デバイスマッパ

2025年10月15日

デバイスマッパ

英語表記: Device Mapper

概要

デバイスマッパは、Linuxカーネルの中核部分に組み込まれている、非常に重要なストレージ管理の基盤技術です。これは、私たちが今回焦点を当てている「ハードウェアとソフトウェアの関係」において、特に「OS による抽象化レイヤ」を提供する役割を担っています。具体的には、物理的なストレージデバイス（ハードウェア）と、ファイルシステムなどの上位のソフトウェアが認識する論理的なデバイスの間で、データの読み書きのアドレスを仲介し、マッピング（対応付け）を行う仕組みです。これにより、ストレージの「抽象化」が実現され、ユーザーやアプリケーションは背後の複雑な構成を意識することなく、柔軟にデータを利用できるようになるのです。

詳細解説

デバイスマッパは、なぜOSによる抽象化レイヤとしてこれほどまでに重要なのでしょうか。その目的は、一言で言えば「柔軟性と管理の容易性」をソフトウェア層に提供することにあります。

抽象化レイヤとしての役割

私たちがPCやサーバーを使う際、データは物理的なHDDやSSDといったストレージに保存されます。しかし、OSやアプリケーションは、これらの物理的な部品がどう配置され、どう接続されているかといった「ハードウェアの制約」を直接知る必要はありません。デバイスマッパは、この物理的な現実（ハードウェア）と、論理的な要求（ソフトウェア）の間に立ち、通訳者として機能します。

この機能こそが、今回の文脈である「ストレージ抽象化」の核心です。デバイスマッパがない場合、ソフトウェアはストレージの物理的な境界や配置、さらにはRAIDのような特殊な構成を常に意識しなければならず、非常に非効率でエラーが起こりやすくなります。デバイスマッパは、これらの複雑な要素をすべてカーネル内部で吸収し、ソフトウェア側には単一の、扱いやすい「論理デバイス」として提供します。

動作の仕組みと主要コンポーネント

デバイスマッパの動作の鍵を握るのは、「マッピングテーブル」です。これは、論理デバイスの特定のアドレス（セクタ番号）が、物理デバイスのどのアドレスに対応するかを詳細に記録した台帳のようなものです。

I/Oリクエストの発生: ファイルシステムなどの上位ソフトウェアが、論理デバイスに対してデータの読み書き（I/Oリクエスト）を発行します。
デバイスマッパによる変換: デバイスマッパはこのリクエストを受け取り、内部のマッピングテーブルを参照します。「論理セクタ1000番」が「物理ディスクAのセクタ5000番」に相当するといった変換処理を行います。
ターゲットドライバの適用: デバイスマッパは単なるアドレス変換だけでなく、特定の機能（ターゲット）を実現する役割も持っています。例えば、データ暗号化を行う場合は「暗号化ターゲット」、複数のディスクにデータを分散して書き込む場合は「ストライプターゲット」といった、特定の処理を行うモジュール（ターゲットドライバ）に変換後のリクエストを渡します。
物理デバイスへのアクセス: ターゲットドライバが処理を終えた後、最終的に物理デバイスへアクセスが行われます。

この階層的な構造のおかげで、OSは非常に高度なストレージ機能（例えば、暗号化ボリュームの作成、スナップショットの取得、複数のパスを経由した冗長アクセスなど）を、統一されたインターフェースを通じて実現できるのです。私たちが当たり前のように使っている柔軟なストレージ管理は、まさにこのデバイスマッパという抽象化レイヤの努力の賜物だと言えるでしょう。

ソフトウェアとハードウェアの分離

デバイスマッパの最大の貢献は、ソフトウェアの設計をハードウェアの制約から解放した点にあります。例えば、稼働中のサーバーに新しい物理ディスクを追加した場合、ファイルシステムを再構築することなく、既存の論理ボリュームの容量を拡張できます。これは、デバイスマッパがマッピングテーブルを変更するだけで、上位ソフトウェアには単に「論理デバイスが大きくなった」と見せかけることができるからです。この分離こそが、現代のエンタープライズシステムにおけるストレージ抽象化の根幹を成しているのです。

具体例・活用シーン

デバイスマッパは、エンドユーザーが直接触れることは稀ですが、裏側で私たちのデータ管理を支える重要なインフラです。ここでは、その具体的な活用例と、初心者にも分かりやすい比喩を通じて、その働きを理解しましょう。

1. ロジカル・ボリューム・マネージャ (LVM) の基盤

デバイスマッパの最も有名で広く使われている利用例は、LVM (Logical Volume Manager) です。

LVMとは: 複数の物理ディスクをまとめて一つの大きな「記憶域プール」として扱い、そこから必要なサイズの論理的な区画（論理ボリューム）を切り出して利用するためのシステムです。
デバイスマッパの役割: LVMが作り出すこの「論理ボリューム」の実体こそが、デバイスマッパによって提供される仮想的なデバイスです。LVMが「このデータはここに置いてね」とデバイスマッパに指示すると、デバイスマッパがその指示（マッピング）を物理ディスク上の正確な位置に翻訳し、実行します。LVMが柔軟なストレージ管理（ストレージ抽象化）を実現できるのは、デバイスマッパという強力な抽象化レイヤがあるからこそなのです。

2. 暗号化ディスク (dm-crypt)

セキュリティ対策として、ディスク全体を暗号化することがあります。Linuxで広く使われるdm-cryptも、デバイスマッパの機能を利用しています。

仕組み: デバイスマッパのターゲットドライバの一つである「暗号化ターゲット」が動作します。上位のソフトウェアがデータを書き込む際、デバイスマッパはマッピングを行うと同時に、ターゲットドライバによってデータを暗号化してから物理ディスクに書き込みます。読み込みの際は、その逆の処理を行います。
抽象化の恩恵: ファイルシステムなどのソフトウェアは、暗号化されていることを意識する必要がありません。アクセスは常に論理デバイス経由で行われます。これもまた、OSによる抽象化レイヤが、複雑なセキュリティ処理を透過的に実行している素晴らしい例です。

3. アナロジー：巨大な物流センターの配送管理

デバイスマッパの働きは、巨大な物流センターにおける「配送司令塔」に例えることができます。

ある企業（ソフトウェア）が、「荷物Aを倉庫に保管してほしい」と依頼したとしましょう。企業側は、荷物Aが「冷凍倉庫の3番棚」に行くのか、「常温倉庫の5番棚」に行くのか、あるいは「別棟のセキュリティエリア」に行くのかを知る必要はありません。

依頼（論理リクエスト）: 企業は「荷物Aの保管」という論理的な依頼をします。
配送司令塔（デバイスマッパ）: 司令塔は、依頼を受け、現在の倉庫の状況（マッピングテーブル）を見て、「この荷物は冷凍が必要だから、物理的な冷凍倉庫の3番棚に送る」と判断します。
特殊処理（ターゲットドライバ）: この際、司令塔は「冷凍処理」という特殊な手順（ターゲットドライバ）を適用するよう指示します。
物理配置（ハードウェア）: 荷物は適切に冷凍され、物理的な棚に収められます。

この司令塔（デバイスマッパ）があるおかげで、企業側は倉庫の物理的な配置や、冷凍、常温といった特殊な保管条件（ストレージ抽象化の複雑性）を一切気にすることなく、保管という業務（データI/O）に集中できるのです。これは、ハードウェアとソフトウェアの関係を円滑にする、まさに縁の下の力持ちの役割だと感じますね。