仮想マシン(カジョウマシン)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

仮想マシンとは、物理的なコンピュータ（ハードウェア）上に、ソフトウェアによって仮想的に構築されるコンピュータ環境そのものを指す。一台の物理マシン上で、複数の独立したOS（オペレーティングシステム）とその上で動作するアプリケーションを同時に実行可能にする技術であり、システムエンジニアが現代のITインフラを扱う上で不可欠な概念である。物理マシンが提供するCPU、メモリ、ストレージ、ネットワークといったリソースを、あたかも複数台の独立したコンピュータが存在するかのように分割し、それぞれの仮想マシンに割り当てることで、効率的なリソース利用と柔軟なシステム構築を可能にする。これにより、物理サーバーの台数を減らし、電力消費や管理コストを削減できるほか、開発・テスト環境の迅速な構築、異なるOSの共存、災害対策といった多岐にわたるメリットが享受される。

仮想マシンの実現には、「ハイパーバイザー」と呼ばれる特殊なソフトウェアが中心的な役割を果たす。ハイパーバイザーは、物理ハードウェアと仮想マシンの間に位置し、各仮想マシンに対して仮想的なハードウェアリソースを供給するとともに、物理ハードウェアへのアクセスを仲介・制御する。ハイパーバイザーには大きく分けて二つのタイプがある。一つは「Type 1（ベアメタル型）」と呼ばれ、物理ハードウェア上に直接インストールされ、その上で直接複数の仮想マシンを稼働させる方式である。VMware ESXiやMicrosoft Hyper-V、Xenなどがこれに該当する。もう一つは「Type 2（ホスト型）」と呼ばれ、WindowsやmacOSなどの既存のOS（これをホストOSと呼ぶ）上にアプリケーションとしてインストールされ、その上で仮想マシンを稼働させる方式である。VirtualBoxやVMware Workstationなどがこれに当たる。Type 1は大規模なサーバー環境で高性能と信頼性を求める場合に、Type 2は個人の開発環境や学習用途で手軽に利用する場合に適している。

各仮想マシンは、自身が利用する仮想的なCPU、メモリ、ストレージ、ネットワークインターフェースなどを、ハイパーバイザーから提供される形で認識し、その上でゲストOSと呼ばれるOS（Windows、Linux、macOSなど）を稼働させる。ゲストOSは、自身が物理マシン上で直接動作しているかのように振る舞い、その違いを意識することなくアプリケーションを実行できる。例えば、仮想ストレージは物理ディスク上のファイルを仮想ディスクとして見せかけ、仮想ネットワークインターフェースは物理ネットワークカードを共有しながら、それぞれの仮想マシンに専用のネットワーク接続を提供し、互いに通信したり外部ネットワークに接続したりできるようにする。

仮想マシンの主な利用例としては、まずサーバー統合が挙げられる。複数の物理サーバーがそれぞれ異なるアプリケーションやOSを実行している場合、これらを複数の仮想マシンとして一台の高性能な物理サーバー上で統合することで、物理的な機器の数を大幅に削減し、運用コストを削減できる。次に、開発・テスト環境の構築がある。新しいソフトウェアやシステムの開発、パッチの適用テストなどを、既存のシステムに影響を与えることなく独立した環境で安全に行える。問題が発生した場合でも、スナップショット機能を利用して簡単に元の状態に戻すことが可能である。また、セキュリティの観点からも重要である。仮想マシンは互いに分離されており、ある仮想マシンでセキュリティ侵害が発生しても、他の仮想マシンやホストシステムへの影響を最小限に抑えられる。古いOSやアプリケーションのサポート終了に伴い、最新のOSでは動作しないソフトウェアを仮想マシン上で稼働させ続けるといった用途もある。

さらに、現代のクラウドコンピューティングサービス、特にIaaS（Infrastructure as a Service）の基盤は、この仮想マシン技術によって支えられている。ユーザーはクラウドプロバイダーが提供する仮想マシンを必要な時に必要なだけ利用し、柔軟にシステムを構築・運用できる。これは、物理的なハードウェアを直接管理する手間やコストから解放される大きなメリットを提供する。

仮想マシンのメリットは多岐にわたる。リソースの効率的な利用、ハードウェアコストの削減、迅速な環境構築と展開、高い柔軟性と可搬性（仮想マシンイメージを別の物理マシンに移動しやすい）、そしてセキュリティ分離と障害からの回復力の向上などである。一方で、デメリットも存在する。ハイパーバイザーのオーバーヘッドにより、物理マシンに比べて若干のパフォーマンス低下が見られる場合がある。また、複数の仮想マシンが物理リソースを共有するため、特定の仮想マシンがリソースを過剰に消費すると、他の仮想マシンやホスト全体のパフォーマンスに影響を及ぼす可能性がある。さらに、多数の仮想マシンを管理するための専門知識やツールが必要となり、管理の複雑さが増すこともある。

近年では、仮想マシンよりもさらに軽量で起動が速い「コンテナ」と呼ばれる技術も普及しているが、コンテナはOSのカーネルをホストOSと共有するのに対し、仮想マシンはそれぞれが独立したOSカーネルを持つ点で根本的に異なる。このため、仮想マシンはOSレベルでの完全な分離と互換性を提供し、コンテナはアプリケーションの実行環境に特化した高いポータビリティと効率性を提供する、という使い分けがなされている。システムエンジニアにとって、仮想マシンは現代のITインフラを支える基盤技術であり、その原理と応用を理解することはキャリアを築く上で不可欠な知識となる。