PR

CPUの仮想化

2008年9月1日(月)
小薗井 康志

ハードウエアの仮想化とは?

 ここ2、3年仮想化技術が注目を集めています。サービスやアプリケーションなどのソフトウエアから、サーバーやストレージ、CPUなどのハードウエアまで、さまざまな場面で仮想化がキーワードになり、それを利用したソリューションが提供されるようになりました。

 本連載では、特にサーバーやPCで使われているハードウエアの仮想化においてキーとなるCPUによる仮想化をサポートする技術を紹介します。CPUの仮想化をサポートする技術を使うことで、1つのシステム上で複数のOSを起動することが簡単にできるようになります。なお、ここでのCPUはIntel系のいわゆるx86系CPUを中心に紹介していきます。

CPUの特権レベルとは何か?

 仮想化について説明する前にCPUの「特権レベル」について説明します。これを理解すればCPUの仮想化というものが簡単に理解できます。

 Intelの386以降のCPUは、特権レベルというものをサポートしており、OSが動作する時とアプリケーションが動作する時のモードを特権レベルで分けています。

 X86系CPUでは4段階の特権レベルを持っています。図1に示すようにOSは特権レベルの一番高いレベル0で動作し、アプリケーションはレベル3で動作します。通常、レベルは「リング」と呼ばれており、OSはリング0で、アプリケーションはリング3で動作するという言い方をします。あるいはそれぞれ「カーネルモード」「ユーザーモード」と呼ばれることもあります。

 リング0で動作するソフトウエアは、CPUが持っているリソースおよび命令にすべてアクセスすることができる「特権命令」を実行することができます。もちろんメモリーの全空間へのアクセス、IOなどのハードウエアへのアクセスなども可能です。

 一方、リング3ではアクセスが限定されます。そのため、アプリケーションで何か致命的な問題が発生しても、OSまでは影響を受けず、システム全体の動作に影響が出ないようになっています。

 なおアプリケーションを書くプログラマは、ハードウエアなどのリソースに関してはOSに任せてプログラムを作成することができます。アプリケーションがOSのシステムコールなどを呼び出した場合やハードウエアへのアクセスが必要となった場合、CPUはリング0での動作モードになります。またハードウエアを動作させるドライバーソフトもリング0で動くことになります。

 次ページからは、本題である仮想化について説明していきましょう。

半導体(インテル)の技術者から経営者、サーバーベンダー(Dell)の技術者を経て現在日本アイ・ビー・エム株式会社でIT Specialistとして働いております。クラウド上で様々な面白いアプリケーションを多くの人が開発できるようにSoftLayerを中心にIBMのクラウド製品をサポートしております。個人的にはDrupalに注目。2014年9月にDrupal Business Consortium Japan を設立。現在理事長

Think IT会員サービス無料登録受付中

Think ITでは、より付加価値の高いコンテンツを会員サービスとして提供しています。会員登録を済ませてThink ITのWebサイトにログインすることでさまざまな限定特典を入手できるようになります。

Think IT会員サービスの概要とメリットをチェック

他にもこの記事が読まれています