가상화 (Virtualization)

물리적인 자원을 논리적으로 나누어 여러 개처럼 사용하는기술

 

가상화란?

가상화란 물리적인 자원을 논리적으로 나누어 여러 개처럼 사용하는 기술이다. 
기존 서버 운영 방식은 다음과 같았다.

서버 1대 = 운영체제 1개 = 애플리케이션 묶음 1개

이 구조는 자원 활용률이 낮고, 서비스 간 격리가 어려우며 서버 증설이 많이 필요하다는 문제가 있었다.
가상화를 적용하면 다음과 같은 구조가 된다.

서버 1대 = 가상머신1(OS1), 가상머신2(OS2) , 가상머신3(OS3)

하나의 물리 서버를 여러 대의 독립된 컴퓨터처럼 사용할 수 있게된다.
이것이 가능한 이유는 하이퍼바이저 때문이다.

 

하이퍼바이저 (Hypervisor)

하이퍼바이저란 물리 서버 위에서 여러 개의 가상머신(VM)을 생성하고 관리하는 소프트웨어이다. 
즉, 서버를 여러 대처럼 나눠주는 관리자 역할을 한다. 
하이퍼바이저는 하드웨어의 CPU, 메모리, 디스크, 네트워크, 스토리지와 같은 자원들을 VM에 분배해주고, 각 VM은 이를 통해 서로 독립된 컴퓨터처럼 동작한다.
하이퍼바이저는 VMM(가상 머신 모니터)라고도 부른다.

 

1. 베어메탈 (Bare Metal Hypervisor)

물리 서버의 하드웨어 위에 운영체제 없이 직접 설치되는 하이퍼바이저이다. 하이퍼바이저가 OS를 대신하여 하드웨어 자원을 직접 관리한다.
중간 운영체제가 없기 때문에 성능이 높으며, 데이터센터나 기업에서 주로 사용한다.
ex) VMware ESXi, Xen, KVM 등..

하드웨어 → BIOS/UEFI → 하이퍼바이저  → VM

이 중 KVM은 Linux 커널 기반 하이퍼바이저이다. Linux 커널이 하이퍼바이저 역할을 수행하며 직접 하드웨어를 제어하고, 그 위에서 가상머신을 하나의 독립된 프로세스처럼 실행한다. 

 

2. 호스트형 (Hosted Hypervisor)

기존 운영체제 위에서 실행되는 하이퍼바이저이며, 프로그램처럼 설치되어 동작한다.
개인 PC에서 많이 사용되며, Host OS를 통해 하드웨어에 접근한다. 
OS 위에서 실행되기 때문에 성능이 상대적으로 낮다.
ex) VirtualBox, VMWare Workstation 등..

하드웨어 → OS → 하이퍼바이저 → VM

 

가상화와 클라우드

데이터센터나 클라우드 환경에서는 수천 대의 가상머신이 동시에 운영된다.
AWS와 같은 클라우드 환경에서 인스턴스를 하나 생성하면, 실제로는 데이터센터 내에 있는 물리 서버 위에서 가상머신이 하나 할당되는 것이다. 

 

가상화와 컨테이너

가상화와 컨테이너는 비슷해 보이지만 구조가 다르다.

• 가상화 → 하드웨어 자원을 나눈다.
• 컨테이너 → 운영체제 커널을 공유하며 프로세스를 격리한다.

즉, 컨테이너는 가상화보다 더 가볍고 빠른 방식의 격리 기술이다. 그러나 클라우드 환경에서는 여전히 가상화 위에 컨테이너를 올려 사용하는데, 보안/격리/안정성 때문이다.

만약 컨테이너만으로 클라우드 환경을 운영해서 여러 사용자들이 컨테이너를 할당받게 된다면, 컨테이너는 운영체제 커널을 공유하기 때문에 커널 취약점이 발생하면 다른 사용자에게 영향을 줄 수 있다.
따라서 클라우드 환경에서는 하드웨어 → 하이퍼바이저 → VM → 컨테이너 환경의 구성을 통해 고객 단위로 VM을 분리한다. 클라우드는 기본적으로 하나의 물리 서버를 여러 사용자가 나눠쓰는 개념이기 때문에, 이를 안전하게 구현하려면 하드웨어 수준의 가상화가 필요하다. 따라서 대부분의 퍼블릭 클라우드는 가상화 기반 위에 컨테이너를 얹는다.

 

정리하자면, 가상화는 물리 자원을 논리적으로 추상화하여 필요할 때 서버를 즉시 생성하고 트래픽에 따라 확장/축소하고 장애를 격리하는 등 대규모 서비스를 운영할 수 있도록 도움을 주고 있다. 
가상화를 통해 하드웨어 중심 사고에서 자원 추상화 중심 사고로 인프라 운영 방식을 바꾸었다.