KVMによるLinux仮想化サーバー構築とvirsh管理【201試験 主題2.05】



サーバーリソースを効率的に集約・運用する基盤として、Linuxカーネル標準の仮想化技術であるKVM（Kernel-based Virtual Machine）は、クラウド基盤やプライベート仮想化環境の中核を担っています。LinuCレベル2（201試験）の主題2.05「仮想化技術」では、QEMU/KVMのアーキテクチャ理解、libvirtスイート（virsh）による仮想マシンのライフサイクル制御、仮想ストレージ（qemu-img）の操作、および仮想ネットワークの構成が幅広く出題されます。

特に記述式問題（コマ問）では、virshのサブコマンド（list、start、shutdown、destroy、undefine、autostart）の正確な使い分けや、qemu-imgによる仮想ディスクのフォーマット指定（raw vs qcow2）、virt-installの必須パラメータが頻出します。本記事では、AlmaLinux 9の実機ログを交えながら、仮想化基盤の設計・運用に必要な実践知識を整理して解説します。

1. Linux仮想化技術のアーキテクチャ（KVMとQEMU）#

Linux環境における仮想化は、カーネルモジュールとしての「KVM」と、ユーザ空間のエミュレータである「QEMU」、そしてこれらを一元管理する「libvirt」という3つのコンポーネントが緊密に連携して動作します。

1.1 タイプ1（ベアメタル）とタイプ2（ホスト型）ハイパーバイザの違い#

ハイパーバイザには大きく分けて以下の2つの分類が存在します。

KVMは、通常のLinuxカーネルにカーネルモジュール（kvm.ko）をロードすることで、Linuxカーネルそのものをタイプ1ハイパーバイザとして動作させるアーキテクチャを採用しています。これにより、Linux標準のプロセススケジューラやメモリ管理の恩恵をダイレクトに受けることができます。

1.2 KVM（カーネルモジュール）とQEMUの連携#

KVM単体では、CPUとメモリの仮想化（/dev/kvmデバイスインターフェース経由）しか提供しません。ハードディスク、ネットワークカード、ディスプレイ、USBといった各種I/Oデバイスのエミュレーションは、ユーザ空間で動作するQEMUが担当します。

各仮想マシンは、ホストOS上では「1つの独立したQEMUプロセス」として見えます。ps aux | grep qemuを実行すると、仮想マシンのメモリ割り当てやディスク設定がQEMUの起動引数として渡されている様子が確認できます。

1.3 CPU仮想化支援機構の確認（Intel VT-x / AMD-V）#

KVMを動作させるには、物理CPUにハードウェア仮想化支援機能（Intel VT-x、またはAMD-V）が搭載され、BIOS/UEFIで有効化されている必要があります。稼働中ホストでは/proc/cpuinfoのフラグを検査します。

# Intel CPU の場合は vmx、AMD CPU の場合は svm が出力される
$ grep -E -m 1 "vmx|svm" /proc/cpuinfo
flags		: ... vmx ...

2. 仮想ディスクイメージの形式とqemu-imgによる操作#

KVM仮想マシンのハードディスクは、ホスト上の単一ファイル（ディスクイメージ）として管理されます。主要な形式として**raw形式**と**qcow2形式**があり、運用要件に応じて使い分けます。

2.1 raw形式とqcow2形式の特性比較#

2.2 qemu-imgによるイメージ作成・変換・情報確認#

仮想ディスクイメージの作成やフォーマット変換には、qemu-imgコマンドを使用します。実機で10GBのrawおよびqcow2イメージを作成し、実際のディスク消費量を比較します。

# raw 形式で 10GB のディスクを作成
$ qemu-img create -f raw /tmp/disk.raw 10G
Formatting '/tmp/disk.raw', fmt=raw size=10737418240

# qcow2 形式で 10GB のディスクを作成
$ qemu-img create -f qcow2 /tmp/disk.qcow2 10G
Formatting '/tmp/disk.qcow2', fmt=qcow2 cluster_size=65536 size=10737418240

# ファイルサイズと実際のディスク消費量を比較
$ ls -lh /tmp/disk.*
-rw-r--r--. 1 user01 user01 193K  9月  7 08:03 /tmp/disk.qcow2
-rw-r--r--. 1 user01 user01  10G  9月  7 08:03 /tmp/disk.raw

# qcow2 の詳細プロパティを確認
$ qemu-img info /tmp/disk.qcow2
image: /tmp/disk.qcow2
file format: qcow2
virtual size: 10 GiB (10737418240 bytes)
disk size: 196 KiB
cluster_size: 65536

実機ログから明らかなように、disk.rawは作成直後から10GBを専有しているのに対し、disk.qcow2は仮想サイズ（virtual size）が10GiBでありながら、初期の物理ディスク消費量（disk size）はわずか196KiBに抑えられています。

フォーマットの相互変換を行うには、qemu-img convertを使用します。

# raw から qcow2 への変換（-O オプションで出力形式を指定）
$ qemu-img convert -f raw -O qcow2 /tmp/disk.raw /tmp/converted.qcow2

3. libvirt基盤とvirshコマンドによる仮想マシン管理#

KVMやQEMUを直接操作するのは複雑であるため、通常は仮想化抽象化ライブラリであるlibvirtとそのデーモン（libvirtd）、およびコマンドラインツールvirshを使用します。

3.1 libvirtアーキテクチャと仮想マシンのXML定義#

libvirtでは、各仮想マシンの構成情報（vCPU数、メモリ量、ディスクパス、MACアドレスなど）がXML形式の定義ファイルとして/etc/libvirt/qemu/<vm-name>.xmlに保存されます。設定を変更する場合は、ファイルを直接編集するのではなくvirsh edit <vm-name>を実行します。

3.2 virshによる仮想マシンのライフサイクル制御#

試験で最も問われるのが、仮想マシンの状態確認と停止・強制停止のコマンドです。

4. 仮想ネットワークのトポロジー（NAT vs ブリッジ）#

仮想マシンが外部ネットワークと通信するためのネットワーク構成には、大きく分けて**NAT方式**と**ブリッジ方式**の2つが存在します。

4.1 デフォルト仮想ネットワーク（NAT / virbr0）#

libvirtのインストール時に標準で作成される仮想ネットワークが「default」ネットワークです。内部的にvirbr0という仮想ブリッジ（通常192.168.122.1/24）が作成され、仮想マシンにはDHCP（dnsmasq）経由でプライベートIPが割り当てられます。

外部通信時はホストOSのiptables/nftablesによって**IPマスカレード（NAT）**が行われます。仮想マシンからインターネットへのアウトバウンド通信は自動で確立しますが、外部ネットワークから仮想マシンへ直接アクセスすることはできません（ポートフォワーディング設定が必要）。

4.2 物理ネットワーク直結のブリッジ接続（Bridge）#

仮想マシンを外部公開サーバー（Web、DB等）として運用する場合、ホストOS上に物理NIC（eth0）を収容したLinuxブリッジ（br0）を作成し、仮想マシンのNICをこのbr0に直結します。

これにより、仮想マシンはホストOSと同一の物理LANセグメント（例: 192.168.2.0/24）に属する独立したIPアドレスを持つことができ、外部から直接通信可能になります。

4.3 virsh net-* コマンドによるネットワーク制御#

# 仮想ネットワークの一覧表示
$ sudo virsh net-list --all
 Name      State    Autostart   Persistent
--------------------------------------------
 default   active   yes         yes

# ネットワークの起動・停止・自動起動設定
$ sudo virsh net-start default
$ sudo virsh net-autostart default

5. 仮想マシンの新規構築と複製（virt-install と virt-clone）#

GUI環境（virt-manager）を用いず、CUIからコマンド1発で仮想マシンをプロビジョニングするツールがvirt-installです。また、既存VMを複製するvirt-cloneも試験で頻出します。

$ sudo virt-install \
    --name=web01 \
    --vcpus=2 \
    --memory=2048 \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/web01.qcow2,size=20,format=qcow2 \
    --os-variant=almalinux9 \
    --network bridge=br0 \
    --location=/iso/AlmaLinux-9.8-x86_64-minimal.iso \
    --extra-args="console=ttyS0" \
    --graphics none

既存の仮想マシンからMACアドレスやUUIDを再生成し、完全に独立した同一クローンを作成するにはvirt-cloneを使用します。

# web01 から web02 を自動クローン作成（ディスクも自動生成）
$ sudo virt-clone \
    --original web01 \
    --name web02 \
    --auto-clone

6. LinuC 201試験（主題2.05）重要ポイント総整理#

試験本番で問われる主要コマンドと構文上の盲点を整理します。

6.1 記述式（コマ問）頻出コマンド・サブコマンド一覧#

7. まとめ：ハイパーバイザの制御を理解し仮想化基盤を統括する#

LinuxにおけるKVM仮想化は、カーネル標準のハイパーバイザモジュールと、デバイスを模倣するQEMU、そしてこれらを抽象化して操作するlibvirtの三位一体で成り立っています。

ディスクフォーマットの特性（rawの高速性 vs qcow2の柔軟性）や、ネットワーク構成の使い分け（内部完結のNAT vs 本番運用のブリッジ）、virshによる正確なライフサイクル制御を体系的に把握しておくことで、試験の記述問題はもちろん、実務におけるプライベートクラウド基盤の運用保守を自信を持って行えるようになります。

次回（第8回）は、201試験の最終回となる「コンテナ技術の基礎とDockerコンテナ管理・Dockerfile」（Namespacesとcgroupsの仕組み、コンテナのライフサイクル、イメージビルド、コンテナネットワーク）を取り上げます。

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