ハイパーバイザーとは何ですか？

ハイパーバイザーは、コンピューターで複数のオペレーティングシステム（OS）を実行できるようにするユニークな種類のソフトウェアです。 仮想化と呼ばれるプロセスを介して、ソフトウェアは各OSをだまして、特定のハードウェアセットへの排他的アクセス権があると考えさせます。 物理ハードウェアとOSの間に位置し、マシン上で実行されている他のすべてのソフトウェアにハードウェアの仮想セットを提供します。 また、ソフトウェア、仮想化ハードウェア、物理ハードウェア間の情報の流れを管理します。 このタイプのソフトウェアは、消費者設定とエンタープライズ設定の両方で使用されます。

ほとんどの場合、コンピューターのOSは高度な特権状態で実行され、マシンのハードウェアに自由にアクセスできますが、アプリケーションは低い特権状態で実行され、OSに依存する必要があります。 これらのさまざまなレベルのハードウェアアクセス権限はリングと呼ばれ、OSは従来、リング0で実行されていました。 ユーザーアプリケーションは、1〜3のリングで実行されます。 ほとんどの場合、このモデルは正常に機能しますが、1台のコンピューターで複数のOSを同時に実行しようとすると完全にバラバラになります。 ハイパーバイザーは、仮想化と呼ばれる手法を使用してこの問題を解決します。

仮想化は新しいアイデアではありませんが、企業や情報技術（IT）業界がコストを削減し、効率を高める可能性を認識していた2000年代半ば以降、流行語になりました。 仮想化にはさまざまなアプローチがありますが、基本的な考え方は、仮想マシンとしてよく知られているハードウェアのシミュレーションセットを作成することです。 仮想マシンモニタとも呼ばれるハイパーバイザーの場合、各仮想マシンには「ゲスト」OSが含まれます。 ハイパーバイザー自体は物理ハードウェア上で直接実行できます。この場合、「ベアメタル」タイプとして、またはホストオペレーティングシステム内では「ソフトウェア」ハイパーバイザーとして知られています。

ハイパーバイザーは、非常に高度な手法を使用してゲストオペレーティングシステムを管理し、相互に競合しないようにする必要があります。 仮想マシン内のOSは、リング0特権を奪われていることに気付かないため、許可なく制限された機能を実行しようとする場合があります。 これらの場合、ハイパーバイザーは、ハードウェアに到達する前に機能をインターセプトし、ハードウェアで実行されている他のオペレーティングシステムに害を及ぼさない方法で命令を実行し、元のOSに結果を返すことがあります。 「トラップアンドエミュレート」手法として知られるこの手法は、仮想化の世界に固有の多くの高度な概念の1つにすぎません。

このタイプのソフトウェアの重要性と収益性が高まるにつれて、ハイパーバイザーの負荷を軽減し、パフォーマンスを向上させる方法を探している企業が増えています。 ソフトウェアベンダーは、実行している仮想マシンを認識するようにオペレーティングシステムを変更しました。つまり、トラップアンドエミュレートのシナリオの種類が少なくなりました。 ハードウェアベンダーは、ring -1とも呼ばれる新しいレベルの特権のサポートを追加しました。 新しいソフトウェアプログラムは、これらの手法の一方または両方を利用してパフォーマンスを向上させることができます。

ハイパーバイザーは、消費者レベルと企業レベルの両方のさまざまな製品で使用できるようになりました。 あるオペレーティングシステムを別のオペレーティングシステム内で実行できるようにするコンシューマー製品は、多くの場合、ソフトウェアタイプのハイパーバイザーを使用します。 エンタープライズ分野では、このソフトウェアにより、さまざまなオペレーティングシステムを実行している使用率の低いサーバーを統合できます。 ソフトウェア開発者は、このアプローチを使用して、互換性の問題をテストするために、類似または同一のオペレーティングシステムの複数のインスタンスを実行する場合があります。