Apple Siliconで仮想マシン2台制限を回避する方法（2023年）

 (khronokernel.com)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 17 일 전 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Apple SiliconベースのmacOSでは、Virtualization.framework で実行可能な macOS VMは最大2台に制限されており、これはmacOS使用許諾契約の条項に基づく
  • 分析の結果、この制限は XNUカーネル内部の非公開変数 hv_apple_isa_vm_quota によって管理されており、ブート引数で上書き可能であることが確認された
  • System Integrity Protection の AppleInternal チェックを回避するため、開発用カーネル（Development Kernel） をビルド・起動する手順が使われる
  • 設定後、UTM、Viable、Parallels などで 最大9台のmacOS VM を同時実行することに成功した
  • Appleがカーネル内部に VM制限の上書き機能を残していた点 が注目されており、今後は自動化ツールやカーネル拡張による改善の可能性が示されている

Apple SiliconのmacOS仮想マシン2台制限を解除する過程

  • Apple Silicon搭載Macで Virtualization.framework を使ってmacOS仮想マシンを実行する際、最大2台までしか起動できない制限 が存在する
    • この制限は macOSソフトウェア使用許諾契約（SLA）2.B.iii条項に従って設定されている
    • この条項では、開発、テスト、macOS Serverの利用、非商用の個人用途に限り、最大2つのmacOSインスタンスの実行を許可している
  • 分析の結果、この制限は ユーザー空間ではなくカーネル（XNU）の非公開領域 に実装されている
    • Intelカーネルには同じコードはなく、Apple Siliconカーネルの hv_vm_* 関数群 が仮想化スタックを担当する
    • hv_init() 初期化コード内の hv_apple_isa_vm_quota 変数 がVM数を管理しており、VM作成・削除時に増減処理される
    • カーネルには hypervisor= および hv_apple_isa_vm_quota= ブート引数が存在し、後者はVM制限を上書きできる
  • リリースカーネルでは hypervisor 引数の代わりに、System Integrity Protection（SIP） の AppleInternal チェック によって制限されている
    • CSR_ALLOW_APPLE_INTERNAL フラグが有効な場合にのみ hv_apple_isa_vm_quota 引数が適用される
    • これを回避するため、Appleの開発用カーネル（Development Kernel） を起動する方法が使われる

開発用カーネルコレクションのビルド

  • Apple Developerサイトから Kernel Debug Kit（KDK） をダウンロードしてインストールする必要がある
    • KDKはホストmacOSのビルドと正確に一致していなければならず、不一致の場合はカーネル・kextのリンクや起動エラーが発生する可能性がある
  • uname コマンドでカーネルアーキテクチャを確認した後、kmutil create コマンドを使って 開発用カーネルコレクション（VirtualMachine.kc） を生成する
    • 例では macOS 14.0（ビルド 23A5301h）および T6020 カーネルを使用
    • --variant-suffix development オプションで開発用カーネルを指定し、複数のシステム拡張ストアを含める

開発用カーネルの起動設定

  • Macを終了後、復旧モード（recoveryOS） で起動してターミナルから次の設定を行う
    1. System Integrity Protectionを無効化 (csrutil disable)
    2. ブート引数制限を解除 (bputil --disable-boot-args-restriction)
    3. カスタムカーネルコレクションを指定 (kmutil configure-boot)
    4. ブート引数を設定 (nvram コマンドで渡す)
      • kcsuffix=development : 開発用カーネルを起動
      • hypervisor=0x1 : 仮想化スタックの特殊機能を有効化
      • hv_apple_isa_vm_quota=0xFF : VMの最大数を255に設定
  • 再起動後、sysctl kern.osbuildconfig および nvram boot-args で適用有無を確認できる

複数VMの実行結果

  • 設定完了後、UTM、Viable、Parallels などのVirtualization.frameworkベースのソリューションでテストを実施
    • M2 Pro MacBook Proで 同時に9台のmacOS VM を実行することに成功
    • システムはなおテスト可能な水準で動作した

機能追加時期と内部構造

  • macOS 12 Monterey から hv_apple_isa_vm_quota ブート引数がVirtualizationスタックとともに追加された
    • その後のバージョン（macOS Sonomaを含む）でも AppleInternal チェックは依然として存在する
    • AppleがXNU内部に複数の非公開機能を維持していることが確認された

OSアップデート時の注意事項

  • カスタムカーネルコレクションを使用すると 自動OSアップデート機能が無効化 される
    • アップデート後にエラーが発生するため、標準のカーネルコレクションへ復元 する必要がある
    • 復旧モードで bputil を使って新しいブートポリシーを作成すれば標準カーネルに戻せる
    • 例: bputil --full-security または --disable-boot-args-restriction オプションを使用

まとめと今後の改善アイデア

  • AppleのVM制限実装方式を確認し、非公式ではあるが制限解除方法 を実験的に検証した
    • Virtualizationチームが公式に文書化していないにもかかわらず、VM制限の上書き機能をカーネルに残していた点 が注目される
  • 今後の改善構想
    • KCビルドと起動の自動化ツール の開発
      • ホストごとの開発用カーネルコレクションの自動生成と復旧モード設定を支援
    • カーネル拡張（kext） を通じた hv_apple_isa_vm_quota 変数上書き機能の実装
      • 開発用カーネルを起動せずに制限解除できる可能性を探る
  • 次の研究テーマとして、Apple Silicon VMのDEP登録とシリアル番号オーバーライドの可能性 を探る予定である

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1件のコメント

 
GN⁺ 17 일 전
Hacker Newsのコメント

  • すべてのMacに一律で適用されるこういう制限はあまりにも不合理
    より高性能なMacを買ったなら、より多くのmacOSインスタンスを仮想化できるべき
    たとえばM5は2台、M5 Proは4台、M5 Maxは8台程度に制限するほうが合理的だと思う

    • そもそもなぜ制限を設けるのかわからない
      ハードウェア性能が自然な限界になるのだから、ユーザーは自分で止まるはず
    • これはリソースの問題というよりビジネス上の判断に見える
      低価格Mac VPSサービスを防ぐための措置である可能性が高い
    • これはハードウェアの限界ではなく、Tim Cookの販売台数への懸念と戦っているようなもの
    • Windows 11 Proのライセンスを100ドルで買えば、VM制限は1024台
      Hyper‑Vはハードウェアが耐えられるなら最大1024台のVMを同時実行できる
      自分の小型Windows ARMノートでも4台は問題なく動かせる
    • 本当にひどい
      openclawをテストしようとしてVMを動かしたら、iCloudとApp Storeへのアクセスが制限されていて面食らった

  • Mykola Grymalyukがこのブログ記事を書いてから2年後にAppleへ入社したのは興味深い
    「英雄として死ぬか……」というミームを思い出す

  • M3以降ではHypervisor.framework / Virtualization.frameworkを使ってnested VMを動かせる
    これで制限を回避できるならかなり面白そう

    • 記憶ではネスト可能なのはLinuxゲストだけ
      macOSは1段階までしかできないので、macOSゲストの中でさらに別のmacOSゲストを起動することはできない
    • もし各VMが2台のVMを動かせるなら、無限VMチェーンも作れそう
      面倒なので誰か実験してほしい

  • Appleがなぜこんな制限をかけたのか本当に気になる

    • Appleのビジネスモデルはハードウェアとソフトウェアを一体で売ること
      ハードウェア販売がソフトウェア開発を支えているので、ハードウェアを買っていない人にmacOSを使ってほしくない
    • macOSにはこうしたユーザーへの制約が多い
      ユーザーの自由よりAppleがコントロールを維持することが優先される
    • おそらく1台のMacでオンラインアカウント農場(identity farm) を運用するのを防ぐための措置でもあるかもしれない

  • カスタムカーネルをコンパイルして起動し、GUIまで立ち上げられるのは驚き

  • 記事そのものはとても興味深いが、こうした恣意的な制限のあるプラットフォームを開発用途に使うのは奇妙

    • この20年間、Appleが本気の開発プラットフォームだったのか疑問
      高性能ハードウェア目当てで使う開発者は多いが、macOSはずっと「ほぼLinuxだが、iTunes中心の会社が支配するOS」だった

  • Apple Siliconでカスタムカーネルコレクションを使うと自動OSアップデートができなくなるらしい
    でもこれはむしろ隠れた恩恵かもしれない

  • lumeでもこれが動くのか気になる
    現在は似たような制限がある

    • できそう
      lumeはAppleのVirtualization.frameworkを包む薄いラッパーだと理解している

  • SIPを無効にしてブート引数を設定すれば、カスタムカーネルなしでも可能だと聞いた

    • それが本当ならこれは埋もれた有用情報

  • AppleがVMを2台に制限したって?

    • そう、macOS VMはライセンス上2台まで
      他のOSゲストは制限なく実行できる