仮想ハードウェア

2025年11月4日

仮想ハードウェア

英語表記: Virtual Hardware

概要

仮想ハードウェアとは、物理的な実体を持たず、ソフトウェアによってエミュレート（模擬）されたコンピューターの構成要素のことです。これは、仮想化技術（VMware、Hyper-V、KVMなど）において、ゲストOS（仮想マシン内部で動作するOS）が動作するために必須の構成要素であり、CPU、メモリ、ディスク、ネットワークカードなどをソフトウェア的に再現します。ゲストOSは、自身が物理的なマシン上で動作していると錯覚できるように、この仮想ハードウェアを通じてシステムリソースにアクセスするのです。

詳細解説

仮想化技術における「仮想ハードウェア」は、仮想化の基礎を支える中核的な概念であり、ゲストOSと物理ハードウェアの間に立つ翻訳者のような役割を果たします。

目的と動作原理

仮想ハードウェアの最大の目的は、ゲストOSに一切の変更を加えることなく、通常のOSとして動作させることです。WindowsやLinuxなどのOSは、起動時に特定のハードウェア（例えばIntelチップセットやRealtek製NICなど）が存在することを前提として動作します。もし物理ハードウェアを直接利用しようとすると、複数のOSが同時にリソースを奪い合い、システムがクラッシュしてしまいます。

そこで、ハイパーバイザー（仮想化の核となるソフトウェア）が、物理ハードウェアの機能をソフトウェア的に再現し、それを仮想マシンに提供します。これが仮想ハードウェアです。ゲストOSが「CPUを使いたい」「ネットワークにデータを送りたい」といった命令を出すと、その命令はまず仮想ハードウェアに向けられます。ハイパーバイザーは、この仮想ハードウェアへの命令を傍受（インターセプト）し、物理ハードウェアが理解できる実際の命令に変換して実行するのです。

この仕組みがあるからこそ、私たちは一台の物理サーバー上で、異なるOSを同時に、かつ安定して動作させることができるわけです。これは本当にすごい技術だと感じます。

重要な構成要素

仮想ハードウェアは、物理マシンの主要な構成要素をすべて再現します。

vCPU (Virtual CPU): ゲストOSに割り当てられた仮想的なプロセッサコアです。ハイパーバイザーが物理CPUの処理能力を分割し、各vCPUに割り当てることで実現されます。
vRAM (Virtual RAM): 仮想マシンに割り当てられたメモリ容量です。物理メモリの一部を切り出して利用しますが、ハイパーバイザーはメモリの過剰割り当て（オーバーコミット）など、高度なメモリ管理技術も駆使します。
vDisk (仮想ディスク): 物理ディスク上の特定のファイル（VMwareではVMDK、Hyper-VではVHDXなど）として存在します。ゲストOSからはあたかも物理的なHDDやSSDのように見えますが、実体はハイパーバイザーによって管理されるデータファイルです。
vNIC (Virtual Network Interface Card): ゲストOSがネットワーク通信を行うための仮想的なネットワークアダプターです。これにより、仮想マシンは物理ネットワークに接続したり、他の仮想マシンと通信したりすることが可能になります。

仮想化の構成要素としての位置づけ

この仮想ハードウェアは、私たちが学んでいる「仮想化技術（VMware, Hyper-V, KVM） → 仮想化の基礎 → 仮想化の構成要素」という文脈において、最もユーザーに近いインターフェースです。ハイパーバイザーが「基礎」を提供し、ゲストOSが「利用するもの」だとすれば、仮想ハードウェアは「基礎と利用者の間をつなぐ橋渡し」の役割を担っています。この構成要素がなければ、ゲストOSは物理リソースを認識できず、仮想化は実現しません。

具体例・活用シーン

仮想ハードウェアの概念は、私たちが日常的に利用するサービスや、IT管理者がサーバーを構築する際に不可欠です。

サーバー構築時のリソース設計

IT管理者が新しい仮想サーバー（VM）を構築する際、まず最初に行うのが仮想ハードウェアの設計です。

例1: Webサーバーの構築
- Hyper-VマネージャーやvSphere Clientなどの管理画面で、「新しい仮想マシンの作成」を選択します。
- このとき、「vCPUを4コア」「vRAMを8GB」「vDiskを500GB」といった形で、仮想ハードウェアのスペックを定義します。
- この設定こそが、ゲストOSに対して提供される仮想ハードウェアそのものなのです。管理者側で物理リソースの制約を考慮しつつ、必要な性能を仮想的に割り当てています。

アナロジー：集合住宅の配管と電気設備

仮想ハードウェアの役割を理解するために、集合住宅（アパートやマンション）の構造を考えてみましょう。

物理ハードウェア: 土地、建物、そして建物全体を支えるメインの配管、電力線といったインフラです。これは物理的な実体です。
ハイパーバイザー (仮想化の基礎): 建物全体の管理責任者です。メインの配管や電力線を、各部屋に公平に分配・管理する役割を担っています。
仮想マシン (VM): 各部屋（ユニット）そのものです。
仮想ハードウェア (vHW): 各部屋の中に設置されている、壁の中の構成要素である配管やコンセント、スイッチです。

住人（ゲストOS）は、蛇口（vHW）をひねれば水（物理リソース）が出ると信じて使っています。住人は、建物全体のメイン配管がどうなっているかを知る必要はありません。部屋のコンセント（vHW）にプラグを挿せば電気が使えるように、ゲストOSは仮想ハードウェアを通じて、ハイパーバイザーが管理する物理リソースを安全に利用できるのです。もし部屋のコンセントがなければ、住人は電気を使うことができません。仮想ハードウェアは、まさにこの「部屋の中の利用可能な設備」に相当します。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート試験、基本情報技術者試験、応用情報技術者試験において、仮想化の基礎知識は頻出テーマです。特に仮想ハードウェアは、ハイパーバイザーの機能と密接に関連して出題されます。

基礎知識の確認 (ITパスポート/基本情報):
- 「仮想ハードウェア」は、ゲストOSが物理環境と変わらず動作できるように、ハイパーバイザーによって提供されるソフトウェア的な模擬装置である、という定義を確実に理解しておきましょう。
- vCPU、vRAM、vDiskなどの主要な構成要素の役割と、それらが物理リソースを共有している点を理解することが重要です。
- 仮想マシンが物理ハードウェアを直接操作するのではなく、仮想ハードウェアを経由してハイパーバイザーが仲介する、という仕組みは頻出です。
発展的な知識 (応用情報):
- 仮想ハードウェアの効率化に関連する技術、例えば準仮想化（Paravirtualization）との違いが問われることがあります。準仮想化では、ゲストOSが仮想化環境であることを認識し、仮想ハードウェアへのアクセスをより効率的に行うための特殊なインターフェース（ドライバ）を利用します。完全仮想化と準仮想化の違いを理解しておくと、さらに高得点が狙えます。
- 仮想ディスクの実体（VMDKやVHDXファイル）が、スナップショットやライブマイグレーションといった高度な仮想化機能の基盤となっていることを理解しておきましょう。
出題パターン:
- 「ゲストOSが物理的な環境であると認識して動作するために必要な構成要素は何か？」といった、定義を問う問題。
- 「物理サーバーのCPUリソースを複数の仮想マシンに分配し、各VMが独立して利用できるようにする役割を持つ仮想的な構成要素は何か？」といった、vCPUの役割を問う問題。