仮想CPU（かそうしーぴーゆー）
英語表記: Virtual CPU
概要
仮想CPU（vCPU）とは、「コンピュータの構成要素」である物理的なCPUリソースを、「仮想化技術の基礎」に基づき、仮想マシン（VM）が利用できるように抽象化・分割した論理的なプロセッサのことです。これは、「仮想マシンの構成」において、ゲストOSが動作するために必須となる中核的な要素であり、物理的な計算能力を仮想環境内で効率的に共有し、利用可能にするために導入されます。ゲストOSは、このvCPUをあたかも専用の物理CPUであるかのように認識し、処理を実行します。
詳細解説
仮想CPUの目的と役割
仮想化技術の最大の目的は、限られた物理リソース（CPU、メモリ、ストレージなど）を最大限に活用し、複数の独立した実行環境を同時に提供することにあります。この文脈において、仮想CPUは物理CPUの処理能力を複数のVM間で安全かつ公平に分配する役割を担います。これにより、サーバーの統合（コンソリデーション）が可能となり、物理的なハードウェアコストや運用コストの削減に大きく貢献するのです。これは、現代のITインフラストラクチャにおいて、非常に経済的で賢明な選択肢だと言えるでしょう。
動作原理：ハイパーバイザによる管理
vCPUの動作は、仮想化環境の心臓部であるハイパーバイザ（VMM: Virtual Machine Monitor）によって完全に管理されています。仮想化技術の基礎として、ハイパーバイザの存在は欠かせません。
ハイパーバイザは、物理CPUのコアが持つ処理時間を細かく分割し、それぞれのvCPUに割り当てていきます。この処理は「スケジューリング」と呼ばれ、非常に高速かつ正確に行われるため、ゲストOSから見ると、あたかも自分専用のCPUが途切れることなく動作しているように見えるわけです。
例えば、ある物理サーバーに4コアのCPUが搭載されていたとしましょう。ハイパーバイザは、この4コアのリソースを使い、合計で8個や16個のvCPUを作成し、複数の仮想マシンに割り当てることができます。これは、物理リソースの合計を超えてvCPUを割り当てる「オーバーコミットメント」と呼ばれる手法であり、「仮想化技術の基礎」における効率化の鍵となります。ただし、割り当てすぎると性能低下を招くため、適切な設計が非常に重要になりますね。
構成要素と性能への影響
vCPUは論理的な概念ですが、その性能は物理CPUのコア数、クロック速度、そしてハイパーバイザの効率に直結しています。
- 物理コアとのマッピング: 1つのvCPUは、通常、物理CPUの1つのスレッド、またはコアの処理能力の一部に対応します。ゲストOSが要求する処理（命令実行）は、ハイパーバイザによって捕捉され、物理CPU上で実行されます。
- コンテキストスイッチ: 複数のvCPUが物理CPUを共有するため、ハイパーバイザは頻繁に処理の切り替え（コンテキストスイッチ）を行います。この切り替えによって、仮想化技術におけるわずかなオーバーヘッド（管理コスト）が発生します。
仮想CPUは、単なる物理CPUのレプリカではなく、物理CPUの機能を仮想環境に合わせて提供する「アダプター」のようなものだと考えると理解しやすいかもしれません。「コンピュータの構成要素」であるCPUの能力を、仮想化という技術を通じて、柔軟な「仮想マシンの構成」に落とし込んでいる、と言えるでしょう。
階層構造における重要性
この概念が「コンピュータの構成要素」→「仮想化技術の基礎」→「仮想マシンの構成」という流れの中でなぜ重要かというと、vCPUこそが、物理的なハードウェア（構成要素）と、その上で動く仮想環境（仮想マシンの構成）を結びつける、最もアクティブな接点だからです。vCPUの割り当て方や管理方法の良し悪しが、仮想環境全体の性能と安定性を決定づける、と言っても過言ではありません。
具体例・活用シーン
仮想CPUは、現代のITインフラストラクチャにおいて不可欠な要素です。
- サーバー統合（コンソリデーション）: 複数の古い物理サーバー上で動いていたアプリケーションを、高性能な一台の物理サーバー上の複数のVMに集約する際、それぞれのVMに適切な数のvCPUを割り当てます。これにより、電力消費や設置スペースを大幅に削減できます。これはコスト削減の王道ですね。
- クラウドコンピューティング: Amazon EC2やMicrosoft Azureなどのパブリッククラウドサービスで提供される仮想サーバーのサイズは、割り当てられるvCPUの数によって決定されます。ユーザーは必要な処理能力に応じてvCPUの数を自由に選択・変更できます。
- 開発・テスト環境: 本番環境とは完全に分離された環境を迅速に構築したい場合、必要なvCPU数を設定したVMを立ち上げます。これにより、物理ハードウェアを汚染することなく、安全に新しいソフトウェアの検証が可能です。
メタファー：工場のシフト制と専属作業ブース
仮想CPUの働きを初心者の方にも理解していただくために、物理CPUを「巨大な工場」、ハイパーバイザを「工場長」、vCPUを「工場内に設置された個別の専属作業ブース」に例えてみましょう。これは非常に分かりやすい説明だと思います。
この巨大な工場（物理CPU）は、同時に多くの作業（処理）をこなす能力を持っています。工場長（ハイパーバイザ）は、この工場の限られた時間（処理時間）を管理しています。
ある日、3つの異なる会社（仮想マシンA、B、C）が、それぞれ専用の作業スペースを要求しました。工場長は、物理的なスペースを分けるのではなく、工場内の作業時間を使って、会社A、B、Cそれぞれに「仮想の専属作業ブース」（vCPU）を割り当てます。
会社Aの作業ブース（vCPU）が作業をしたいと要求すると、工場長は瞬時に、工場（物理CPU）の作業員をそのブースに派遣します。作業員は高速で処理を行い、少し時間が経つと、工場長は作業員をすぐに引き上げ、今度は会社Bのブースに派遣します。これを非常に高速に繰り返すことで、会社A、B、Cのどの担当者も、「自分のブースがずっと専属の作業員に占有されている」と錯覚するのです。
もし会社Aが突然、大量の作業（高負荷）を要求した場合、工場長は
