仮想マシン：コンピュータインフラを変える技術

導入: なぜVMは不可欠になったのか?

異なるオペレーティングシステムを1つのデバイスで実行する方法を考えたことはありますか？または、分散型ネットワークがどのようにして何万ものノードで同じコードを実行し続けるのか？その答えは、仮想マシン(VM)です。この技術は、基盤となるハードウェアに依存せずに隔離された計算環境を作成します。今日は、コンピュータのテストからブロックチェーンエコシステムに至るまで、VMは基本的な技術です。

VMとは実際に何ですか？

仮想マシンとは、追加の物理ハードウェアを使用せずに、数回のクリックで設定できるコンピュータのようなものです。WindowsをMacBookコンピュータやLinuxシステムで、メインのオペレーティングシステムを変更せずに実行したい場合、VMはそれを可能にします。コンピュータと呼ばれるメインVMは、独立したオペレーティングシステム、ファイル、プログラムが動作できる隔離された環境を作成しますが、それらはすべて現在のデバイスのメモリ内で動作します。

主なシステムは、VMに自分のRAMメモリ、CPU処理能力、ストレージを提供することで、バックエンドでの難易度を処理します。これは、他のシステムでのみ利用可能なアプリケーションソフトウェアが必要な場合に特に便利です。

VMの内部動作：ハイパーバイザーとリソース割り当て

すべてのVMマジックはハイパーバイザーを介して行われます。ハイパーバイザーは、コンピュータの物理リソースを取得し、同時に複数のVMがそれらを使用できるように分配するソフトウェアです。ハイパーバイザーには2つの主要なモデルがあります。

1型ハイパーバイザー(ベアメタル) – 他のオペレーティングシステムを期待せずに、ハードウェアに直接インストールされます。これらのハイパーバイザーは、クラウドインフラストラクチャやデータセンターで標準的であり、パフォーマンスとエネルギー効率を最適化しています。

2型ハイパーバイザー (は) – 基本オペレーティングシステム上で標準ソフトウェアとして機能します。これらは開発およびテストに同一であり、開発者やテスターが既知のツールを使って簡単に実験できるようにします。

VMを設定すると、実際のコンピュータのように起動できます：プログラムをインストールしたり、インターネットをブラウジングしたり、コードを作成したり、ほぼ何でもできます。

実践的なVMの使用シナリオ

オペレーティングシステムのテストと互換性

VMは、コンピュータの主要な部分を奪うことなく、新しいオペレーティングシステムを試すための安全な空間を提供します。これは、リスクなしで実験できるテストラボのようなものです。

隔離による安全性

疑わしいファイルや未知のプログラムを開く場合は、それをVMで実行することで、あなたのメインシステムを保護しています。VM内でのマルウェアやシステム障害は、あなたの実際のコンピュータには影響を与えません。

古いおよびアクセスできないプログラム

一部のソフトウェアパッケージは、Windows XPなどの古いシステムでのみ動作します。VMはその環境を再現できるため、現在はサポートされていないソフトウェアを使用することができます。

開発者の生産性：異なるプラットフォームのコード

開発者は、VMを使用して複数のオペレーティングシステムでコードを迅速にテストできます。これにより、さまざまなシステムで新しいアプリケーションの動作を確認するために必要な時間が短縮されます。

クラウドインフラストラクチャとスケール

AWS、Azure、Google Cloudは仮想マシンで構築されています。クラウドインスタンスを起動すると、実際にはウェブサイト、アプリケーション、またはデータベースをホストするために準備されたリモートデータセンターでVMを起動していることになります。

VM革命ブロックチェーン：低詳細

従来のVMは隔離されたサンドボックスであるのに対し、ブロックチェーンのVMは、分散型ネットワークでスマートコントラクトを実行するグローブのように機能します。EVM (Ethereum仮想マシン)は、開発者がSolidity、Vyper、およびYul言語でスマートコントラクトを書くことを可能にし、その後、Ethereumや他のEVM互換ネットワークにデプロイします。

EVMは、スマートコントラクトを扱うネットワークノードが同じルールに従うことを保証します。これにより、ネットワークノード全体で一貫したコードの実行と結果が確保されます。

異なるブロックチェーンネットワークは、それぞれの設計の優先事項に応じて異なるVMタイプを使用します：

• NEARとCosmosはWebAssembly (WASM)を基にしたVMを使用しており、複数のプログラミング言語でスマートコントラクトをサポートしているため、柔軟性があります。
• Suiは、効率性と安全性を追求するために、Move言語で書かれたMoveVMを使用しています。
• ソラナ は、並列処理と高いネットワークアクティビティを処理するために最適化されたカスタム実行環境 (SVM) を使用しています。

日常的なDApp使用中のVMパフォーマンス

あなたが気づかないかもしれませんが、VMは分散型アプリケーションとやり取りするたびに裏で動作しています。

• DeFi 操作 (Uniswap および類似の): あなたのトークン交換操作は、EVM 内で動作するスマートコントラクトによって管理されます。VM は価格を計算し、残高を確認し、処理状況を更新します。

• NFT取引: VMはNFTの所有権と移転を追跡するコードを実行します。NFTを購入または移転する際、VMは所有権の正確な履歴を保持するために人間のデータを更新します。

• 2層ソリューション (Layer 2またはzkEVM): zkEVMのような専用VMは、ゼロ知識証明(ZKP)を使用してロールアップ環境でスマートコントラクトを実行するため、操作を加速し、手数料を削減します。

VMの制限とその実際の影響

パフォーマンスのコスト

VMは、物理ハードウェアとコードの間に追加の層を提供します。これは、物理コンピューターで直接実行されるプログラムと比較して、作業量が少なく、計算リソースの消費が多いことを意味します。

操作の複雑さ

VMの監視は、特にクラウドインフラストラクチャやブロックチェーンネットワークにおいて、多大な労力と専門的なツールを必要とします。アップデート、セキュリティ攻撃、システムパラメータの調整には時間と知識が必要です。

互換性の制限

スマートコントラクトは、特定のVM環境用に書かれているため、他の環境では直接機能しないことがよくあります。Ethereumに書かれたコードは、Solana用に書き直す必要があります。これは、マルチプラットフォームのデプロイメントのために追加の開発者の作業と時間の投資を意味します。

最後の考え

仮想マシンは、従来のコンピュータ世界とブロックチェーンインフラストラクチャの両方で機会を生み出す基本的な技術です。VMは、同じデバイスで複数のオペレーティングシステムやアプリケーションを実行し、安全に未知のソフトウェアをテストし、古いアクセスできないコードを実行する機能を提供します。

ブロックチェーンの世界において、VMはスマートコントラクトに命を吹き込み、分散型アプリケーションが安全かつ一貫して機能することを可能にする頭脳です。技術の専門家でなくても、VMがどのように機能するかを理解することで、今日の分散型市場を構築するインフラに関する深い知識を得ることができます。