OSレベルの仮想化

OSレベルの仮想化は、オペレーティングシステム（OS）の仮想化パラダイムであり、カーネルがコンテナ（LXC、Solarisコンテナ、AIX WPAR、HP-UX SRPコンテナ、Docker、Podman）、ゾーン（Solarisコンテナ）、仮想プライベートサーバー（OpenVZ）、パーティション、仮想環境（VE）、仮想カーネル（DragonFly BSD）、jail（FreeBSD jailおよびchroot ）を含む複数の分離されたユーザー空間インスタンスの存在を許可する。^{[1]このよう}なインスタンスは、その中で実行されているプログラムの観点からは実際のコンピュータのように見える場合があります。通常のオペレーティングシステムで実行されているコンピュータプログラムは、そのコンピュータのすべてのリソース（接続されているデバイス、ファイルとフォルダ、ネットワーク共有、CPUパワー、定量化可能なハードウェア機能）を見ることができます。コンテナ内で実行されているプログラムは、コンテナの内容とコンテナに割り当てられたデバイスのみを見ることができます。

Unix 系オペレーティングシステムでは、この機能は、現在実行中のプロセスとその子プロセスの見かけ上のルートフォルダを変更する標準のchrootメカニズムの高度な実装と見なすことができます。分離メカニズムに加えて、カーネルは、1 つのコンテナのアクティビティが他のコンテナに与える影響を制限するために、リソース管理機能を提供することがよくあります。Linux コンテナはすべて、 Linux カーネルによって提供される仮想化、分離、およびリソース管理メカニズム、特にLinux 名前空間とcgroupに基づいています。^[2]

コンテナという言葉は、一般的には OS レベルの仮想化を指しますが、 MicrosoftのHyper-Vコンテナなど、ホスト OS とさまざまなレベルで連携して動作する、より完全な仮想マシンを指す場合もあります^{[引用が必要] 。 [引用が必要] 1960 年以降の}仮想化の概要については、 「仮想化テクノロジのタイムライン」を参照してください。

通常のパーソナル コンピュータのオペレーティング システムでは、コンピュータ プログラムはシステムのすべてのリソースを参照できます (アクセスできない場合でも)。リソースには次のものが含まれます。

• CPUやネットワーク接続などの利用可能なハードウェア機能
• ファイル、フォルダ、ネットワーク共有など、読み取りまたは書き込み可能なデータ
• ウェブカメラ、プリンター、スキャナー、ファックスなど、通信可能な接続された周辺機器

オペレーティング システムは、どのプログラムがリソースを要求したか、およびそのプログラムが実行されるコンテキストのユーザー アカウントに基づいて、そのようなリソースへのアクセスを許可または拒否できる場合があります。また、オペレーティング システムはそれらのリソースを非表示にし、コンピューター プログラムがそれらを列挙したときに列挙結果に表示されないようにすることもできます。それでも、プログラミングの観点からは、コンピューター プログラムはそれらのリソースと対話し、オペレーティング システムは対話の動作を管理しています。

オペレーティング システムの仮想化、またはコンテナ化により、リソースの一部のみが割り当てられているコンテナ内でプログラムを実行できます。コンピュータ全体を参照することを期待しているプログラムは、コンテナ内で実行されると、割り当てられたリソースのみを参照でき、それが利用可能なリソースのすべてであると認識します。各オペレーティング システムで複数のコンテナを作成し、各コンテナにコンピュータのリソースのサブセットを割り当てることができます。各コンテナには、任意の数のコンピュータ プログラムを含めることができます。これらのプログラムは、同時に実行することも、個別に実行することも、相互に対話することもできます。

コンテナ化はアプリケーション仮想化と類似点があります。後者では、分離されたコンテナには 1 つのコンピュータ プログラムのみ配置され、分離はファイル システムにのみ適用されます。

オペレーティング システム レベルの仮想化は、仮想ホスティング環境でよく使用されます。仮想ホスティング環境では、相互に信頼関係のない多数のユーザー間で有限のハードウェア リソースを安全に割り当てるのに役立ちます。また、システム管理者は、別々のホスト上のサービスを 1 つのサーバー上のコンテナーに移動することで、サーバー ハードウェアを統合するために仮想化を使用することもできます。

その他の一般的なシナリオとしては、セキュリティの向上、ハードウェアの独立性、リソース管理機能の追加のために、複数のプログラムを別々のコンテナに分離することが挙げられます。^[3]ただし、chrootメカニズムの使用によって提供されるセキュリティの向上は完璧ではありません。^[4]ライブマイグレーションが可能なオペレーティングシステムレベルの仮想化実装は、クラスター内のノード間でのコンテナの動的負荷分散にも使用できます。

オペレーティング システム レベルの仮想化では、通常、完全仮想化よりもオーバーヘッドが少なくなります。これは、 OS レベルの仮想パーティション内のプログラムがオペレーティング システムの通常のシステム コールインターフェイスを使用し、完全仮想化 ( VMware ESXi、QEMU、Hyper-Vなど) や準仮想化( Xen、User-mode Linuxなど)の場合のように、エミュレーションの対象になったり、中間の仮想マシンで実行されたりする必要がないためです。この形式の仮想化では、効率的なパフォーマンスのためにハードウェア サポートも必要ありません。

オペレーティングシステムレベルの仮想化は、ホストオペレーティングシステムとは異なるゲストオペレーティングシステムや異なるゲストカーネルをホストできないため、他の仮想化アプローチほど柔軟ではありません。たとえば、Linuxでは、異なるディストリビューションは問題ありませんが、Windowsなどの他のオペレーティングシステムはホストできません。可変入力システムを使用するオペレーティングシステムは、仮想化アーキテクチャ内で制限を受けます。クラウドサーバーリレー分析などの適応方法は、これらのアプリケーション内でOSレベルの仮想環境を維持します。^[5]

Solaris は、ブランドゾーン機能によって上記の制限を部分的に克服しています。この機能は、Solaris 10 ホストで古いSolaris 8または 9 バージョンをエミュレートするコンテナ内で環境を実行する機能を提供します。Linux ブランドゾーン (「lx」ブランドゾーンと呼ばれる) もx86ベースの Solaris システムで利用可能で、完全な Linuxユーザー空間と Linux アプリケーションの実行サポートを提供します。さらに、Solaris は、 「lx」ゾーン内にRed Hat Enterprise Linux  3.x またはCentOS  3.x Linux ディストリビューションをインストールするために必要なユーティリティを提供します。^{[6] [7]}ただし、2010 年に Linux ブランドゾーンは Solaris から削除されました。2014 年に、 32 ビットLinux カーネルをサポートするオープンソースのSolaris フォークであるIllumos で再導入されました。^[8]

一部の実装では、ファイルレベルのコピーオンライト(CoW) メカニズムが提供されています。(最も一般的なのは、標準のファイル システムがパーティション間で共有され、ファイルを変更するパーティションは自動的に独自のコピーを作成します。) これは、システム全体の仮想化装置で一般的なブロックレベルのコピーオンライト スキームよりもバックアップが簡単で、スペース効率が高く、キャッシュが簡単です。ただし、システム全体の仮想化装置は、非ネイティブ ファイル システムで動作し、システム全体の状態のスナップショットを作成およびロールバックできます。

上記に記載されていない Linux コンテナーには次のものがあります。

• LXD 、 Canonicalが開発したLXCの代替ラッパー^[43]
• Podman ^[44]は、OCIやDockerイメージを含む複数のコンテナイメージ形式をサポートする、Kubernetes対応のルートレスで安全なDockerの代替品です。
• Charliecloud、HPCシステムで使用されるコンテナツールセット^[45]
• カタコンテナマイクロVMプラットフォーム^[46]
• Bottlerocketは、 Amazon Web Servicesが仮想マシンまたはベアメタルホスト上でコンテナを実行するために特別に構築したLinuxベースのオープンソースオペレーティングシステムです^[47]
• Azure Linuxは、 Microsoft Azure向けに構築されたオープンソースのLinuxディストリビューションであり、Fedora CoreOSに似ています。

• コンテナ Linux
• コンテナオーケストレーション
• Flatpakパッケージ マネージャー
• Linux cgroups
• Linux 名前空間
• ハイパーバイザー
• ポータブルアプリケーション作成者
• オープンコンテナイニシアチブ
• サンドボックス（ソフトウェア開発）
• 分離カーネル
• サーバーレスコンピューティング
• スナップパッケージマネージャー
• ストレージハイパーバイザー
• 仮想プライベートサーバー(VPS)
• 仮想リソースの分割

• 仮想化入門 2019-11-28にWayback Machineでアーカイブ
• 3つの異なる仮想化技術の簡単な紹介
• アプリケーション インフラストラクチャの仮想化とコンテナ化: 比較、2015 年 6 月 22 日、Mathijs Jeroen Scheepers 著
• コンテナと永続データ、LWN.net、2015 年 5 月 28 日、Josh Berkus 著