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Bhyve

はじめに

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bhyveとは

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bhyve（/biːハイブ/と発音）は、FreeBSDのネイティブ仮想化ソリューションです。2011年にNetAppで開発が開始され、FreeBSD 10.0-RELEASEから正式にベースシステムの一部となりました。

bhyveは、Intel VT-xおよびAMD-Vハードウェア仮想化拡張を活用する、Type-2ハイパーバイザーとして実装されています。

bhyveの特徴と利点

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bhyveには以下のような特徴があります：

  • 軽量な設計
    • オーバーヘッドが少なく、高性能
    • システムリソースの効率的な利用
  • FreeBSDネイティブ
    • カーネルに組み込まれた実装
    • システムとの優れた統合性
  • モダンな機能
    • UEFI対応
    • PCIパススルーのサポート
    • 仮想ネットワークインターフェースの柔軟な設定

他の仮想化技術との比較

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bhyveと他の仮想化技術の比較
機能 bhyve VirtualBox KVM
Type Type 2 Type 2 Type 1
ホストOS FreeBSD クロスプラットフォーム Linux
パフォーマンス 高 中 高
GUIサポート なし（標準） あり オプション
ライセンス BSD GPLv2 GPLv2

HypervisorのType

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HypervisorのTypeは、仮想化ソフトウェア（ハイパーバイザー）が仮想マシンをホストする方式に基づいて分類され、主にType 1とType 2の二種類に分けられます。

Type 1 Hypervisor（ネイティブ・ベアメタル・ハイパーバイザー）
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  • 構成: ハードウェア上に直接インストールされ、OSの役割を果たします。
  • 動作: ハードウェアと直接通信するため、仮想マシンの管理・実行を効率的に行います。
  • 特徴:
    • 高いパフォーマンスとセキュリティ
    • 直接ハードウェアリソースにアクセスできるため、オーバーヘッドが少ない
    • 主にサーバー向けに設計されており、データセンターやエンタープライズでの使用が一般的
  • 代表例: VMware ESXi、Microsoft Hyper-V（ベアメタルモード）、Xen、KVM
Type 2 Hypervisor（ホスト型・エミュレーション型ハイパーバイザー）
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  • 構成: 通常のOS上にインストールされ、アプリケーションの一種として動作します。
  • 動作: ホストOSのカーネルやドライバを利用してハードウェアとやり取りをします。
  • 特徴:
    • オーバーヘッドが大きくなる傾向があるため、パフォーマンスはType 1に劣る場合がある
    • 導入が簡単で、デスクトップPCなどでの仮想化に向いている
    • ユーザー向けの機能（USB接続、ファイル共有など）が多い
  • 代表例: VMware Workstation、Oracle VirtualBox、Parallels Desktop
Type 1とType 2の主な違い
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Type 1とType 2の比較
特徴 Type 1 Hypervisor Type 2 Hypervisor
配置 ハードウェア上に直接 ホストOS上でアプリケーションとして
性能 高い 一般的にType 1より劣る
ユースケース サーバー、データセンター 個人のPC、ソフトウェア開発環境
セキュリティ より高い ホストOSの影響を受けやすい
代表例 VMware ESXi、Xen、Hyper-V（ベアメタル） VirtualBox、VMware Workstation
まとめ
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  • Type 1は直接ハードウェア上で動作し、サーバー環境などで効率的かつセキュアに仮想マシンを管理します。
  • Type 2はユーザーに親しみやすい設計で、個人PC上で気軽に仮想マシンを動作させるのに適しています。

どちらも仮想化の重要な手法ですが、利用ケースや要求されるパフォーマンスにより使い分けられています。

システム要件

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bhyveを使用するには、以下の要件を満たす必要があります：

  • ハードウェア要件
    • Intel VT-x/EPTまたはAMD-V/RVI対応プロセッサ
    • 推奨メモリ: 4GB以上
    • ストレージ容量: 使用目的による
  • ソフトウェア要件
    • FreeBSD 10.0-RELEASE以降
    • カーネルにVMM機能が組み込まれていること

インストールと基本設定

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bhyveのインストール

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FreeBSD 10.0以降では、bhyveはベースシステムの一部として提供されています。追加のインストールは不要ですが、以下のパッケージを導入することで、より便利に利用できます： 

# pkg install bhyve-firmware
# pkg install tmux
# pkg install grub2-bhyve

カーネルモジュールの設定

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bhyveを使用するには、必要なカーネルモジュールをロードする必要があります： 

# kldload vmm
# kldload nmdm
# kldload if_bridge
# kldload if_tap

システム起動時に自動的にモジュールをロードするには、/boot/loader.confに以下を追加します： 

vmm_load="YES"
nmdm_load="YES"
if_bridge_load="YES"
if_tap_load="YES"

ネットワークブリッジの設定

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仮想マシンのネットワーク接続用にブリッジインターフェースを設定します：

/etc/rc.confに以下を追加： 

cloned_interfaces="bridge0 tap0"
ifconfig_bridge0="addm igb0 addm tap0 up"

設定を即時反映するには： 

# service netif cloneup
# ifconfig bridge0 addm igb0 addm tap0 up

ストレージの準備

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仮想マシン用のディスクイメージを作成します： 

# truncate -s 20G /vm/guest1.img

ZFSを使用する場合： 

# zfs create -V 20G zroot/vm/guest1

ディレクトリ構造の設定

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仮想マシンの管理を容易にするため、以下のようなディレクトリ構造を推奨します： 

/vm/
  ├── images/        # ISOイメージ保存用
  ├── instances/     # 仮想マシンディスク用
  └── templates/     # テンプレート保存用

ディレクトリを作成： 

# mkdir -p /vm/{images,instances,templates}

基本的な使い方

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仮想マシンの作成

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bhyveでの仮想マシン作成は、主に以下の手順で行います：

  1. ディスクイメージの作成
  2. インストールメディアの準備
  3. 仮想マシンの設定
  4. OSのインストール

ディスクイメージの作成

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仮想マシン用のディスクイメージを作成する方法は複数あります：

ZFSボリュームを使用する場合（推奨）
# zfs create -V 20G zroot/vm/guest1
通常のファイルを使用する場合
# truncate -s 20G /vm/instances/guest1.img

イメージファイルの準備

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インストールメディアのダウンロード

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一般的なOSのISOイメージをダウンロードします：

FreeBSD
# fetch https://download.freebsd.org/ftp/releases/amd64/amd64/ISO-IMAGES/13.2/FreeBSD-13.2-RELEASE-amd64-disc1.iso \
    -o /vm/images/FreeBSD-13.2-RELEASE-amd64-disc1.iso
Debian
# fetch https://cdimage.debian.org/debian-cd/current/amd64/iso-cd/debian-12.8.0-amd64-netinst.iso \
    -o /vm/images/debian-12.8.0-amd64-netinst.iso

仮想マシンの起動と停止

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仮想マシンの起動

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bhyveでの仮想マシン起動は2段階のプロセスで行います：

  1. UEFIファームウェアのロード 
    # bhyveload -c /dev/nmdm0A -m 4G -S \
    -l bootrom,/usr/local/share/uefi-firmware/BHYVE_UEFI.fd \
    guest1
  2. 仮想マシンの実行 
    # bhyve -A -H -P -c 2 -m 4G \
    -s 0:0,hostbridge \
    -s 1:0,lpc \
    -s 2:0,virtio-net,tap0 \
    -s 3:0,virtio-blk,/vm/instances/guest1.img \
    -l com1,/dev/nmdm0A \
    guest1

仮想マシンの停止

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正常終了
# bhyvectl --destroy --vm=guest1
強制終了（必要な場合のみ）
# bhyvectl --force-destroy --vm=guest1

コンソール接続

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シリアルコンソールへの接続

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cu使用
# cu -l /dev/nmdm0B
tmux使用（推奨）
# tmux new-session -s guest1 'cu -l /dev/nmdm0B'

コンソールからの切断：

  • cu: ~. （チルダ+ピリオド）
  • tmux: Ctrl+b d

基本的なトラブルシューティング

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一般的な問題と解決方法
問題 原因 解決方法
仮想マシンが起動しない VMXが無効 UEFIでVT-x/AMD-Vを有効化
ネットワークに接続できない ブリッジ設定の問題 ifconfigでブリッジ状態を確認
コンソールに接続できない 権限の問題 /dev/nmdm*のパーミッションを確認
メモリ不足エラー システムリソース不足 swap領域の確認と追加

詳細設定

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メモリ設定

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bhyveでは、仮想マシンのメモリサイズを柔軟に設定できます：

基本的なメモリ割り当て

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固定サイズの割り当て
# bhyve -m 4G guest1  # 4GBを割り当て
メモリサイズの単位
  • K - キロバイト
  • M - メガバイト
  • G - ギガバイト

推奨メモリサイズ

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OS別推奨メモリサイズ
OS 最小 推奨 用途
FreeBSD 1GB 2GB サーバー
Ubuntu Server 1GB 4GB サーバー
Windows Server 2GB 8GB サーバー
Desktop Linux 2GB 4GB デスクトップ

CPU設定

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CPU割り当て

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コア数の指定
# bhyve -c 2 guest1  # 2コアを割り当て
ソケットとコアの指定
# bhyve -c 2,sockets=1,cores=2 guest1

CPU機能の設定

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CPU機能フラグの指定
# bhyve -c 2 +kvmclock,-x2apic guest1

ストレージオプション

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仮想ディスクタイプ

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bhyveは複数の仮想ディスクタイプをサポートしています：

  • virtio-blk：標準的なディスクデバイス
  • ahci-hd：SATA/AHCIディスク
  • nvme：NVMeデバイス
virtio-blkの使用例
# bhyve ... -s 3:0,virtio-blk,/vm/instances/guest1.img ...
ahci-hdの使用例
# bhyve ... -s 3:0,ahci-hd,/vm/instances/guest1.img ...

ネットワーク設定

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NATの設定

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/etc/pf.confでNAT設定を行います： 

ext_if="igb0"
int_if="bridge0"

nat on $ext_if from ($int_if:network) to any -> ($ext_if)

ブリッジ設定

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複数のTAPインターフェース
# ifconfig bridge0 create
# ifconfig tap0 create
# ifconfig tap1 create
# ifconfig bridge0 addm igb0 addm tap0 addm tap1 up

VLAN設定

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VLANの作成
# ifconfig vlan0 create vlan 100 vlandev igb0
# ifconfig bridge0 addm vlan0

PCI パススルー

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デバイスの準備

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  1. VT-dの有効化
    • UEFIでIntel VT-dまたはAMD-Viを有効化
    • /boot/loader.confに設定追加：
    hw.vmm.amdvi.enable="1"  # AMDの場合
hw.vmm.iommu.enable="1"  # Intelの場合
  2. デバイスの確認 
    # pciconf -lv

パススルーの設定

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デバイスの割り当て
# bhyve ... -s 5:0,passthru,2/0/0 ...

運用管理

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バックアップと復元

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ディスクイメージのバックアップ

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ZFSスナップショットを使用する方法
# zfs snapshot zroot/vm/guest1@backup-20240310
# zfs send zroot/vm/guest1@backup-20240310 | gzip > /backup/guest1-20240310.zfs.gz
イメージファイルの直接バックアップ
# dd if=/vm/instances/guest1.img | gzip > /backup/guest1-20240310.img.gz

バックアップからの復元

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ZFSスナップショットからの復元
# gunzip -c /backup/guest1-20240310.zfs.gz | zfs receive zroot/vm/guest1-restored
イメージファイルの復元
# gunzip -c /backup/guest1-20240310.img.gz | dd of=/vm/instances/guest1-restored.img

スナップショット

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ZFSスナップショットの管理

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スナップショットの作成
# zfs snapshot zroot/vm/guest1@pre-update
スナップショットの一覧表示
# zfs list -t snapshot
スナップショットへのロールバック
# zfs rollback zroot/vm/guest1@pre-update

仮想マシンの移行

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コールドマイグレーション

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手順
  1. 仮想マシンの停止
  2. ディスクイメージの転送
  3. 設定ファイルの転送
  4. 新ホストでの起動
# bhyvectl --destroy --vm=guest1
# scp /vm/instances/guest1.img newhost:/vm/instances/
# scp /vm/config/guest1.conf newhost:/vm/config/

パフォーマンスモニタリング

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システムリソースの監視

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CPUとメモリの使用状況
# top -aSH
ディスクI/O
# iostat -w 1
ネットワーク統計
# netstat -i 1

bhyveプロセスの監視

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プロセス情報の表示
# ps aux | grep bhyve
リソース制限の確認
# procstat -r `pgrep -f "bhyve: guest1"`

リソース管理

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rctlによるリソース制限

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メモリ制限の設定
# rctl -a user:bhyve:vmemoryuse:deny=4G
CPU使用率の制限
# rctl -a user:bhyve:pcpu:deny=50

リソース使用状況の監視

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リソースモニタリングコマンド
コマンド 用途 出力例
vmstat メモリ、CPU統計 仮想メモリ統計
gstat ディスクI/O統計 ディスク使用率
systat システム統計 リアルタイムパフォーマンス

セキュリティ

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アクセス制御

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ユーザー権限の設定

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bhyve実行ユーザーの作成
# pw groupadd bhyve
# pw useradd bhyveuser -g bhyve -m
# pw groupmod operator -m bhyveuser
必要な権限の付与
# chmod 660 /dev/vmm
# chown root:bhyve /dev/vmm

ネットワークセキュリティ

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ファイアウォール設定

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PFルールの例
/etc/pf.conf
ext_if="igb0"
vm_net="10.0.0.0/24"

# デフォルトでブロック
block in all
pass out all keep state

# VMネットワークのNAT
nat on $ext_if from $vm_net to any -> ($ext_if)

# 特定のポートのみ許可
pass in on $ext_if proto tcp to $vm_net port { 22, 80, 443 }

VLANによる分離

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VLAN設定例
# 本番環境VLAN
vlan100create vlandev igb0 vlan 100
ifconfig bridge0 addm vlan100

# テスト環境VLAN
vlan200 create vlandev igb0 vlan 200
ifconfig bridge1 addm vlan200

リソース分離

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jail統合

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jailでのbhyve実行
jail.conf
vm_jail {
    host.hostname = "vm_jail";
    path = "/jail/vm";
    allow.raw_sockets;
    allow.vmm;
    mount.devfs;
    devfs_ruleset = "11";
}

ZFSデータセット分離

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データセットの作成と権限設定
# zfs create zroot/vm/prod
# zfs create zroot/vm/test
# zfs allow bhyveuser create,mount,snapshot zroot/vm/prod

セキュリティベストプラクティス

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セキュリティチェックリスト
カテゴリ 推奨設定 重要度
アクセス制御 最小権限の原則に従う 高
ネットワーク VLANによる分離 高
ストレージ 暗号化の使用 中
監査 ログの有効化と監視 中

推奨設定

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  1. ファイルシステムの暗号化
    # geli init -e AES-XTS -l 256 /dev/da0
# geli attach /dev/da0
# zfs create -o encryption=on -o keylocation=prompt -o keyformat=passphrase zroot/vm/secure
    監査の有効化
    # audit -n
# service auditd start
  2. ; syslogの設定
    /etc/syslog.conf
    !bhyve
*.*     /var/log/bhyve.log

自動化と統合

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シェルスクリプトによる自動化

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仮想マシン管理スクリプト

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基本的な管理スクリプト
#!/bin/sh
# vm-manage.sh - 基本的な仮想マシン管理スクリプト

VM_PATH="/vm/instances"
VM_NAME="$1"
ACTION="$2"

case "$ACTION" in
    start)
        bhyveload -c /dev/nmdm0A -m 4G -S \
            -l bootrom,/usr/local/share/uefi-firmware/BHYVE_UEFI.fd \
            "$VM_NAME"
        
        bhyve -A -H -P -c 2 -m 4G \
            -s 0:0,hostbridge \
            -s 1:0,lpc \
            -s 2:0,virtio-net,tap0 \
            -s 3:0,virtio-blk,${VM_PATH}/${VM_NAME}.img \
            -l com1,/dev/nmdm0A \
            "$VM_NAME"
        ;;
    stop)
        bhyvectl --destroy --vm="$VM_NAME"
        ;;
    status)
        ps aux | grep "bhyve: $VM_NAME" | grep -v grep
        ;;
    *)
        echo "Usage: $0 <vm-name> {start|stop|status}"
        exit 1
        ;;
esac

自動バックアップスクリプト

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定期バックアップの実装
#!/bin/sh
# vm-backup.sh - 仮想マシンの自動バックアップ

BACKUP_DIR="/backup/vm"
DATE=$(date +%Y%m%d)

# ZFSデータセットのバックアップ
backup_zfs() {
    local vm_name="$1"
    zfs snapshot zroot/vm/${vm_name}@backup-${DATE}
    zfs send zroot/vm/${vm_name}@backup-${DATE} | \
        gzip > ${BACKUP_DIR}/${vm_name}-${DATE}.zfs.gz
}

# 古いバックアップの削除
cleanup_old_backups() {
    find ${BACKUP_DIR} -name "*.zfs.gz" -mtime +30 -delete
}

# メイン処理
for vm in $(zfs list -H -o name | grep '^zroot/vm/' | cut -d/ -f3); do
    backup_zfs "$vm"
done

cleanup_old_backups

bhyve API の利用

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libvmmとの連携

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Pythonスクリプトの例
#!/usr/bin/env python3
# vm_control.py - bhyve制御スクリプト

import subprocess
import sys

class BhyveController:
    def __init__(self, vm_name):
        self.vm_name = vm_name
        
    def is_running(self):
        try:
            result = subprocess.run(
                ['bhyvectl', '--vm=' + self.vm_name],
                capture_output=True,
                text=True
            )
            return result.returncode == 0
        except subprocess.CalledProcessError:
            return False
    
    def start(self):
        if not self.is_running():
            subprocess.run(['./vm-manage.sh', self.vm_name, 'start'])
    
    def stop(self):
        if self.is_running():
            subprocess.run(['./vm-manage.sh', self.vm_name, 'stop'])

if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) != 3:
        print("Usage: vm_control.py <vm-name> <start|stop>")
        sys.exit(1)
    
    controller = BhyveController(sys.argv[1])
    action = sys.argv[2]
    
    if action == 'start':
        controller.start()
    elif action == 'stop':
        controller.stop()

他のツールとの連携

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Ansibleによる自動化

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Playbookの例
vm_provision.yml
---
- name: Provision bhyve VM
  hosts: bhyve_hosts
  become: yes
  vars:
    vm_name: test_vm
    vm_memory: 4G
    vm_cpus: 2
  
  tasks:
    - name: Ensure VM directory exists
      file:
        path: /vm/instances
        state: directory
        mode: '0755'
    
    - name: Create VM disk image
      command: truncate -s 20G /vm/instances/{{ vm_name }}.img
      args:
        creates: /vm/instances/{{ vm_name }}.img
    
    - name: Start VM
      command: ./vm-manage.sh {{ vm_name }} start
      args:
        chdir: /usr/local/bin

CI/CD パイプラインでの活用

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Jenkinsとの統合

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Jenkinsfileの例
pipeline {
    agent any
    
    environment {
        VM_NAME = 'test_vm'
        VM_PATH = '/vm/instances'
    }
    
    stages {
        stage('Prepare VM') {
            steps {
                sh '''
                    ./vm-manage.sh ${VM_NAME} stop || true
                    truncate -s 20G ${VM_PATH}/${VM_NAME}.img
                '''
            }
        }
        
        stage('Start VM') {
            steps {
                sh './vm-manage.sh ${VM_NAME} start'
            }
        }
        
        stage('Run Tests') {
            steps {
                sh 'run_test_suite.sh'
            }
        }
    }
    
    post {
        always {
            sh './vm-manage.sh ${VM_NAME} stop || true'
        }
    }
}

ユースケース

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開発環境の構築

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開発者用仮想マシンのセットアップ

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開発環境用設定スクリプト
setup_dev_vm.sh
#!/bin/sh
# setup_dev_vm.sh - 開発環境用VM作成スクリプト

# 設定
VM_NAME="dev_vm"
VM_RAM="8G"
VM_CPUS="4"
VM_SIZE="50G"

# ディスクイメージ作成
zfs create -V $VM_SIZE zroot/vm/$VM_NAME

# 開発者用ネットワーク設定
ifconfig tap1 create
ifconfig bridge1 create
ifconfig bridge1 addm igb0 addm tap1 up

# VMの起動設定
cat > /vm/config/${VM_NAME}.conf << EOF
vm_name="${VM_NAME}"
vm_ram="${VM_RAM}"
vm_cpus="${VM_CPUS}"
vm_network="tap1"
EOF

# 開発ツール用ポートフォワード設定
cat >> /etc/pf.conf << EOF
rdr on \$ext_if proto tcp from any to any port 8080 -> 10.0.0.10 port 8080
EOF

pfctl -f /etc/pf.conf

テスト環境の構築

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自動テスト環境の設定

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テスト環境構築スクリプト
setup_test_env.sh
#!/bin/sh
# setup_test_env.sh - テスト環境構築スクリプト

# ベーステンプレートからのクローン
zfs snapshot zroot/vm/template@base
zfs clone zroot/vm/template@base zroot/vm/test1
zfs clone zroot/vm/template@base zroot/vm/test2

# テスト用ネットワークの分離
vlan create vlandev igb0 vlan 300
ifconfig bridge2 create
ifconfig bridge2 addm vlan300

# テスト実行用スクリプトの配置
cat > /usr/local/bin/run_tests.sh << EOF
#!/bin/sh
for vm in test1 test2; do
    ./vm-manage.sh \$vm start
    sleep 60  # 起動待ち
    run_test_suite.sh \$vm
    ./vm-manage.sh \$vm stop
done
EOF

chmod +x /usr/local/bin/run_tests.sh

本番環境での利用

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高可用性設定

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HADファイル例
/usr/local/etc/haproxy.cfg
# /usr/local/etc/haproxy.cfg
global
    daemon
    maxconn 256

defaults
    mode tcp
    timeout connect 5000ms
    timeout client 50000ms
    timeout server 50000ms

frontend front_web
    bind *:80
    default_backend back_web

backend back_web
    balance roundrobin
    server web1 10.0.0.10:80 check
    server web2 10.0.0.11:80 check

マルチテナント環境の構築

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テナント分離の実装

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リソース分離設定
# テナントごとのZFSデータセット
zfs create zroot/vm/tenant1
zfs create zroot/vm/tenant2

# テナントごとのネットワーク分離
vlan create vlandev igb0 vlan 400  # tenant1用
vlan create vlandev igb0 vlan 401  # tenant2用

# テナントごとのリソース制限
rctl -a user:tenant1:vmemoryuse:deny=16G
rctl -a user:tenant2:vmemoryuse:deny=16G

# テナントごとのファイアウォールルール
cat >> /etc/pf.conf << EOF
table <tenant1> { 10.0.1.0/24 }
table <tenant2> { 10.0.2.0/24 }

pass in on \$ext_if proto tcp to <tenant1> port 80
pass in on \$ext_if proto tcp to <tenant2> port 80
EOF

運用管理スクリプト

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テナント管理スクリプト
tenant_manage.sh
#!/bin/sh
# tenant_manage.sh - テナント管理スクリプト

TENANT_ID="$1"
ACTION="$2"

case "$ACTION" in
    create)
        # テナントの作成
        zfs create zroot/vm/tenant${TENANT_ID}
        pw useradd tenant${TENANT_ID} -m -s /bin/sh
        ;;
    delete)
        # テナントの削除
        zfs destroy -r zroot/vm/tenant${TENANT_ID}
        pw userdel tenant${TENANT_ID}
        ;;
    *)
        echo "Usage: $0 <tenant-id> {create|delete}"
        exit 1
        ;;
esac

トラブルシューティング

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9.1 一般的な問題と解決方法

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9.1.1 起動関連の問題

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  • 症状: 仮想マシンが起動しない
    • 確認事項:
      • カーネルモジュールが正しくロードされているか
      • メモリ割り当てが適切か
      • ストレージパスが正しく設定されているか
    • 解決方法: 
      # カーネルモジュールの確認
kldstat | grep vmm

# メモリ設定の確認
bhyvectl --get-stats <VM名>

# ストレージパスの確認
ls -l /dev/zvol/<データセット名>

9.1.2 ネットワーク接続の問題

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  • 症状: ネットワークに接続できない
    • 確認事項:
      • ブリッジインターフェースの設定
      • VLAN設定
      • ファイアウォールルール
      解決方法
      # ブリッジの状態確認
ifconfig bridge0

# VLAN設定の確認
ifconfig vlan0

# ファイアウォールルールの確認
pfctl -s rules

9.2 ログの収集と分析

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9.2.1 システムログの確認

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/var/log/messagesの確認
tail -f /var/log/messages | grep bhyve

9.2.2 bhyve固有のログ

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デバッグログの有効化
sysctl hw.vmm.debug=1

9.3 パフォーマンス問題の診断

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9.3.1 CPU使用率の分析

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監視コマンド
top -p <VMのPID>
vmstat 1

9.3.2 メモリ使用率の分析

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確認方法
bhyvectl --get-stats <VM名> | grep memory

9.4 障害復旧手順

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9.4.1 緊急シャットダウン後の復旧

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  1. システム状態の確認
  2. 仮想マシンの状態確認
  3. 必要に応じてクリーンアップ 
    bhyvectl --destroy --vm=<VM名>

附録A: コマンドリファレンス

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A.1 bhyveコマンド

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bhyveコマンド
コマンド 説明 使用例
bhyve 仮想マシンの起動 bhyve -c 2 -m 2G -w <VM名>
bhyveload カーネルのロード bhyveload -m 2G -d disk.img <VM名>

A.2 bhyvectlコマンド

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bhyvectlコマンド
オプション 説明 使用例
VMの強制終了 bhyvectl --destroy --vm=<VM名>
統計情報の取得 bhyvectl --get-stats --vm=<VM名>

附録B: 設定ファイルリファレンス

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B.1 設定ファイルの構文

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VMの基本設定
loader_conf="/boot/loader.conf"
vm_name="testvm"
cpu_count="2"
memory_size="2G"

B.2 設定例

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B.2.1 シンプルな仮想マシン設定

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#!/bin/sh
bhyve -A -H -P \
      -s 0:0,hostbridge \
      -s 1:0,lpc \
      -s 2:0,virtio-net,tap0 \
      -s 3:0,virtio-blk,disk.img \
      -c 2 -m 2G \
      testvm

附録C: リソース

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C.1 関連文書

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C.2 コミュニティリソース

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  • FreeBSDフォーラム - Virtualizationセクション
  • bhyveメーリングリスト

C.3 追加ツール

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  • vm-bhyve: bhyve管理ツール
  • cbsd: コンテナ・仮想化管理フレームワーク
  • vmrc: リモートコンソール接続ツール

C.4 よくある質問（FAQ）

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Q1: bhyveはどのゲストOSをサポートしていますか？

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A: FreeBSD、Linux、OpenBSD、NetBSD、Windowsなど、x86-64アーキテクチャのOSをサポートしています。

Q2: PCI パススルーの要件は何ですか？

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A:

  • VT-d対応のCPU
  • UEFIでVT-dの有効化
  • デバイスのIOMMUグループの確認が必要です。

C.5 パフォーマンスチューニング

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C.5.1 CPU設定の最適化

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ピニング設定
# 特定のCPUコアに仮想マシンを割り当て
bhyve -c 2 -S \
      -p 2:3 \ # CPU 2と3を割り当て
      <VM名>
NUMA対応
# NUMA情報の確認
sysctl hw.vmm.topology

C.5.2 ストレージパフォーマンス

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推奨設定
項目 推奨値 説明
セクターサイズ 4K 最新のストレージに最適
キャッシュモード writeback パフォーマンス重視の場合
IOスレッド 1以上 高負荷時に有効

C.6 セキュリティガイドライン

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C.6.1 セキュリティチェックリスト

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  1. ネットワーク分離の確認
  2. リソース制限の設定
  3. アクセス権限の最小化
  4. 監査ログの有効化

C.6.2 セキュリティ設定例

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# jail内でのbhyve実行
jail -c name=bhyve-jail \
     host.hostname=bhyve-host \
     ip4.addr=192.168.1.100 \
     path=/jail/bhyve \
     allow.vmm=1

# リソース制限の設定
rctl -a jail:bhyve-jail:vmemoryuse:deny=8G

C.7 スクリプティング例

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C.7.1 自動バックアップスクリプト

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#!/bin/sh
# VM自動バックアップスクリプト

VM_NAME="testvm"
BACKUP_DIR="/backup/vms"
DATE=$(date +%Y%m%d)

# VMの状態確認
if bhyvectl --vm=$VM_NAME --get-stats >/dev/null 2>&1; then
    # 実行中の場合はスナップショット作成
    zfs snapshot zroot/vm/$VM_NAME@backup-$DATE
    
    # バックアップの作成
    zfs send zroot/vm/$VM_NAME@backup-$DATE | \
    gzip > $BACKUP_DIR/$VM_NAME-$DATE.gz
    
    # 古いスナップショットの削除
    zfs list -t snapshot -o name | \
    grep "^zroot/vm/$VM_NAME@backup-" | \
    sort -r | tail -n +4 | xargs -n 1 zfs destroy
fi

C.8 高度な設定例

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C.8.1 GPUパススルー設定

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# VFIOモジュールのロード
kldload vmm_dev
kldload vfio

# デバイスの割り当て
bhyve -s 5,passthru,0/1/0 \  # PCIデバイスの指定
      <その他の通常のオプション> \
      <VM名>

C.8.2 ネストされた仮想化の設定

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# ホストでの設定
sysctl hw.vmm.nesting=1

# ゲストVMの起動
bhyve -c 2 -m 4G \
      -w \  # EPTを有効化
      -H \  # CPU機能の受け渡し
      <VM名>

C.9 モニタリングとメトリクス

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C.9.1 Prometheusメトリクス例

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# カスタムエクスポーター設定
bhyve_cpu_usage{vm="testvm"} 45.2
bhyve_memory_used_bytes{vm="testvm"} 2147483648
bhyve_disk_ops_total{vm="testvm",operation="read"} 1234567

C.9.2 監視スクリプト例

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#!/bin/sh
# 簡易モニタリングスクリプト

while true; do
    echo "=== VM Status ==="
    for vm in $(bhyvectl --list); do
        echo "VM: $vm"
        bhyvectl --vm=$vm --get-stats | \
        grep -E "CPU|memory|VCPU"
    done
    sleep 60
done

C.10 ディザスタリカバリ

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C.10.1 フェイルオーバー設定

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  • HADRの基本設定
# プライマリノードの設定
zfs snapshot zroot/vm/$VM_NAME@replication
zfs send zroot/vm/$VM_NAME@replication | \
ssh backup-host zfs receive tank/vm/$VM_NAME

# セカンダリノードでのVM起動スクリプト
if ! ping -c 1 primary-host; then
    bhyve <通常の起動オプション>
fi

C.10.2 リカバリ手順

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  1. 障害状況の確認
  2. バックアップデータの検証
  3. リストア手順の実行
  4. サービス復旧の確認

附録D: FreeBSDにおけるJailとBhyveの比較

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1. 基本的な仮想化アプローチ

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特徴 Jail Bhyve
仮想化タイプ OSレベルの仮想化（コンテナ型） ハードウェアレベルの仮想化（ハイパーバイザー型）
実行環境 ホストOSのユーザランド環境を分離 完全な仮想マシン環境
カーネル ホストOSと共有 独自のカーネルを使用

2. リソース要件

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2.1 Jailのリソース特性

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  • 最小限のオーバーヘッド
  • メモリ使用効率が高い
  • 起動/停止が高速
# Jailのメモリ使用例
jail -c name=testjail memory.max=1G

2.2 Bhyveのリソース特性

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  • 仮想ハードウェアのオーバーヘッド
  • より多くのメモリ要求
  • 起動時間が比較的長い
# Bhyveのメモリ割り当て例
bhyve -m 4G testvm

3. サポートOS

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3.1 Jail

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  • FreeBSDのみ
    • 通常、ホストと同じメジャーバージョン推奨
    • パッケージの互換性考慮が必要

3.2 Bhyve

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  • 複数のゲストOS対応
    • FreeBSD
    • Linux
    • Windows
    • その他x86_64アーキテクチャOS

4. セキュリティと分離

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4.1 Jailのセキュリティ特性

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  • プロセス分離
    • jexecによる実行制御
    • プロセス間通信の制限
  • ファイルシステム分離
    • nullfs マウント
    • 読み取り専用設定オプション
# Jailのファイルシステム設定例
mount -t nullfs -o ro /usr/ports /jail/testjail/usr/ports

4.2 Bhyveのセキュリティ特性

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  • ハードウェアレベルの分離
    • EPTによるメモリ分離
    • VT-dによるデバイス分離
  • 独立したネットワークスタック
# Bhyveのネットワーク分離例
bhyve -s 2:0,virtio-net,tap0 testvm

5. 主な用途

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5.1 Jailの適用シナリオ

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  • Webホスティングサービス
  • アプリケーション分離
  • 開発環境の分離
  • マイクロサービス実行環境

5.2 Bhyveの適用シナリオ

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  • 異種OS環境の統合
  • レガシーシステムの移行
  • 完全分離環境の構築
  • ハードウェアパススルーが必要なワークロード

6. 管理性

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6.1 Jail管理

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  • 基本的なコマンド
# Jail作成
jail -c name=testjail

# Jail一覧表示
jls

# Jail停止
jail -r testjail

6.2 Bhyve管理

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  • 基本的なコマンド
# VM作成と起動
bhyve -c 2 -m 2G testvm

# VM一覧表示
bhyvectl --list

# VM停止
bhyvectl --destroy --vm=testvm

7. パフォーマンス特性

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7.1 Jailのパフォーマンス

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  • ネイティブに近い実行速度
  • 最小限のCPUオーバーヘッド
  • 直接的なI/Oアクセス

7.2 Bhyveのパフォーマンス

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  • 仮想化レイヤーによるオーバーヘッド
  • ハードウェア支援による最適化
  • I/O仮想化のオーバーヘッド

8. 選択ガイドライン

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8.1 Jailを選択する場合

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  • FreeBSDベースのサービス分離
  • 高パフォーマンス要件
  • リソース効率重視
  • 大量インスタンス必要

8.2 Bhyveを選択する場合

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  • 異種OS実行要件
  • 完全分離要件
  • ハードウェアパススルー必要
  • カーネルレベル独立性要件

9. 制限事項

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9.1 Jailの制限

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  • FreeBSDのみ対応
  • カーネルモジュール制限
  • システムコール制限
# Jail制限確認
jail -l

9.2 Bhyveの制限

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  • リソース要求が大きい
  • 複雑な初期設定
  • ハードウェア要件（VT-x/EPT必須）
# Bhyveハードウェア要件確認
sysctl hw.vmm.vmx.initialized

10. 併用シナリオ

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10.1 ハイブリッド構成例

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  • Bhyve上で異種OSを実行
  • その中でJailによるサービス分離
# Bhyve VM内でのJail実行例
jexec <jailname> poudriere bulk -j jail-pkg -a
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