング・ハードウェアに直接インストールされます。一部のベアメタル・ハイパーバイザは、マザーボードの BIOS とともにファームウェア・レベルでインストールすることもできます。このハイパーバイザ・タイプの「ベアメタル」とは、ハードウェア自体に直接インストールされるソフトウェアをさします。ベアメタル・ハイパーバイザは、現在最も一般的に展開されているハイパーバイザです。
タイプ 2：ハイパーバイザ、ホスト型ハイパーバイザ
このタイプのハイパーバイザは、ホストマシンの OS 内からインストールおよび操作されるため、OS はハイパーバイザではなく物理ハードウェアを制御し、管理します。ハイパーバイザは、コンピューティングやストレージ・リソースの管理など、さまざまな操作を処理するサーバーの OS に依存するため、ホスト型と見なされます。ホスト型ハイパーバイザは、物理サーバーの既存の（親の） OS 内で動作しますが、VM は必要に応じて追加の OS を持つことができます。このハイパーバイザは通常、クラウドベースのサーバー上で動作し、複数のテナントや仮想サーバーが共有してアクセスすることができます。
ホスト型ハイパーバイザは、最初のタイプのハイパーバイザでした。従来の x86 ハードウェアには OS があらかじめロードされていたため、ハイパーバイザはソフトウェアとしてインストールされました。これにより、トランザクションと運用が OS とハイパーバイザの両方を通過しなければならなかったため、遅延が生じました。現在では、ハードウェア・アクセラレーション・ツールが通常利用できるため、遅延は問題ではありません。
ハイパーバイザの仕組み
ハイパーバイザは、基盤となるハードウェア・リソースと、その上に実行されているソフトウェア（オペレーティング・システムやアプリケーション）の間に抽象化レイヤーを提供することによって動作します。メモリ、ネットワーク、コンピューティングなどの基盤となるハードウェア・リソースを分割することで、これらのリソースにアクセスできる複数の仮想マシン（シミュレートされたサーバー）を作成できます。エンドユーザーは、これらの仮想マシン（VM）上に、オペレーティング・システムやソフトウェア・アプリケーションをインストールします。基盤となるハードウェアとの互換性に関する問題を心配する必要はありません。
VM はゲストとして知られており、それぞれが独自の OS、アプリケーション、ドライバなどを持つ別々のコンピュータであるかのように動作できます。物理サーバーはホストと呼ばれます。
ハイパーバイザの主な責任は、VM の作成、監視、管理、VM のニーズに応じたリソースのプロビジョニングです。ハイパーバイザは、VM の運用スケジュールを制御し、リソースを消費する際に VM が互いに影響しないようにすることもできます。VM がタスクを完了するために CPU、ストレージ、余分な帯域幅を必要とする場合、VM はハイパーバイザに問い合わせ、ハイパーバイザがそれを実現します。
ベアメタル・ハイパーバイザとホスト型ハイパーバイザの比較
タイプ 1 とタイプ 2 のハイパーバイザの最大の違いは、ホスト型ハイパーバイザを使用する際に、ホストマシンのオペレーティング・システムという抽象化されたソフトウェアのレイヤーが追加されることです。メモリ、ネットワーク、コンピューティング・リソースは、ホスト・マシンの OS を介して取得する必要があり、VM からのリクエストに遅延が加わります。
ベアメタルとホスト型ハイパーバイザを比較すると、両者に長所と短所があることがすぐにわかります。
ベアメタル・ハイパーバイザが、現在、組織間で最適なハイパーバイザとなっている理由はいくつかあります。物理サーバーへの直接アクセスにより、ホスト型ハイパーバイザよりも優れた安定性、スケーラビリティ、効率性、性能を提供します。また、リソース管理も得意です。
ホスト型ハイパーバイザは、ベアメタルの低遅延にはかないません。仮想マシンの要求は OS とハイパーバイザを経由する必要があるためです。
ベアメタル・ハイパーバイザは、攻撃に対して脆弱な OS から分離されているため、通常は非常に安全です。ホスト型ハイパーバイザは OS 内で実行されるため、OS の脆弱性は VM にリスクをもたらす可能性があります。
ホスト型ハイパーバイザの利点は、ハイパーバイザと VM 環境のインストール、使用、管理の全体的な容易さにあります。ホスト型ハイパーバイザは、ベアメタル・ハイパーバイザよりも安価です。
どのハイパーバイザが最適か？
この質問に対する迅速な答えは、ユースケースによって異なるということです。しかし、ほとんどの組織が従う一般的なガイドラインがあります。
ベアメタルのハイパーバイザは、高性能、きめ細かい管理と制御、スケーラビリティ、強力なセキュリティを必要とする環境で最適に動作します。通常、エンタープライズ・アプリケーション、サーバー・ファーム、データセンターに使用されています。
ホスト型ハイパーバイザは、わずかな遅延で問題が発生しないユースケースに最適です。ソフトウェア・テストやエンドユーザー・テスト環境で使用されるため、クライアント・ハイパーバイザと呼ばれることもあります。ソフトウェア開発者は、ホスト型ハイパーバイザを主に使用します。
ベアメタル・ハイパーバイザーのメリットとデメリット
ベアメタル・ハイパーバイザのメリットには、次のようなものがあります。
- 制御：ベアメタル・ハイパーバイザは、ハードウェアへの直接アクセスを可能にし、システムを完全に制御します。
- 最高の性能：ハードウェアへの直接アクセスにより遅延が少なく、VM はハードウェア自体の速度で動作します。
- 究極のセキュリティ：ベアメタル・ハイパーバイザは、マシンの OS とは別に、OS の脆弱性の影響を受けません。
- 拡張性：ベアメタル・ハイパーバイザは、IT 部門が大規模なフェイルオーバー・クラスタを作成し、VM が物理リソースをより効率的に使用できるようにします。
次のようなデメリットがあります。
- 高コスト：ベアメタルのハイパーバイザは、ハードウェアを必要とすることもあり、ホストされているハイパーバイザよりもはるかに高価です。
- 複雑さの増大：ベアメタル・ハイパーバイザの実行と管理に必要なスキルは、ホスト型ハイパーバイザよりも専門性が高く、学習曲線は急勾配になる可能性があります。
仮想化アプリケーションのための高性能データ・ストレージ
ハイパーバイザは、基盤となるハードウェアのメモリ、コンピューティング、ネットワーク・リソースを仮想マシンに公開しますが、データ・ストレージはどうでしょうか？ ほとんどのハイパーバイザは、データ・ストレージを考慮せず、タスクの実行に必要なメモリのみを管理します。したがって、データ・ストレージは、格納されているハードウェアと同じ性能しかありません。仮想マシンに真の性能をもたらすデータ・ストレージ・アクセスが必要な場合は、それに対応するベアメタル・インフラに投資することが重要です。
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