가상화와 컴퓨팅 기술

목차

• 가상화란 무엇인지 이해한다
• 가상화 종류에 대하여 알수있다
• 하이퍼바이저저의 기능을 이해한다

가상화 기술 개요

• 물리적 IT 자원을 가상의 IT자원으로 전환하는 기술

• 클라우드 컴퓨팅은 가상화 기술을 사용 -> 자원 접근

• HW 가상화 - 서버, 네트워크, 스토리지

• OS 가상화

  가상화 제공

  하드웨어에 독립성

• 하드웨어 플랫폼에서 운영체제의 설정과 애플리케이션 SW 설치는 여러가지 SW, HW 간 의존성을 가짐

• 가상화 되지 않은 환경 -> 운영체제는 특정 HW 모델에 맞춰 설정, IT자원이 수정될 필요가 있으면 재설정

• 하드웨어 독립성을 통해 가상 서버는 다른 가상 호스트로 손 쉽게 이전될 수 있고 자동으로 여러 HW, SW 간 비호환성 문제 해결

  서버 통합 제공

• 가상화 기술은 여러 가상 서버가 하나의 물리적 서버를 공유 -> 이 과정을 서버통합이라 함

• HW 활용성과 로드 밸런싱 등 이용가능한 IT자원의 최적화를 증가시키기 위해 사용

• 유연성을 제공 -> 여러 가상 서버가 여러 게스트 OS에서 구동

  자원 복제

• 가상 서버는 하드디스크 내용의 바이너리 파일 형태로 복사

• 보유하고 있는 가상 디스크 이미지 형태로 생성

  ⭐️하이퍼바이저⭐️

• 가상머신이 물리시스템 자원에 대한 접근을 제공하는 프로그램

• 가상머신 -> 가상머신이 실행되고 있는 물리적 컴퓨터로부터 분리된 또 하나의 컴퓨터

• 시스템 가상 머신 -> 스스로의 가상 기기 드라이버, 프로세스 자원 할당, 가상 기기 드라이버를 이용한 기기 I/O를 갖음
  

가상화 유형

운영체제 기반 가상화(Host형)

• 기존 운영체제에서 가상화 소프트웨어를 설치
  

하드웨어 기반 가상화(베어 메탈)

• 호스트 운영체제를 필요로 하지 않는 하드웨어 기반 가상화의 여러 논리적 계층
• OS가 없어 하이퍼바이저가 일부 OS역할을 해줘야함
  

클라우드 컴퓨팅 서비스 기술

클러스터 컴퓨팅

• 여러 대의 동일 컴퓨터들이 연결 -> 하나의 시스템처럼 동작하는 컴퓨터들의 집합
• 고속의 근거리통신망으로 서로 연결되어 단일 시스템으로 작동하는 독립적인 IT 자원들의 그룹
• 가용성, 신뢰성 ↑
• 시스템 장애 조치 기능이 내제 -> 이중화 (미러링)
• 전용 고속 통신 링크를 통해 동기화되어 있어야함

  클러스터 유형

  • 고가용성 클러스터 -> 장애 시 백업용
    : 이중화 dual 구조
  • 로드 밸런싱 클러스터 -> 부하 분산(작업 요청 을 적절히 분배)
    : 특정 노드에 쏠림 현상을 줄이고자 클라이언트 요청을 적절히 분배
  • 고성능 클러스터 -> 병렬 처리(동시에 여러 컴퓨터 작업 할당)
    : 병렬 처리를 위한 노드간 송수신으로 고속 통신이 요구

그리드 컴퓨팅

• 여러 서로 다른 기종의 컴퓨팅 자원을 지리적으로 멀어져 있지만, 하나의 컴퓨팅인 것처럼 결합
• 클러스터 컴퓨터보다 느슨하게 결합되어 있는 구조

  장점

  • 인프라의 최적화
  • 인프라의 탄력성 및 가용성
  • 데이터 접근 용이성 및 협업 용이성
• 그리딩 컴퓨팅의 네트워크 접근, 자원풀링, 확장성, 탄력성 등의 가능 발전이 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 기술에 영향 미침

가상화

HW -> 하드웨어 형
OS + HW -> 운영체제 형

• 물리적인 하드웨어 장치 -> 논리적인 객체로 추상화
• 하나의 장치를 여러 개로 나눠 동작
• 여러 개의 장치를 묶어 하나의 장치인 것처럼 사용자에게 공유 자원 제공
• 인스턴스 : 실행중인 임의의 프로세스로 컴퓨팅 자원의 접근에 할당된 물리 메모리의 일부

하이퍼 바이저 기반 인스턴스

하드웨어 가상화에 따른 분류

(1) CPU 가상화 : 각각의 가상머신에 동적인 vCPU할당

(2) 메모리 가상화

• VM에 메모리 영역을 할당

• 연속된 물리적 메모리가 존재하는 것처럼 인식

• 특정 영역을 필요한 용량만큼 할당

• 페이징 및 메모리 압축등의 기법 통해 관리
  

  페이징
  컴퓨터가 데이터를 2차 기억장치에서 메인 메모리를 가져와 사용하기 위한 저장 및 검색 메모리 관리 기법

(3) 저장소 가상화

• VM에 저장소를 할당하며 직접 연결된 디스크처럼 인식

(4) 네트워크 가상화

• 컴퓨터가 여러 개의 Network Interface Card를 보유한 것처럼 인식
• 가상 LAN 이 통신량을 분할 조절하여 가상 NIC(Network Interface Card)를 할당

가상화 소프트웨어

• 하이퍼바이저
  : 호스트 시스템에서 다수의 게스트 OS를 구동할 수 있게 하는 SW

1. 하드웨어 가상화 -> 하드웨어와 각각의 VM을 모니터링하는 중간 관리자

2. VM을 물리적 서버 자원을 추상화, 논리적으로 공간 분할하여 VM 가상환경 서버의 이용이 가능해짐

3. 위치에 역할에 따라 2가지 범주로 구분

   하이퍼바이저형 가상화 (Type1)

   • 하드웨어에 하이퍼바이저 배치
   • 하드웨어를 직접 제어 -> 컴퓨팅 자원을 효율적으로 사용 가능
   • 별도 호스트 OS가 없어 오버헤드 적으나 여러 하드웨어 드라이버 설치 어려움

   호스트형 가상화 (Type2)

   • 운영체제 기반
   • 호스트 OS를 설치하고 그 위에 하이퍼바이저 설치
   • 하드웨어 자원 VM내부의 게스트 OS에 애뮬레이트 하는 방식
   • 손쉽게 가상환경 구축가능
   • 호스트 OS위에 게스트 OS작동 -> 메모리 오버헤드 발생
   • Type1보다 성능이 다소 떨어짐

     왼쪽 -> 반가상화 (Type1), 오른쪽 -> 전가상화 (Type2)

4. 가상화 방식에 따른 분류 : 하드웨어에 따른 I/O접근을 어디까지 가상화 할 것인지에 따른 분류

• 전가상화 : 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 자원을 완전하게 가상화 하는 방식
  • 게스트 OS 수정없이 구동 가능
  • 다양한 OS에서 애뮬레이트 하는 형식으로 지원
  • CPU 가상화 지원 기술
  • Type2 호스트형 가상화 형태 -> 게스트 OS가 하드웨어 접근하기 위해 기존 OS를 통해 접근

전가상화 -> 하드웨가 몽땅 다 가상화해서 관리

• 반가상화 : 하드웨어를 완전히 가상화하지 않는 방식, 하이퍼바이저가 하드웨어 위해서 직접 실행
  • Type1 네이티브(베이 메탈) 형태
  • VMM이 하드웨어 제어를 처리 -> 하드웨어와 I/O 처리에 있어 전가상화보다 직접적인 제어권을 가짐
  • 직접 제어를 위해 커널 드라이버 보유 -> 드라이버를 통해 게스트 OS의 하드웨어 접근 요청 수행
  • 게스트 OS는 하이퍼바이저의 커널 드라이버와의 통신을 위해 수정이 필요
  • OS 소스코드에 대한 접근이 가능하지만 상대적으로 제어 어려움

반가상화 -> 접근할 부분만 수정해서 가상화

중요내용 정리

	전가상화	반가상화
가상화 범위	HW 전체	HW 일부
OS 수정 여부	수정 X	게스트 OS 수정 하이퍼바이저 일부 수정
하드웨어 제어	게스트 OS는 직접 통제하는 것처럼 작동 HV -> HOST OS	수정된 게스트 OS -> 하이퍼바이저가 통제 HOST OS가 없음
성능	복잡성으로 인해 낮은 성능	상대적으로 고성능