vCPU（ブイシーピーユー）

2025年11月4日

vCPU（ブイシーピーユー）

英語表記: vCPU

概要

vCPUとは、仮想マシン（VM）に対して割り当てられる、仮想化されたCPUコアのことです。物理的なCPUリソースを論理的に分割し、ハイパーバイザー（VMware, Hyper-V, KVMなど）が各VMに提供する主要な処理能力の単位だと考えてください。このvCPUの数は、仮想環境におけるパフォーマンスと安定性を左右する「リソース割り当て」の要となる非常に重要な要素です。

詳細解説

vCPUは、物理サーバー上に構築された仮想化技術（VMware, Hyper-V, KVM）の環境において、仮想マシンの管理を行う上で不可欠な概念です。VMは、vCPUが割り当てられることで、あたかも自分専用の物理コアを持っているかのようにOSを動作させることができます。

vCPUの目的と動作原理

vCPUの最大の目的は、限られた物理CPUリソースを複数の仮想マシンで効率的かつ公平に共有することにあります。

論理的な抽象化: ハイパーバイザーは、物理CPU（pCPU）のコアを抽象化し、それを仮想的なコアであるvCPUとしてVMに提示します。VMはこのvCPUを通じて処理要求を行います。
スケジューリングの実行: vCPUは、常に物理CPUと一対一で対応しているわけではありません。ハイパーバイザーが交通整理役となり、物理CPUの処理時間を極めて細かく分割（タイムスライス）し、複数のvCPUに対して順番に割り当てていきます。このスケジューリング機能こそが、「仮想マシンの管理」におけるハイパーバイザーの最も重要な役割の一つです。
リソース割り当ての制御: リソース割り当ての観点から、管理者にはvCPUの「数」を設定する権限が与えられます。また、特定のVMの処理能力を保証するための「予約（Reservation）」や、他のVMとの競合が発生した際の優先度を決める「シェア（Share）」などの設定も行います。これらの設定を適切に行うことで、重要なアプリケーションが常に十分な処理能力を確保できるようになります。

オーバーコミットとパフォーマンスへの影響

仮想化環境の利点の一つは、物理コア数以上のvCPUを割り当てて稼働させること、すなわち「オーバーコミット（過剰割り当て）」が可能である点です。例えば、物理的に8コアしかなくても、合計で12個や16個のvCPUを各VMに割り当てることは技術的には可能です。これは、すべてのVMが同時に100%の処理能力を必要とすることは稀である、という前提に基づいています。

しかし、「仮想マシンの管理」において、このオーバーコミットを無計画に行うと、重大なパフォーマンス問題を引き起こします。特に、すべてのvCPUが同時に高い負荷を要求した場合、ハイパーバイザーは限られたpCPUリソースを巡って激しい競合を調整しなければなりません。この結果、VMが物理CPUの実行待ちになる時間が増加し、処理速度が大幅に低下します。この待機時間は「CPU Ready Time」などの指標で確認され、適切な「リソース割り当て」が行われていないサインとなります。

このように、vCPUの適切な設計と管理は、仮想化技術を用いたシステム全体の応答速度と安定性を保証するための、最も基礎的かつ重要なタスクだと言えるでしょう。

具体例・活用シーン

vCPUの割り当ては、仮想環境の具体的な利用シーンによって慎重に決定されます。

サーバー統合と効率化:
複数の古い物理サーバー（それぞれが低いCPU利用率で稼働していた）を統合する際、各サーバーの負荷プロファイルを分析し、必要な最小限のvCPUを割り当てます。これにより、物理リソースを最大限に活用し、電力消費を削減できます。これは、リソース割り当てによるコスト効率の向上例です。
データベースサーバーへの適用:
高負荷なデータベースサーバー（例えば、企業の基幹システムを支えるもの）を仮想化する場合、性能劣化は許されません。この場合、物理コア数に近いvCPUを割り当て、さらに「予約（Reservation）」設定を行い、他のVMがどれだけリソースを使っても、このデータベースVMの処理能力が一定水準以下に落ちないように保証します。
Webサーバーの動的なスケーリング:
アクセスが少ない平日深夜はvCPUを2つに設定し、アクセスが集中する週末の昼間だけvCPUを4つに増やす、といった動的なリソース変更が可能です。これにより、必要な時に必要な分だけ処理能力を確保し、「仮想マシンの管理」の柔軟性を高めています。

アナロジー：調理場のスケジューリング

vCPUとリソース割り当ての関係を理解するために、ラーメン屋の厨房を例に考えてみましょう。

物理CPUコアを「厨房にある調理台（コンロ）」だと考えてください。調理台の数は物理的に限られています（例えば、高性能なコンロが4つ）。この調理台の数が、同時に処理できるタスクの最大数です。

仮想マシン（VM）は、ラーメン店主たちです。彼らは自分のラーメンを作るために調理台（CPU時間）が必要です。vCPUは、この「調理台を使う権利（チケット）」だと考えてください。

適切な割り当て: 4つの調理台に対して、4人の店主にvCPU（チケット）を割り当てた場合、皆が効率よく調理できます。
オーバーコミット: しかし、店主が8人（8 vCPU）いるのに、調理台が4つしかなかったとしましょう。厨房マネージャーであるハイパーバイザーは、「順番にどうぞ」とスケジューリングを行います。
待ち時間の発生: 8人の店主が同時に調理を始めようとすると、4人は調理台が空くのを待たなければなりません。この「待機時間」こそが、仮想環境におけるCPU Ready Timeです。

vCPUの適切な「リソース割り当て」とは、この厨房マネージャーが、調理台の数と店主たちの忙しさを考慮し、誰もが不満なく、かつ効率的に調理できるようにチケットを配分する技術なのです。

資格試験向けチェックポイント

vCPUの概念は、ITパスポートから応用情報技術者試験まで、仮想化技術の基礎として頻出します。「仮想化技術（VMware, Hyper-V, KVM） → 仮想マシンの管理 → リソース割り当て」の文脈で、以下のポイントを押さえてください。

ハイパーバイザーの役割（ITパスポート/基本情報）:
vCPUの割り当てと、物理CPU（pCPU）へのマッピング（スケジューリング）を行うのがハイパーバイザーの役割であることを理解しておきましょう。vCPUはあくまで論理的なリソースであり、実際の処理はpCPUが行います。
オーバーコミット（基本情報/応用情報）:
vCPUの総数が物理コア数を上回るオーバーコミットは、リソースの有効活用に繋がる一方で、性能劣化のリスク（CPU待ち時間の増加）を伴うことを理解しておく必要があります。このリスクを避けるための適切な「リソース割り当て」が重要です。
リソース制御の概念（応用情報）:
リソース割り当てを細かく制御するための三要素、「予約（Reservation：最低限の処理能力の保証）」「制限（Limit：使用量の上限設定）」「シェア（Share：競合時の優先度）」のそれぞれの意味と、それらがどのようにVMの管理に役立つかを説明できるようにしてください。
ボトルネックの指標:
仮想環境のパフォーマンス分析において、「CPU Ready Time」が長すぎる場合、それはvCPUの割り当てが過剰であるか、または他のVMとの競合が激しいことを示しており、「リソース割り当て」を見直す必要があるサインとなります。