仮想マシンとDockerコンテナの違い・virshとdockerコマンドの使い方【LinuC 101試験対策】



LinuCレベル1（101試験）の現行バージョン「Version 10.0」において、近年のクラウドネイティブ環境の普及に伴い大幅に出題強化された最重要テーマが「主題1.01 Linuxのインストールと仮想マシン・コンテナの利用」に含まれる「1.01.2 仮想マシン・コンテナの概念と利用（重要度4）」です。

かつて主流であった物理サーバー単体での運用から、ハードウェアリソースを論理的に分割する「仮想マシン（Hypervisor型）」、そしてLinuxカーネルの機能を利用してアプリケーション単位で軽量にプロセスを隔離する「コンテナ（OSレベル仮想化）」へとインフラ基盤は進化しました。本記事では、両者のアーキテクチャの決定的な差異から、仮想マシン管理ツール virsh、コンテナエンジン docker（および podman）の基本操作コマンド体系までを実機検証を交えて体系的に解説します。

目次

1. 1. 仮想化技術の分類とアーキテクチャ比較
   1. 1.1 ハイパーバイザー型仮想化（Type 1: ベアメタル型 vs Type 2: ホスト型）
   2. 1.2 Linux標準ハイパーバイザー「KVM」の特徴と仕組み
   3. 1.3 コンテナ型仮想化（OSレベル仮想化）の基本原理
   4. 1.4 仮想マシンとコンテナの性能・リソース消費・起動速度の対比
2. 2. コンテナを支えるLinuxカーネル要素技術
   1. 2.1 Namespaces（名前空間）によるリソースの独立分離
   2. 2.2 cgroups（コントロールグループ）によるハードウェアリソース制限
   3. 2.3 chrootとオーバーレイファイルシステム（OverlayFS）
3. 3. KVM仮想マシンの基本操作（virshコマンド）
   1. 3.1 libvirtとvirshコマンドの役割
   2. 3.2 仮想マシンの一覧確認と状態把握（virsh list, dominfo）
   3. 3.3 仮想マシンの起動・停止・強制終了（virsh start, shutdown, destroy）
4. 4. Dockerコンテナの基本操作とライフサイクル
   1. 4.1 コンテナイメージとコンテナインスタンスの関係
   2. 4.2 イメージの取得と一覧表示（docker pull, docker images）
   3. 4.3 コンテナの起動・実行・一覧確認（docker run, docker ps）
   4. 4.4 コンテナの停止・削除とイメージ削除（docker stop, docker rm, docker rmi）
5. 5. 実機ハンズオン演習：AlmaLinux 9で仮想化・コンテナコマンドを体験
   1. 5.1 実機検証環境の確認
   2. 5.2 演習1：virsh コマンドによる仮想マシン管理サブコマンドの確認
   3. 5.3 演習2：コンテナのライフサイクル（実行・停止・削除）コマンドの検証
6. 6. LinuC 101試験対策まとめとコマ問頻出チェック
   1. 6.1 コマ問（記述式）頻出キーワード一覧表
   2. 6.2 Ping-t演習へのブリッジ（対象分野と推奨学習順）
7. 7. まとめと次回予告

1. 仮想化技術の分類とアーキテクチャ比較#

1.1 ハイパーバイザー型仮想化（Type 1: ベアメタル型 vs Type 2: ホスト型）#

1台の物理サーバー上で、複数の独立したOS（仮想マシン / ゲストOS）を同時に稼働させる技術を「ハイパーバイザー型仮想化」と呼びます。ハイパーバイザーには、動作階層の違いによって2つのタイプが存在します。

1.2 Linux標準ハイパーバイザー「KVM」の特徴と仕組み#

Linux環境における標準的なハイパーバイザーが「KVM（Kernel-based Virtual Machine）」です。KVMはLinuxカーネルモジュール（kvm.ko, kvm-intel.ko / kvm-amd.ko）として提供され、LinuxカーネルそのものをType 1ハイパーバイザーへと変貌させます。

各仮想マシンは、ホストLinuxから見ると「通常の1つのLinuxプロセス」としてCPUスケジューリングされます。また、仮想デバイス（ディスクやNIC等）のエミュレーションには「QEMU」が連携して利用されます。

1.3 コンテナ型仮想化（OSレベル仮想化）の基本原理#

ハイパーバイザー型仮想化がハードウェアを仮想化し、仮想マシンごとに「独立したカーネル（ゲストOS）」を丸ごと起動するのに対し、「コンテナ型仮想化」はホストOSのLinuxカーネルをすべてのコンテナで共有します。

1.4 仮想マシンとコンテナの性能・リソース消費・起動速度の対比#

LinuC試験では、仮想マシンとコンテナのトレードオフ（長所と短所）に関する比較問題が頻出します。

2. コンテナを支えるLinuxカーネル要素技術#

コンテナは魔法の技術ではなく、Linuxカーネルが長年培ってきた標準的なリソース隔離・制限機能の組み合わせによって実現されています。

2.1 Namespaces（名前空間）によるリソースの独立分離#

「名前空間（Namespaces）」は、特定のプロセス群に対して「システムリソースの見え方」を分離・仮想化するカーネル機能です。コンテナ内部からは、自身がシステム全体の専有環境にいるように見えます。

2.2 cgroups（コントロールグループ）によるハードウェアリソース制限#

「コントロールグループ（cgroups: Control Groups）」は、プロセスグループごとに物理ハードウェアリソースの使用量を計量・制限・優先順位付けするカーネル機能です。

特定のコンテナが暴走してCPUを100%専有したり、メモリを食いつぶしてホスト全体をダウン（OOM: Out Of Memory）させることを防ぎます。CPU使用率制限（コア数・クォータ）、メモリ使用量上限、ディスクI/O帯域幅、ネットワークパケットの制限などが可能です。

2.3 chrootとオーバーレイファイルシステム（OverlayFS）#

プロセスのルートディレクトリを特定のディレクトリ配下に隔離する古典的な「chroot」の概念を進化させ、コンテナでは軽量な多層ファイルシステム（OverlayFSなど）が採用されています。読み取り専用の共通ベースイメージ層の上に、変更分のみを記録する書き込み層（Copy-on-Write）を重ねることで、高速な生成とディスク容量の節約を実現しています。

3. KVM仮想マシンの基本操作（virshコマンド）#

3.1 libvirtとvirshコマンドの役割#

KVMやXenなどの仮想マシンを統合管理するための標準APIライブラリが「libvirt」です。管理者は、端末から virsh（Virtual Shell）コマンドを実行して仮想マシンの操作を行います。

3.2 仮想マシンの一覧確認と状態把握（virsh list, dominfo）#

仮想マシン（ドメイン）の一覧表示やスペック確認を行う主要サブコマンドです。

3.3 仮想マシンの起動・停止・強制終了（virsh start, shutdown, destroy）#

4. Dockerコンテナの基本操作とライフサイクル#

4.1 コンテナイメージとコンテナインスタンスの関係#

Docker環境では、「コンテナイメージ（金型・テンプレート）」と「コンテナ（実行実体・インスタンス）」を明確に区別します。1つのイメージから、独立した複数のコンテナインスタンスを瞬時に起動できます。

4.2 イメージの取得と一覧表示（docker pull, docker images）#

4.3 コンテナの起動・実行・一覧確認（docker run, docker ps）#

4.4 コンテナの停止・削除とイメージ削除（docker stop, docker rm, docker rmi）#

5. 実機ハンズオン演習：AlmaLinux 9で仮想化・コンテナコマンドを体験#

5.1 実機検証環境の確認#

AlmaLinux 9環境で、カーネルのcgroups v2および名前空間（Namespaces）のファイル構造、ならびに仮想化パッケージを確認します。

[user01@linuc-node01 ~]$ mount | grep cgroup2
cgroup2 on /sys/fs/cgroup type cgroup2 (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,nsdelegate...)

[user01@linuc-node01 ~]$ ls -l /proc/$$/ns/
合計 0
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 cgroup -> cgroup:[4026531835]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 mnt -> mnt:[4026531841]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 net -> net:[4026531840]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 pid -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. 1 user01 user01 0  9月  8 07:08 uts -> uts:[4026531838]

各プロセス（$$ は現在のシェルPID）が独立した名前空間リンクを保持していることが実機上でも確認できます。

5.2 演習1：virsh コマンドによる仮想マシン管理サブコマンドの確認#

virsh コマンドのバージョンと主要オプションを実行し、出力構造を把握します。

[user01@linuc-node01 ~]$ virsh --version
11.10.0

[user01@linuc-node01 ~]$ virsh list --help | head -n 8
  NAME
    list - ドメインのリスト

  SYNOPSIS
    list [--inactive] [--all] [--transient] [--persistent] [--with-snapshot]...

virsh list --all により、稼働中のドメインだけでなく非アクティブ（inactive）な停止中VMも含めて一覧表示できる構文が確認できます。

5.3 演習2：コンテナのライフサイクル（実行・停止・削除）コマンドの検証#

Docker互換CLIを提供する podman（または docker）を用いて、コンテナの操作を確認します。

6. LinuC 101試験対策まとめとコマ問頻出チェック#

6.1 コマ問（記述式）頻出キーワード一覧表#

6.2 Ping-t演習へのブリッジ（対象分野と推奨学習順）#

7. まとめと次回予告#

本記事では、ハイパーバイザー型仮想化（Type 1 vs Type 2）とKVMの構造、コンテナ型仮想化の基本原理とLinuxカーネル機能（Namespaces, cgroups）、仮想マシン管理ツール virsh の主要サブコマンド、およびDockerコンテナのライフサイクル管理コマンドを網羅しました。

仮想化とコンテナは、現代のインフラエンジニアにとって避けては通れない必須教養であり、LinuC Version 10.0における得点源となるキートピックです。

次回は、システムの起動から終了までを司るコア領域「Linuxブートプロセスとsystemdターゲット・プロセス管理【主題1.01 (1.01.3, 1.01.4)】」を取り上げます。UEFI/BIOSからブートローダ（GRUB2）、カーネル初期化（systemd）に至る詳細な起動フェーズ、systemdのターゲット（multi-user.target, graphical.target）、プロセス監視（ps, top）、バックグラウンド実行（nohup, tmux）、およびシグナル送信（kill, pkill）を学習します。