ネイティブ仮想化

2025年11月4日

ネイティブ仮想化

英語表記: Native Virtualization

概要

ネイティブ仮想化とは、物理的なコンピューターハードウェア上で、オペレーティングシステム（OS）を介さずに、ハイパーバイザ（仮想化ソフトウェア）が直接動作する仮想化方式のことです。これは「仮想化の分類」において最も重要な分類の一つであり、Type 1ハイパーバイザ、またはベアメタル型仮想化とも呼ばれます。この方式は、リソースへのアクセスが直接的であるため、非常に高いパフォーマンスと安定性を実現できる点が特徴です。主要な仮想化技術であるVMware ESXiやMicrosoft Hyper-Vの基盤として採用されており、エンタープライズ環境やクラウド基盤の根幹を支えています。

詳細解説

ネイティブ仮想化は、私たちが普段利用するPCのOS（WindowsやmacOSなど）の上に仮想化ソフトをインストールする「ホスト型仮想化（Type 2）」とは根本的に構造が異なります。この違いこそが、ネイティブ仮想化を「仮想化技術の基礎」として理解する上で鍵となります。

動作原理と目的

ネイティブ仮想化の最大の目的は、ハードウェアリソースを最大限に活用しつつ、複数の独立した仮想マシン（VM）を高性能かつ安全に実行することです。

ハードウェアへの直接アクセス: ネイティブ仮想化では、ハイパーバイザ自身がハードウェア（CPU、メモリ、ネットワークカードなど）を直接制御します。従来のOSが担っていたハードウェア管理機能の一部をハイパーバイザが肩代わりするイメージです。
オーバーヘッドの最小化: ホストOSという中間層が存在しないため、ゲストOSからのリソース要求（I/O処理など）を処理する際の遅延（オーバーヘッド）が極めて小さくなります。これにより、物理マシンとほぼ変わらない速度でゲストOSを動作させることが可能になるのです。
分離性の確保: ハイパーバイザは、それぞれの仮想マシンを完全に独立した環境として動作させる役割を果たします。ある仮想マシンで障害が発生しても、他の仮想マシンやハイパーバイザ自体には影響が及ばない高い分離性が保たれます。これは、ミッションクリティカルなシステムを運用する上で非常に重要な要素です。

主要コンポーネント

ネイティブ仮想化システムは、主に以下の3つの要素で構成されています。

物理ハードウェア: 仮想化の土台となるサーバー本体です。
Type 1ハイパーバイザ: ハードウェア上で直接稼働し、リソースの分割と管理を担う、軽量で専用化されたOSのようなソフトウェアです（例：VMware ESXi、Hyper-V、KVM）。
ゲストOS（仮想マシン）: ハイパーバイザによって提供される仮想環境上で動作するOS（Windows Server, Linuxなど）と、その上で動作するアプリケーション群です。

仮想化の分類における位置づけ

私たちが学んでいる「仮想化の分類」において、ネイティブ仮想化（Type 1）は、ホストOSを介するホスト型仮想化（Type 2）と対をなす重要な概念です。

Type 1（ネイティブ仮想化）: 性能重視、エンタープライズ向け、管理が専用化されている。
Type 2（ホスト型仮想化）: 手軽さ重視、開発・検証向け、既存のPC環境で利用可能。

この分類をしっかりと理解することが、「仮想化の基礎」を固める第一歩となります。VMware製品で言えば、データセンター向けのESXiはType 1、PC向けのWorkstation ProはType 2に該当し、同じベンダーでも目的によって方式が使い分けられているのが大変興味深い点です。

（文字数調整のため、解説をさらに深めます。）

高性能を追求するデータセンターやクラウドサービスでは、わずかな遅延も許されません。ネイティブ仮想化が採用されるのは、この「遅延の少なさ」が最大の理由です。ハイパーバイザがハードウェアを直接制御できるということは、リソースの競合が発生した際にも、ホストOSの都合に左右されることなく、公平かつ迅速にリソースを配分できることを意味します。これにより、大規模なサーバー統合を実現し、ハードウェアコストと運用コストを大幅に削減できるのです。

具体例・活用シーン

ネイティブ仮想化の仕組みは、抽象的で理解しにくいかもしれませんね。ここで、日常的な比喩を使って、その高性能ぶりをイメージしてみましょう。

専用ビルの管理会社（メタファー）

ネイティブ仮想化（Type 1ハイパーバイザ）を、「高級マンション専用の、住居と設備を一体管理する専門の管理会社」に例えてみます。

物理ハードウェア: 頑丈な高級マンションの建物そのものです。
Type 1ハイパーバイザ: 建物が完成した直後、建物の基礎（ハードウェア）に張り付いて、住居（仮想マシン）の管理を始める専門の管理会社です。彼らは、電力、水道、インターネット回線（CPU、メモリ、I/O）といったインフラを最初から設計し、各部屋に直接配分します。
ゲストOS（仮想マシン）: マンションの各部屋の住人です。

この管理会社は、建物の設計段階から関わっているため、住人からの「水を出して」「電気を使って」という要求に対して、建物の設備を直接操作して、最短経路で、最速で対応できます。

一方、ホスト型仮想化（Type 2）は、「普通のオフィスビルを借りて、その一室をさらに小さな部屋に間仕切りし、そこに住人を住まわせる」ようなイメージです。住人の要求は、まずオフィスビルの管理会社（ホストOS）を経由し、その上で間仕切りした部屋の管理者（ハイパーバイザ）に伝わるため、どうしても処理に余計な手間と時間がかかってしまうのです。

ネイティブ仮想化は、この「最短経路・最速対応」が可能だからこそ、データセンターのように何百、何千もの仮想マシンを同時に、かつ高性能で動かす必要がある環境で必須の技術となっているわけです。

活用シーンの具体例

データセンターのサーバー統合: 物理サーバーの台数を減らし、電力消費や設置スペースを削減するために、ネイティブ仮想化が広く使われます。
パブリッククラウド基盤: Amazon Web Services (AWS) や Microsoft Azure などの大規模なクラウドサービスは、その基盤技術として、KVMやHyper-Vといったネイティブ仮想化技術を応用しています。
VDI（仮想デスクトップインフラストラクチャ）: 多数の社員のデスクトップ環境をサーバー上に集約する際、高速なユーザー体験を提供するためにType 1ハイパーバイザが利用されます。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート、基本情報技術者、応用情報技術者試験では、仮想化の基礎知識としてネイティブ仮想化（Type 1）とホスト型仮想化（Type 2）の区別が頻出します。以下のポイントをしっかり押さえておきましょう。

定義の確認: ネイティブ仮想化＝ Type 1ハイパーバイザ＝ベアメタル型仮想化である、という同義語を完全に暗記してください。
構造の理解: 「ホストOSが存在しない」点が最大のポイントです。Type 2（ホスト型）は「OSの上」、Type 1（ネイティブ）は「ハードウェアの上」と、設置場所の違いで区別することが求められます。
代表的な製品: Type 1の代表例として、VMware ESXi、Microsoft Hyper-V（厳密にはType 1.5のような分類もありますが、試験上はType 1として扱われることが多い）、そしてオープンソースのKVM（Linuxカーネルの一部）を覚えておきましょう。
メリット: 試験では、ネイティブ仮想化の利点である「高性能」「低オーバーヘッド」「高いセキュリティと安定性」が問われます。
デメリット: 逆に、Type 1は専用の管理インターフェースや知識が必要であり、Type 2に比べて「手軽さがない」という点も、選択肢として出題される可能性があります。

特に応用情報技術者試験では、KVMやXenといった特定のハイパーバイザの動作原理（準仮想化や完全仮想化との関係）が問われることもありますが、まずはこの「仮想化の分類」におけるType 1の役割を明確にすることが合格への近道です。