Prita Diary 30062025

準仮想化 パート3
準仮想化とは、仮想マシンに、基盤となるハードウェアとソフトウェアのインターフェースに類似した、しかし同一ではないソフトウェアインターフェースを提供する仮想化技術です。準仮想化は、ゲストOSがハイパーバイザーと通信することで、完全仮想化と比較してパフォーマンスと効率を向上させます。ゲストOSがハイパーバイザーにその意図を示すことで、各OSが連携し、仮想マシン内での実行時に優れたパフォーマンスを実現できます。

 

インターフェースの変更は、仮想環境では非仮想化環境と比較して実行が著しく困難な操作の実行に、ゲストの実行時間のうち費やされる割合を削減することを目的とします。準仮想化は、特別に定義された「フック」を提供することで、ゲストとホストがこれらのタスクを要求および承認できるようにします。これらのタスクは、仮想ドメイン（実行パフォーマンスが低い）で実行されます。優れた準仮想化プラットフォームは、仮想マシンモニター（VMM）の簡素化（重要なタスクの実行を仮想ドメインからホストドメインへ移行することで）や、仮想ゲスト内でのマシン実行における全体的なパフォーマンス低下の抑制を可能にします。

 

準仮想化では、ゲストOSを準API向けに明示的に移植する必要があります。準仮想化に対応していない従来のOSディストリビューションは、準仮想化VMM上で実行することはできません。しかし、OSを変更できない場合でも、準仮想化によるパフォーマンス上の大きなメリットの多くを実現するコンポーネントが利用できる場合があります。例えば、Xen Windows GPLPVプロジェクトは、Xenハイパーバイザー上で動作するMicrosoft Windows仮想ゲストにインストールすることを目的とした、準仮想化対応デバイスドライバーキットを提供しています。このようなアプリケーションは、準仮想化マシンインターフェース環境を介してアクセスできる場合が多くあります。これにより、複数の暗号化アルゴリズムモデル間での実行モードの互換性が確保され、準仮想化フレームワーク内でのシームレスな統合が可能になります。

 

歴史
「準仮想化」という用語は、Denali Virtual Machine Manager に関連して研究文献で初めて使用されました。この用語は、Xen、L4、TRANGO、VMware、Wind River、XtratuM ハイパーバイザーにも使用されています。これらのプロジェクトはすべて、x86 命令セットの仮想化が難しい部分を実装しない仮想マシンを実装することで、x86 ハードウェア上で高性能な仮想マシンをサポートするために準仮想化技術を使用しているか、または使用できます。

 

2005 年、VMware は、ゲスト OS とハイパーバイザー間の通信メカニズムとして、準仮想化インターフェースである仮想マシンインターフェース (VMI) を提案しました。このインターフェースにより、透過的な準仮想化が可能になり、OS の単一バイナリバージョンをネイティブハードウェア上または準仮想化モードのハイパーバイザー上で実行できるようになりました。

 

Linuxにおける準仮想化サポートは、2002年にppc64ポートが統合された際に初めて登場しました。ppc64ポートは、IBM pSeries (RS/6000)およびiSeries (AS/400)ハードウェア上で準仮想化ゲストとしてLinuxを実行できるようにしました。

 

2006年にマサチューセッツ州ボストンで開催されたUSENIXカンファレンスでは、複数のLinux開発ベンダー（IBM、VMware、Xen、Red Hatなど）が協力し、当初はXenグループによって開発された「paravirt-ops」と呼ばれる準仮想化の代替形態を開発しました。paravirt-opsコード（多くの場合pv-opsと略されます）は、バージョン2.6.23以降のメインラインLinuxカーネルに組み込まれ、ハイパーバイザーとゲストカーネル間のハイパーバイザーに依存しないインターフェースを提供します。 pv-opsゲストカーネルのディストリビューションサポートは、Ubuntu 7.04およびRedHat 9から導入されました。2.6.24以降のカーネルをベースとするXenハイパーバイザーはpv-opsゲストをサポートしており、VMware Workstation製品もバージョン6以降でサポートされています。

 

ハイブリッド仮想化
ハイブリッド仮想化は、完全仮想化技術と準仮想化ドライバを組み合わせることで、ハードウェア支援による完全仮想化の限界を克服します。

 

ハードウェア支援による完全仮想化アプローチでは、多くのVMトラップを含む未変更のゲストオペレーティングシステムを使用します。これによりCPUオーバーヘッドが増加し、スケーラビリティとサーバー統合の効率性が低下します。ハイブリッド仮想化アプローチは、この問題を克服します。

 

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Prita Diary 27062025

仮想化 パート2
2005年と2006年に、IntelとAMDはそれぞれ独立して、x86アーキテクチャ向けの新しいプロセッサ拡張機能（Intel VT-xとAMD-V）を開発しました。Itaniumアーキテクチャでは、ハードウェア支援による仮想化はVT-iとして知られています。これらの拡張機能をサポートする最初の世代のx86プロセッサは、2005年後半と2006年初頭にリリースされました。

2005年11月13日、Intelは2つのPentium 4モデル（モデル662と672）をリリースしました。これらはVT-xをサポートする最初のIntelプロセッサです。
2006年5月23日、AMDはAthlon 64（「Orleans」）、Athlon 64 X2（「Windsor」）、およびAthlon 64 FX（「Windsor」）をリリースしました。これらは、このテクノロジをサポートする最初のAMDプロセッサです。

ハードウェア仮想化（またはプラットフォーム仮想化）は、コンピューティングリソースを1台以上の仮想マシンに統合します。仮想マシンは、オペレーティングシステムを実行する（物理）コンピュータの機能を実装します。ホストハードウェア上に仮想マシンを作成するソフトウェアまたはファームウェアは、ハイパーバイザまたは仮想マシンモニタと呼ばれます。

これらの仮想マシンで実行されるソフトウェアは、基盤となるハードウェアリソースから分離されています。たとえば、Arch Linuxを実行するコンピュータは、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するコンピュータと同様の仮想マシンをホストできます。Windowsベースのソフトウェアは、仮想マシン上で実行できます。

ハードウェア仮想化には、以下の種類があります。

完全仮想化：実際のハードウェアをほぼ完全に仮想化し、ゲストオペレーティングシステムとそのアプリケーションを含むソフトウェア環境を変更せずに実行できるようにします。

準仮想化：ゲストアプリケーションは、スタンドアロンシステム上で実行されているかのように、独自の分離されたドメインで実行されますが、ハードウェア環境はシミュレートされません。ゲストプログラムは、この環境で実行するために特別な変更を加える必要があります。

ハイブリッド仮想化：ほぼ完全仮想化ですが、準仮想化ドライバーを使用して仮想マシンのパフォーマンスを向上させます。

完全仮想化
完全仮想化では、コンピュータの物理リソースを1つ以上のインスタンスにプールする技術が用いられます。各インスタンスは仮想環境を実行し、ハードウェア上で実行可能なあらゆるソフトウェアまたはオペレーティングシステムを仮想マシン内で実行できます。一般的に使用されている完全仮想化技術には、バイナリ変換とハードウェア支援による完全仮想化の2つがあります。バイナリ変換では、ソフトウェアをリアルタイムで自動的に変更し、「仮想マシンの動作を阻害する」命令を、仮想環境でも安全な別の命令シーケンスに置き換えます。ハードウェア支援による仮想化では、ゲストオペレーティングシステムを実質的に変更することなく、独立して実行できます。

完全仮想化では、ハードウェアのあらゆる重要な機能が複数の仮想マシンのいずれかにミラーリングされている必要があります。これには、完全な命令セット、入出力操作、割り込み、メモリアクセス、そして仮想マシンで動作するように設計されたソフトウェアが使用するその他のすべての機能が含まれます。

このアプローチは、1966年にVMファミリーの前身であるIBM CP-40およびCP-67で初めて導入されました。

バイナリ変換
バイナリ変換では、命令はエミュレートされたハードウェアアーキテクチャに合わせて変換されます。あるハードウェアコンポーネントが別のハードウェアコンポーネントを模倣するのに対し、ハードウェア支援型仮想化では、ハイパーバイザー（ソフトウェアプログラム）が特定のハードウェアコンポーネントまたはコンピュータ全体を模倣します。さらに、ハイパーバイザーはエミュレーターとは異なります。どちらもハードウェアを模倣するプログラムですが、言語における使用領域が異なります。

ハードウェア支援型
ハードウェア支援型仮想化（または高速仮想化。Xenではハードウェア仮想マシン（HVM）、Virtual Ironではネイティブ仮想化と呼ばれます）は、ホストプロセッサの支援を利用してハードウェア仮想化の全体的な効率を向上させる方法です。完全仮想化は、ベアハードウェア環境、つまり仮想マシンをエミュレートするために使用されます。この環境では、変更されていないゲストオペレーティングシステム（ホストコンピュータと同じ命令セットを使用）が、事実上完全に分離して実行されます。

ハードウェア支援による仮想化は、1980年にIBM 308XプロセッサにStart Interpretive Execution（SIE）命令とともに初めて導入されました。x86プロセッサ（Intel VT-x、AMD-V、VIA VT）には、それぞれ2005年、2006年、2010年に追加されました。

IBMは、AIX、Linux、IBM i向けのIBM Power Systemsハードウェア、およびIBM Zメインフレーム向けにハードウェア仮想化を提供しています。IBMはこの特定のハードウェア仮想化形式を「論理パーティショニング」、または一般的にLPARと呼んでいます。

ハードウェア支援による仮想化は、ゲストOSに必要な変更を削減（理想的には変更をなくす）することで、準仮想化の保守オーバーヘッドを削減します。また、パフォーマンスの向上も大幅に容易になります。

 

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Prita Diary 23062025

仮想化 パート1
コンピューティングにおいて、仮想化（略称v12n）とは、物理的なコンピューティングリソースを複数の仮想マシン、オペレーティングシステム、プロセス、またはコンテナに分割することを可能にする一連の技術です。仮想化は1960年代にIBM CP/CMSによって始まりました。制御プログラムCPは、各ユーザーにシミュレートされたスタンドアロンのSystem/360コンピュータを提供しました。

ハードウェア仮想化では、ホストマシンは仮想化で使用されるマシンであり、ゲストマシンは仮想マシンです。ホストとゲストという用語は、物理マシン上で実行されるソフトウェアと仮想マシン上で実行されるソフトウェアを区別するために使用されます。ホストハードウェア上に仮想マシンを作成するソフトウェアまたはファームウェアは、ハイパーバイザーまたは仮想マシンモニターと呼ばれます。ハードウェア仮想化は、ハードウェアエミュレーションとは異なります。ハードウェア支援による仮想化は、仮想マシンモニターの構築を容易にし、ゲストOSを独立して実行することを可能にします。

デスクトップ仮想化は、論理デスクトップを物理マシンから分離するという概念です。

オペレーティングシステムレベルの仮想化（コンテナ化とも呼ばれる）とは、カーネルが複数の独立したユーザー空間インスタンスの存在を許可するオペレーティングシステムの機能を指します。

仮想化の一般的な目的は、管理タスクを集中化しつつ、スケーラビリティとハードウェアリソース全体の利用率を向上させることです。

歴史
仮想化の一形態は、1967年にIBMのCP-40研究システムで初めて実証され、その後1967年から1972年にかけてCP/CMSでオープンソースとして配布され、1972年から現在に至るまでIBMのVMファミリーに再実装されています。CP/CMSの各ユーザーには、シミュレートされたスタンドアロンコンピュータが提供されました。これらの仮想マシンはそれぞれ、基盤となるマシンの完全な機能を備えており、ユーザーにとってはプライベートシステムと区別がつきませんでした。このシミュレーションは包括的で、ハードウェアの「Principles of Operation」マニュアルに基づいていました。そのため、命令セット、メインメモリ、割り込み、例外、デバイスアクセスなどの要素が含まれていました。その結果、多数のユーザー間で多重化可能な単一のマシンが誕生しました。

ハードウェア支援による仮想化は、1972年にIBM System/370で初めて登場し、最初の仮想マシン・オペレーティング・システムであるVM/370で使用されました。IBMは1972年にSystem/370シリーズに仮想メモリ・ハードウェアを追加しました。これはIntel VT-xリングとは異なり、スーパーバイザー、プログラム、またはユーザー・モードへのフルアクセスを必要とする仮想マシンを適切に制御するために、ハイパーバイザーに高い権限レベルを提供しました。

高解像度コンピュータ・グラフィックス（CADなど）の需要が高まるにつれ、メインフレームの仮想化は1970年代後半にやや注目されなくなりました。当時登場しつつあったミニコンピュータが分散コンピューティングによるリソース割り当てを促進し、マイクロコンピュータのコモディティ化をもたらしたためです。

x86サーバーあたりの計算能力の向上（特に現代のネットワーク帯域幅の大幅な増加）により、仮想化技術に基づくデータセンター・ベースのコンピューティングへの関心が再燃しました。主な推進力は、サーバー統合の可能性でした。仮想化により、1台のサーバーで、十分に活用されていない複数の専用サーバーのコンピューティング能力をコスト効率よく統合することが可能になりました。コンピューティングの原点回帰を最も顕著に示すのはクラウドコンピューティングです。これは、高帯域幅ネットワークを介したデータセンターベースのコンピューティング（またはメインフレームのようなコンピューティング）と同義です。これは仮想化と密接に関連しています。

初期のx86アーキテクチャ実装は、「古典的な仮想化」を実現するためのPopekとGoldbergの仮想化要件を満たしていませんでした。

等価性：仮想マシンモニター（VMM）で実行されるプログラムは、同等のマシンで直接実行された場合と本質的に同一の動作を示す必要があります。

リソース制御（安全性とも呼ばれます）：VMMは仮想化されたリソースを完全に制御する必要があります。

効率性：統計的に優位な割合のマシン命令がVMMの介入なしに実行されなければなりません。
そのため、このタイプのプロセッサに仮想マシンモニターを実装することは困難でした。具体的な制限としては、一部の特権命令をトラップできないことなどが挙げられます。そのため、これらのアーキテクチャ上の制限を補うために、設計者はx86アーキテクチャの仮想化を、完全仮想化と準仮想化という2つの手法で実現しました。どちらも物理ハードウェアの錯覚を作り出すことで、オペレーティングシステムをハードウェアから独立させるという目標を達成しますが、パフォーマンスと複雑さの点でトレードオフがあります。

 

Prita Diary 21062025 Part 2

バーチャルアート
バーチャルアートとは、1980年代末（場合によってはそれ以前）に開発された技術媒体を用いて制作される、芸術の仮想化を指す用語です。これには、視覚化キャスク、立体眼鏡やスクリーン、デジタルペインティングや彫刻、3次元サウンドジェネレーター、データグローブ、データクロージング、位置センサー、触覚およびパワーフィードバックシステムなどのヒューマンマシンインターフェースが含まれます。バーチャルアートは多様な媒体を網羅するため、その中の特定の焦点を包括する包括的な用語となっています。フランク・ポッパーの言葉を借りれば、現代美術の多くは仮想化されています。

 

定義
バーチャルアートは、芸術と技術の融合に基づくポストコンバージェントな芸術形態と見なすことができ、それゆえ、これまでのあらゆる媒体をサブセットとして包含しています。芸術と技術に焦点を当てたこの概念は、ジャック・バーナム（『Beyond Modern Sculpture』（1968年））とジーン・ヤングブラッド（『Expanded Cinema』（1970年））の著書にも見られます。バーチャルアートは仮想現実（VR）、拡張現実（AR）、複合現実（MR）といった形態をとるため、ビデオゲームや映画といった他の制作分野にも見られる。

 

フランク・ポッパーは著書『テクノロジカルからバーチャルアートへ』の中で、没入型でインタラクティブなニューメディアアートの発展を、その歴史的先駆から今日のデジタルアート、コンピュータアート、サイバネティックアート、マルチメディアアート、そしてネットアートへと辿っている。ポッパーは、現代のバーチャルアートは20世紀後半のテクノロジーアートの更なる洗練であると同時に、そこからの脱却でもあると指摘する。このニューメディアアートの新しい点は、テクノロジーの人間化、インタラクションの重視、現実と仮想の哲学的探求、そして多感覚的な性質にあると彼は主張する。さらにポッパーは、バーチャルアートを実践するアーティストと伝統的なアーティストを区別する特徴は、美学とテクノロジーへの融合的なコミットメントにあると主張する。彼らの「超芸術的」な目標は、彼らの美的意図と結びつき、科学や社会だけでなく、人間の基本的な欲求や衝動にも関わっている。

 

ポッパーは、テクノ美学の出現を解説・例示するために、バーチャルアートのパノラマ的かつ多世代的な影響力を強調しています。バーチャルアートにおいて、開放性は、アーティストとその創造性の観点だけでなく、思考や行動に呼応する後続のユーザーの観点においても強調されています。バーチャルアートに見られるこの溢れる開放性へのこだわりは、ウンベルト・エーコをはじめとする美学者の理論に遡ることができます。

 

仮想世界とエンターテインメントにおいて
バーチャルアートは、Second LifeやInworldzといった仮想世界で見ることができます。これらの世界では、アバターによって表現されるユーザーはあらゆることが可能です。仮想世界におけるアバターの能力は、通常の歩行から飛行まで多岐にわたります。こうした環境の環境や風景は現実世界と似ていますが、アバターによって変化させることができるという点が異なります。InworldzやSecond Lifeのような世界では、ユーザーが思い通りの体験を構築できるエディターが提供されています。ユーザーは、現実世界で直面する物理法則や不可能性に縛られることはありません。

 

バーチャルアートは多くのコンピュータプログラムを用いて制作され、アニメーション、映画、コンピュータゲームなど、様々な表現方法があり、その表現方法には制限がありません。バーチャルアートがますます人気と重要性を増すにつれ、人々は新たなバーチャルライフを体験できるようになります。技術の進歩に伴い、バーチャルアートは単純な8ビット表現から数百万ポリゴンからなる3Dモデルへと急速に変化し、進化してきました。

 

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Prita Diary 21062025

ニューメディアアート パート4
寿命
ニューメディアアート作品を配信するために使用されてきたフィルム、テープ、ウェブブラウザ、ソフトウェア、オペレーティングシステムといった技術が陳腐化するにつれ、ニューメディアアートは、作品の制作期間を超えて保存するという課題という深刻な問題に直面しています。現在、脆弱なメディアアート遺産の保存と記録を改善するため、ニューメディアアートの保存に関する研究プロジェクトが進行中です（DOCAM – メディアアート遺産の記録と保存を参照）。

 

保存方法には、作品を陳腐化したメディアから関連する新しいメディアに変換すること、メディアをデジタルアーカイブ化すること（2,000点以上の作品を収蔵するRhizome ArtBaseやインターネットアーカイブを参照）、陳腐化したソフトウェアやオペレーティングシステム環境に依存する作品を保存するためにエミュレータを使用することなどがあります。

 

1990年代半ば頃、作品をデジタル形式で保存することの問題が懸念されるようになりました。動画、マルチメディア、インタラクティブプログラム、コンピュータ生成アートといったデジタルアートは、油絵や彫刻といった物理的なアート作品とは異なる特性を持っています。アナログ技術とは異なり、デジタルファイルはコンテンツの劣化なしに新しいメディアに再コピーすることができます。デジタルアートの保存における課題の一つは、フォーマットが時間とともに絶えず変化することです。過去の例としては、8インチフロッピーディスクから5.25インチフロッピーディスクへ、3インチフロッピーディスクからCD-ROMへ、DVDからフラッシュドライブへと移行が進みました。しかし、データがオンラインクラウドストレージに保存されるケースが増えるにつれ、フラッシュドライブやポータブルハードドライブは陳腐化していくでしょう。

 

美術館やギャラリーは、物理的なアート作品の展示と保存に対応できることで発展してきました。ニューメディアアートは、記録、収集、保存へのアプローチにおいて、アート界の従来の手法に挑戦しています。テクノロジーは進歩し続け、アート組織や機関の本質と構造は、今後も危機に瀕し続けるでしょう。キュレーターとアーティストの伝統的な役割は絶えず変化しており、制作と発表における新たな協働モデルへの移行が求められています。

 

保存
ニューメディア・アートは多様なメディアを包含し、それぞれに独自の保存アプローチが必要です。広範な技術的側面が絡み合うため、ニューメディア・アートの領域を網羅する確立されたデジタル保存ガイドラインは存在しません。ニューメディア・アートは、デジタル・キュレーション・センターのデジタル・キュレーション・ライフサイクル・モデルにおいて「複合デジタルオブジェクト」のカテゴリーに分類され、専門的または全く独自の保存手法が用いられます。複合デジタルオブジェクトの保存では、作品を構成する構成要素の固有のつながりを重視します。

 

教育
ニューメディア・プログラムでは、学生は最新の創造とコミュニケーションの形態に触れることができます。ニューメディアの学生は、特定の技術の何が「新しい」のか、何がそうでないのかを見極める方法を学びます。科学と市場は常に、アーティストやデザイナーに新しいツールとプラットフォームを提供します。学生は、新たに出現する技術プラットフォームを選別し、それらを感覚、コミュニケーション、制作、そして消費というより大きな文脈の中に位置付ける方法を学びます。

 

ニューメディアの学士号を取得する際、学生は主に新旧の技術と物語性を活用した体験構築の実践を通して学びます。様々なメディアを用いたプロジェクトの構築を通して、学生は技術的なスキルを習得し、批評と分析の語彙を実践し、歴史的および現代的な先例に精通します。

 

アメリカ合衆国には、メディアアート、ニューメディア、メディアデザイン、デジタルメディア、インタラクティブアートを専門とする学士および修士課程のプログラムが数多く存在します。

 

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