Proxmox VMにNASストレージをパススルー：実運用構成の設定方法

TrueNAS ScaleやOpenMediaVaultをProxmox上の仮想マシン（VM）で運用する場合、単に仮想ディスク（.qcow2）を割り当てるだけでは不十分です。特にZFSのような高度なファイルシステムを利用する場合、ハイパーバイザを介したストレージアクセスでは、物理ディスクのS.M.A.R.T.情報の取得や、ディスク故障時の迅速な検知が困難になります。また、仮想的なI/Oレイヤーが介在することで、NVMe Gen5 SSDの超高速アクセスや10GbEネットワークの帯域をフルに活用できず、実効スループットが低下するボトルネックが発生します。

そこで有効なのが、LSI 9300-8iなどのHBA (Host Bus Adapter) カードやNVMeドライブをVMに直接紐付ける「パススルー」構成です。物理ハードウェアの制御権をVMに完全に委譲することで、ベアメタルに近いI/O性能を確保しつつ、仮想化によるバックアップやスナップショットの利便性を維持できます。物理レイヤーでの制御権を正しく移譲し、データ整合性と運用管理の効率を最大化させる実戦的な構成手順を解説します。

ストレージパススルーの全体像とアーキテクチャ選定

Proxmox VE（以下PVE）環境でNASストレージを仮想マシン（VM）に提供する場合、単なる「仮想ディスクの割り当て」ではなく、ハードウェアレベルで制御権を委譲する「パススルー」の検討が必要です。実運用において選択肢となる手法は、主に「PCIeデバイスパススルー」「ディスクパススルー（Disk Passthrough）」「ネットワークストレージ（NFS/SMB/iSCSI）」の3種類に大別されます。

PCIeデバイスパススルーは、HBA（Host Bus Adapter）やNVMeコントローラーなどの物理デバイスをVMに直接紐付ける手法です。これにより、VM内のOS（TrueNAS SCALEやOpenMediaVault等）が物理ディスクのS.M.A.R.T.情報に直接アクセスでき、ZFSなどの高度なファイルシステムを安全に運用することが可能になります。一方、ディスクパススルーは /dev/disk/by-id/ を使用して特定の物理ドライブをVMにマッピングする方法で、HBAを丸ごと渡すよりも柔軟にディスクを分配できますが、ディスクの物理的な制御権は依然としてホスト側にあるため、ZFSのセルフヒーリング機能などを完全に活用するには不十分な場合があります。

実運用における構成判断基準を以下の表にまとめます。

2026年現在のトレンドでは、データ整合性を最重視するNAS VM構成においては、LSI（Broadcom）製HBAをITモードで動作させ、PCIeパススルーでVMに渡す構成がデファクトスタンダードとなっています。これにより、ホスト側のProxmoxがストレージ層に介入せず、VM内のNAS OSがディスクの物理セクタを直接管理できるため、予期せぬ書き込み競合によるファイルシステムの破損を完全に回避できます。また、NVMeストレージを多用する場合、PCIe Switch（PLXチップ搭載ボード）を介して複数のM.2 SSDを一つのPCIeデバイスとしてまとめてパススルーさせる構成も、高IOPSを求める環境で採用されています。

実運用に向けたハードウェア選定と実装パス

NASストレージをパススルーさせる際、最も重要なコンポーネントがHBA（Host Bus Adapter）の選択です。安価なRAIDカードを流用して「RAID 0」でディスクを認識させる手法もありますが、これはディスクの物理状態を隠蔽するため、NAS OS側でディスク障害を検知できず、実運用では極めて危険です。推奨されるのは、Broadcom（LSI）のSAS3008やSAS3508チップセットを搭載した「ITモード（Initiator Target mode）」のカードです。

具体的には、LSI SAS 9400-16iのような16ポート搭載モデルを選択することで、最大16台のHDD/SSDを単一のPCIeデバイスとしてVMにパススルーできます。このカードはPCIe 3.0 x8接続であり、理論上の帯域幅は十分ですが、消費電力が約15W〜25Wと高く、チップセット部分が高温になる傾向があります。そのため、Noctua NF-A12x25などの静音・高風量ファンを用いて、HBAのヒートシンクに直接風を送るエアフロー設計が不可欠です。冷却不足によるサーマルスロットリングが発生すると、I/Oレイテンシが数ミリ秒から数十ミリ秒へと跳ね上がり、NAS全体のパフォーマンスが著しく低下します。

また、2026年時点の最新構成では、NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) や 25GbE/100GbEネットワークを組み合わせた分散ストレージ構成も一般的です。物理的なパススルーに限定せず、Mellanox ConnectX-6などの高性能NICをパススルーさせ、RDMA（Remote Direct Memory Access）を利用して外部ストレージをローカルディスクと同等の低レイテンシ（数$\mu s$単位）でマウントする手法です。

以下に、用途別の推奨ハードウェア構成例を提示します。

• 大容量HDDアーカイブ構成
  • HBA: LSI SAS 9400-16i (IT Mode)
  • HDD: Seagate Exos X24 (24TB $\times$ 8台)
  • 接続: Mini-SAS HD (SFF-8643) $\rightarrow$ SATA Breakoutケーブル
• 超高速オールフラッシュ構成
  • NVMe Ctrl: HighPoint SSD7500シリーズ（PCIe 5.0対応）
  • SSD: Samsung PM1733 (15.36TB $\times$ 4枚)
  • NIC: NVIDIA Mellanox ConnectX-6 Dx (25GbE)
• コストパフォーマンス重視構成
  • HBA: LSI 9211-8i (IT Mode / 中古)
  • HDD: Western Digital Red Plus (18TB $\times$ 4台)
  • 冷却: Noctua NF-A12x25 (40mmアダプタ経由でHBAへ送風)

実装時のハマりどころとトラブルシューティング

Proxmoxでのパススルー設定において、最も多くのユーザーが直面するのが「IOMMUグループ」の問題です。PCIeパススルーを行うには、CPUとマザーボードがVT-d（Intel）またはAMD-Vi（AMD）をサポートしている必要があり、BIOS/UEFIでこれらを有効にした上で、カーネルパラメータに intel_iommu=on または amd_iommu=on を追記しなければなりません。

しかし、ハードウェアによっては、パススルーしたいHBAが他のデバイス（USBコントローラーやネットワークチップなど）と同じIOMMUグループに割り当てられている場合があります。この状態でHBAだけをVMに渡そうとすると、同じグループに属する他のデバイスまで巻き込まれてVMに渡されるか、あるいはホスト側でデバイスが不安定になり、最悪の場合カーネルパニック（Kernel Panic）を引き起こします。この問題を解決するためには、pcie_acs_override=downstream というパラメータを付与し、強制的にIOMMUグループを分離させる手法が取られますが、これはPCIeのACS（Access Control Services）仕様を無視する挙動であるため、一部の環境では不安定化を招くリスクがあります。

また、ディスクパススルー（qm set コマンドによる /dev/disk/by-id/ の割り当て）を選択した場合の落とし穴として、「ホスト側でのマウント禁止」が挙げられます。ホストのProxmox側でZFSプールを作成し、その上の仮想ディスクをVMに渡す分には問題ありませんが、物理ディスクそのものをVMにパススルーしている状態で、ホスト側からもそのディスクをマウントして書き込みを行うと、ファイルシステムが即座に破損します。

以下に、パススルー設定時のチェックリストをまとめます。

• BIOS/UEFI設定: VT-d / AMD-Vi が Enabled になっているか
• カーネルパラメータ: /etc/default/grub に intel_iommu=on 等が記述され、update-grub が実行済みか
• モジュールロード: /etc/modules に vfio, vfio_iommu_type1, vfio_pci, vfio_virqfd が追記されているか
• IOMMUグループ確認: pve-iommu-check 等のツールで、HBAが独立したグループに属しているか
• デバイスのブラックリスト化: ホスト側でHBAのドライバ（例: mpt3sas）がロードされないよう /etc/modprobe.d/pve-blacklist.conf に設定したか

特に、HBAをパススルーした後にVMを再起動した際、デバイスが正しくリセットされず、VMが起動しなくなる「PCIe Reset」問題が発生することがあります。これはハードウェア固有の仕様に依存するため、修正パッチを適用するか、VMの構成設定で machine: q35 を選択し、PCIeバスの挙動を最適化することで改善されるケースが多く見られます。

パフォーマンス最適化と運用のコスト管理

パススルー構成を構築した後は、仮想化特有のオーバーヘッドを最小限に抑え、物理マシンと同等のI/Oパフォーマンスを引き出すチューニングが必要です。特にNAS VMでは、CPUの割り当て方法がディスクI/Oのレイテンシに直結します。CPUタイプを host に設定することで、VM内のOSが物理CPUの命令セット（AVX-512等）を直接利用できるようになり、ZFSの圧縮・チェックサム計算などのCPU負荷が高い処理の効率が向上します。

ストレージのパフォーマンスを定量的に評価する場合、fio などのツールを用いて、ランダムリード/ライトのIOPS（Input/Output Operations Per Second）を測定します。例えば、Samsung PM1733のようなエンタープライズNVMe SSDをパススルーした場合、物理環境では 100万 IOPS を超える性能が出ますが、仮想環境では仮想ディスク（virtio-scsi）を介すとこの数値が低下します。PCIeパススルーを適用することで、この差をほぼゼロ（オーバーヘッド 1〜3% 程度）まで追い込むことが可能です。

また、運用コストとして無視できないのが「電力消費量」と「バックアップ戦略」です。HBAと多数のHDDを搭載したサーバーは、アイドル時でも 100W〜200W 程度の電力を消費します。2026年時点の電気料金単価を考慮すると、月間の電気代は数千円から一万円以上に達するため、HDDの省電力設定（スピンダウン）を検討する必要があります。ただし、ZFS運用においてディスクを頻繁にスピンダウンさせると、再起動時の負荷やディスク寿命に影響を与えるため、運用のトレードオフとなります。

運用面での最適化案を以下の表にまとめます。

最後に、バックアップの考え方についてです。パススルー構成の最大の弱点は、Proxmox標準の「VMスナップショット」が機能しないことです。物理デバイスをVMに直接渡しているため、Proxmoxはディスク内部の状態を把握できず、スナップショットを撮ることができません。これを補うため、VM内部で ZFS Replication を利用して別の物理NASにデータを同期させるか、Proxmox Backup Server (PBS) を導入し、ファイルレベルまたはブロックレベルでの外部バックアップを構築することが、実運用における絶対条件となります。

ストレージパススルー手法とハードウェアの徹底比較

Proxmox VE環境でNASストレージを仮想マシン（VM）に提供する場合、単なる「仮想ディスクの割り当て」ではなく、物理的なディスクやコントローラーを直接制御させる「パススルー」の選択が、データの整合性とI/O性能を左右します。特にTrueNASやUnraidなどのNAS OSをVMとして動作させる場合、ZFSなどのファイルシステムが物理ディスクのSMART情報やキャッシュ制御に直接アクセスできる環境を構築することが不可欠です。

ここでは、実装方式による性能差、推奨されるHBA（Host Bus Adapter）の選定、ネットワークプロトコルの特性など、実運用における判断基準を詳細な比較表で提示します。

ストレージ提供方式の特性比較

まずは、Proxmoxで利用可能な主要なストレージパススルー手法の比較です。物理的なハードウェアをVMに完全に譲渡する「PCIeパススルー」から、ネットワーク経由で提供する手法までを網羅しています。

PCIeパススルーは、SATA/SASコントローラーごとVMに渡すため、ゲストOSがディスクの物理状態（温度や寿命）を完全に把握でき、ZFSのデータ整合性チェックを最大限に活用できます。一方、qm setによるディスクパススルーは設定が容易ですが、コントローラーレベルの制御は不可能です。

推奨HBAコントローラーのスペック比較

NAS VMを構築する際に必須となるのが、ITモード（Initiator Target mode）で動作するHBAカードです。2026年現在、安定性と互換性からLSI (Broadcom) 系が主流ですが、PCIe Gen 5対応の最新モデルが登場しています。

特にLSI 9300-8iは、中古市場での流通量が多く、Proxmoxでのパススルー実績が極めて高いため、コストパフォーマンス重視のホームラボ構成に最適です。最新の24Gb/s対応モデルは、エンタープライズ向けSAS SSDを大量に搭載する場合にのみ検討してください。

ストレージネットワークプロトコルの比較

外部NASからProxmox VMへストレージをマウントする場合、ネットワークプロトコルの選択がスループットに直結します。2026年時点では、従来のNFS/SMBに加え、NVMe-oF (NVMe over Fabrics) の普及が進んでいます。

低遅延が要求されるデータベースVMにはiSCSIやNVMe-oFが適しており、共有フォルダとして複数のVMで同時に利用したい場合はNFS v4.2が最適です。特にNVMe-oFは、RDMA対応のNIC（Mellanox ConnectX-6等）を使用することで、ネットワーク越しでありながらローカルNVMeに近いレイテンシを実現します。

運用規模別・推奨ハードウェア構成案

予算と目的によって、パススルーさせるべきハードウェア構成は異なります。ここでは、エントリーからハイエンドまでの構成例を比較します。

エントリー構成では、低コストに抑えるためHBAを導入せず、個別のディスクパススルーで運用します。一方、スタンダード以上の構成では、IOMMUグループの分離が容易なRyzenやEPYCをベースにし、HBAカードをVMに完全に譲渡することで、ハイパーバイザー側の干渉を完全に排除する構成が推奨されます。

ゲストOS別・ストレージパススルー互換性マトリクス

パススルーさせる手法によって、ゲストOS側で認識される挙動やドライバーの必要性が異なります。特にWindows VMでHBAパススルーを行う場合は、ドライバーの事前適用が重要です。

TrueNASやUnraidのようなストレージ管理OSをVMで動かす場合、VirtIO-SCSI経由ではディスクの物理的なセクタ管理やSMART監視ができないため、実運用では「PCIe HBAパススルー」一択となります。対して、汎用的なLinux VMであれば、ProxmoxのVirtIOドライバーによる高い抽象化とパフォーマンスの両立が最も効率的です。

よくある質問

Q1. HBAカードを導入する場合のコスト感はどのくらいですか？

実運用で推奨されるLSI 9400-8iなどのSAS HBA（ITモード）を導入する場合、中古市場やリファービッシュ品であれば2万円〜4万円程度、新品に近い状態の産業用モデルでは5万円を超える場合があります。これに加えて、SAS-to-SATAケーブル（1本あたり数千円）が必要になります。オンボードSATAを利用するよりコストは上がりますが、最大12Gb/sの帯域を確保でき、VM側で直接ディスク制御が可能なため、安定的なNAS運用には投資価値があります。

Q2. NVMeパススルー構成にする場合、ストレージ費用を抑える方法はありますか？

2026年現在、4TBクラスのPCIe Gen5 SSD（Crucial T705等）は高価なため、読み書き頻度の低いデータ領域には、価格がこなれたPCIe Gen4対応のSamsung 990 Proなどの2TB〜4TBモデルを複数枚搭載し、VM側でZFSミラーリングを組む構成がコストパフォーマンスに優れています。Gen5の14,000MB/sという超高速性能はNAS用途ではオーバースペックなことが多く、Gen4の7,000MB/s程度あれば十分な実効速度を確保できます。

Q3. VirtIO-SCSIによる仮想ディスクとPCIeパススルーのどちらを選ぶべきですか？

バックアップの容易さを優先するならVirtIO-SCSIですが、NAS OS（TrueNAS SCALE等）でZFSの完全な制御とS.M.A.R.T.監視を行いたい場合はPCIeパススルー一択です。VirtIO経由ではディスクの物理的なセクタ情報が隠蔽されるため、ZFSの自己修復機能が正しく動作しないリスクがあります。パススルー構成にすることで、物理ディスクの12Gb/s SASやPCIe x4の帯域をダイレクトに利用でき、I/Oレイテンシを数マイクロ秒単位で削減可能です。

Q4. RAIDカードとHBAカードの決定的な違いは何ですか？

RAIDカードはカード上のプロセッサとキャッシュメモリ（2GB〜8GB等）でRAID演算を行いますが、NAS VMへのパススルーではこの機能が邪魔になります。一方、HBA（Host Bus Adapter）は単にディスクをOSに見せるだけの「ITモード」で動作します。ZFSなどのソフトウェアRAIDを利用する場合、ハードウェアRAIDが介在するとディスクの物理状態が見えず、リビルド時にデータ破損を招く恐れがあるため、必ずITモードのHBAを選択してください。

Q5. PCIe Gen5対応のNVMe SSDをパススルーする場合の注意点はありますか？

PCIe Gen5 SSDは最大14GB/sという極めて高いスループットを実現しますが、その分消費電力が大きく、動作温度が急上昇します。パススルー設定をしたVMで高負荷なI/Oを発生させると、SSD温度が80度を超えてサーマルスロットリングが発生し、速度がGen3相当まで低下することがあります。[M.2ヒートシンクの装着はもちろん、ケース内に120mmファンを増設し、十分なエアフローを確保した環境での運用を強く推奨します。

Q6. ZFSを運用する場合、VMに割り当てるメモリ量はどのくらいが適切ですか？

ZFSのARC（Adaptive Replacement Cache）はメモリを大量に消費するため、ストレージ容量の1TBあたり1GBのRAMを割り当てるのが定石です。例えば、16TBのHDDを搭載したNAS VMを構築する場合、最低でも16GB、快適なキャッシュ性能を求めるなら32GB〜64GBのメモリを割り当ててください。Proxmoxホスト側で「Ballooning」を有効にすると、メモリ回収時にARCが不安定になるため、メモリ割り当ては「固定（Fixed）」に設定してください。

Q7. IOMMUグループが分かれておらず、他のデバイスと一緒にパススルーされてしまいます。

これはマザーボードのPCIeレーン設計に起因します。特にコンシューマー向けのZ790や[X670Eチップセット](/glossary/chipset-basics)では、一部のNVMeスロットが同一グループにまとまっていることがあります。解決策としては、BIOS/UEFIで「ACS Enable」を有効にするか、Proxmoxのカーネルパラメータに pcie_acs_override=downstream,multifunction を追記して強制的に分離する方法があります。ただし、これは論理的な分離であり、ハードウェア的な干渉が起きるリスクを伴います。

Q8. パススルーしたHDDの故障検知（S.M.A.R.T.）はどのように行いますか？

PCIeパススルー構成であれば、VM内のNAS OS（TrueNAS等）から直接 smartmontools を実行し、物理ディスクの健康状態を監視できます。例えば、WD Red PlusなどのNAS向けHDDで発生しやすい再割り当てセクタ数の増加を、VM側でアラート通知することが可能です。仮想ディスク（qcow2等）運用の場合はホスト側でしか監視できず、VM側では異常に気付かずデータ喪失に至るまで時間がかかるため、パススルー構成の大きなメリットと言えます。

Q9. 今後、CXL (Compute Express Link) 技術はNAS構成に影響しますか？

[CXL 3.0などの新規格が普及すれば、メモリやストレージをネットワーク経由でプール化し、VM間で動的に共有できるようになります。これにより、現在はPCIeパススルーで「1つのVMに固定」していた物理ストレージを、性能を維持したまま複数のVMで共有できる可能性があります。2026年時点ではハイエンドのサーバー向けCPU（EPYC Gen5等）が中心ですが、将来的にホームラボ向けパーツに降りてくれば、パススルーの手間自体が不要になるでしょう。

Q10. PCIe 6.0規格の登場により、ストレージパススルーの設定は変わりますか？

PCIe 6.0では1レーンあたり64GT/sという驚異的な速度に達するため、単一のNVMeドライブで数百GB/sの帯域を扱うことになります。設定方法自体は従来のパススルーと変わりませんが、信号減衰が激しいため、ライザーカードや延長ケーブルの使用が極めて困難になります。超高速ストレージをパススルーさせる場合は、CPU直結のPCIeスロットを使用し、物理的な配線を最小限に抑える構成が必須となります。

まとめ

Proxmox VE環境においてNASストレージを仮想マシン（VM）にパススルーさせる構成は、運用の目的によって最適な手法が異なります。本記事の要点を以下にまとめます。

• HBAパススルーの推奨: TrueNASやUnraidなどのNAS OSをVMで運用する場合、LSI 9300-8iや9400シリーズなどのHBA（Host Bus Adapter）をPCIeパススルーさせ、ディスクの物理制御権を完全にVMに譲渡するのが正攻法です。
• ディスクパススルーの活用: 特定のHDD/SSDのみを割り当てる場合は、qm setコマンドを用いて/dev/disk/by-id/から個別にパススルーさせることで、ホスト側の負荷を抑えた構成が可能です。
• VirtIO-SCSIの最適化: 仮想ディスクとして割り当てる際は、コントローラーに「VirtIO SCSI」を選択し、「Discard」オプションを有効にすることで、NVMe/SSDの[TRIMコマンドを適切に処理させ、パフォーマンス劣化を防げます。
• ネットワークストレージの使い分け: 共有ストレージとして利用する場合は、10GbEや25GbEのNICを介したNFS/SMBマウントが効率的であり、VM側で直接マウントすることで管理コストを削減できます。
• IOMMU設定の必須化: PCIeパススルーを実現するには、[BIOS/UEFIでのVT-d/AMD-Vi有効化に加え、GRUBでのintel_iommu=onやamd_iommu=onの設定が不可欠です。
• バックアップ戦略の分離: パススルーしたストレージはProxmox標準のバックアップ対象外となるため、Proxmox Backup Server (PBS)の導入や、NAS側での独自スナップショット運用を併用してください。

まずは現在のハードウェア構成を確認し、HBAを導入して物理的に分離するか、仮想ディスクとして柔軟に運用するかを選択してください。特にデータ整合性を重視する場合は、HBAパススルーによる直接制御への移行を検討することをお勧めします。