IT 인프라와 클라우드에서 빠지지 않는 키워드, 바로 가상화(virtualization)이다.

그중에서도 오늘은 서버 가상화에 초점을 맞춰, 하이퍼바이저(Hypervisor)와 가상 머신(VM)의 개념까지 정리해보자.

가상화

가상화란 물리적 컴퓨터 하드웨어를 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 해주는 기술이다. 단순히 물리적인 서버 1대를 더 쓰는 게 아니라, 하나의 컴퓨터 자원을 소프트웨어적으로 분할하여 여러 시스템처럼 사용하는 기술이다. 즉, 컴퓨터 하드웨어 자원을 추상화해서 소프트웨어적으로 다룬다.

이 기술은 클라우드 컴퓨팅의 기반이기도 하며, 서버뿐 아니라 스토리지, 네트워킹, 애플리케이션 등 여러 영역에서 적용된다.

실제로는 컴퓨터 하드웨어의 일부에서만 실행됨에도 불구하고, 각각의 VM은 자체 운영체제(OS)를 실행하며 마치 독립적인 컴퓨터인 것처럼 작동한다. 결국 가상화는 물리적 컴퓨터 하드웨어의 보다 효율적인 활용을 가능하게 해준다.

가상화가 왜 필요할까?

하나의 컴퓨터 자원은 크다. 크다는 기준은 하나의 애플리케이션을 돌리기에 매우 넉넉해서 남은 자원이 많이 생긴다는 것이다.

예컨대, 내 128GB 맥북에서 메모장이나 엑셀 하나를 실행하기에는 내 컴퓨터 자원이 크다.

가상화 전에는 단지 메모장 하나의 애플리케이션 서버를 실행하기 위해서 컴퓨터 한 대를 배정했다는 것이다. 전체 자원의 대부분은 놀고있는 셈이니, 어마어마한 자원 낭비가 있었을 것이다.

이런 낭비를 발견하고 가상화가 등장했다. 하나의 단일한 컴퓨터에서 여러 가상 머신을 올릴 수 있다. 이 가상 머신들은 하나의 하드웨어 리소스를 나눠쓴다. 기존에 총 5대의 컴퓨터로 1TB 만큼을 사용했다면 이제는 1TB 용량의 하나의 하드웨어 장치로 나누어 쓸 수 있다는 것이다.

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이번 포스팅에서는 서버 가상화를 다룬다.

서버 가상화를 가능하게 하는 건, Hypervisor이다.

Hypervisor?

물리적 서버나 호스트 위에서 실행되는 소프트웨어로, 하드웨어 자원을 가상 머신에게 나눠주는 관리자 역할을 한다. 여러 운영체제가 하나의 물리적인 컴퓨터에서 동시에 실행되기 위해서 존재한다.

하이퍼바이저는 각 가상머신에 기본 컴퓨팅 파워, 메모리, 스토리지를 할당한다. 독립된 부분을 할당하기 때문에 각 VM은 독립적으로 실행되며, 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

Hypervisor는 두 가지 종류가 있다. Type1, Type2로 나뉜다.

https://medium.com/@ravipatel.it/understanding-hypervisors-exploring-type-1-vs-type-2-and-full-vs-para-virtualization-71b4dad9abd9

Type1(=Bare Metal Hypervisor)

물리적인 서버 위에 Hypervisor가 직접 direct 설치된 형태이다.

중앙 처리 장치(CPU), 메모리 및 물리적 저장소와 직접 상호 작용한다. 즉, OS 없이 바로 하드웨어에서 실행된다는 말이다. Type1의 하이퍼바이저는 호스트 운영 체제를 대신한다.

이는 가장 자주 사용하는 하이퍼바이저의 유형으로 Type2에 비해 보안적으로 안전하며, 대기 시간 낮출 수 있다.

[ 예시 ]

VMware ESXi

Microsoft Hyper-V

KVM

AWS Nitro Hypervisor

Type2(=hosted)

기본 하드웨어에서 직접 실행되지 않고, 기존 OS 위에서 응용 프로그램처럼 실행된다. 물리적 컴퓨터와 hypervisor 사이에 host layer가 하나 추가된다.

Type1에 비해 대기 시간이 오래 걸리기 때문에 자주 사용되지 않는다. 다른 운영 체제를 실행해야 하는 개별 PC 사용자 혹은 테스트용 PC 환경에 더 적합하다.

[ 예시 ]

Oracle Virtual box

VMware Workstation

이런 hypervisor를 설치하면 여러 VM을 만들 수 있다. 다시 한 번 강조하자면, hypervisor 위에서 실행되는 여러 VM은 hypervisor가 리소스를 할당하고 관리한다.

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가상머신 Virtual Machine

실제 컴퓨터처럼 작동하도록 만들어진 소프트웨어이다. 물리적 컴퓨터의 가상화이다.

메모리, CPU, 네트워크 인터페이스, 스토리지 등을 물리적 컴퓨터의 리소스를 사용한다. 하나의 컴퓨터에서 여러 머신을 가상으로 실행할 수 있도록 한다.

각 VM은 운영체제, 응용프로그램을 가지고 각각이 독립적이다.

예를 들어, 하나의 하이퍼바이저 위에

• window VM
• Linux VM
• macOS VM

을 동시에 띄워놓고 사용할 수도 있다.

일반적으로 가상 머신을 게스트라고 하며, 하나 이상의 게스트 머신이 호스트 머신이라고 하는 물리적 머신에서 실행된다.

가상머신 내에서 사용자는 진짜 하나의 컴퓨터를 사용하고 있는 것처럼 느낀다. 다만 실제 하드웨어를 공유하고 있기에, 특정 VM이 어떤 하드웨어를 많이 쓰고 있다면 다른 VM은 느려질 수 밖에는 없다.

가상 머신의 장점

한 하이퍼바이저에서 다른 하이퍼바이저로 이동할 수 있다. 그니까, 다른 물리적인 컴퓨터로도 이식할 수 있다는 의미이다. 유연성, 이식성 굿!

1. cost savings

   가상 머신을 사용하면 하나의 컴퓨터에서 여러 VM을 실행할 수 있기 때문에 더 비용 효율이 증가한다. 가상화를 사용하지 않는다면 서버에서 해당 응용프로그램을 사용하지 않을 때, 컴퓨팅 리소스가 유휴 상태가 되지만 다른 응용프로그램에서는 사용할 수 없다. 환경을 가상화 한다면 남는 자원을 최대한 효율적으로 할당하여 사용할 수 있게 된다.

   또한 여러 대의 컴퓨터를 실행할 때 보다 전기 사용량이 줄어들 뿐만 아니라, 컴퓨터의 유지보수 비용이 절감된다.

2. agility, speed

   가상 머신은 생각보다도 훨씬 간단하고 빠르게 설치 가능하다. 프로비저닝보다 말이다.

   이는 프로덕션을 테스트할 때도 유용하다. 새로운 소프트웨어 패치가 출시되면 가상 머신을 복제하고 최신 소프트웨어 업데이트를 적용하여 출시 전에 다양한 환경에서 테스트할 수 있다.

3. lower downtime

   가상화를 통해 여러 센터에서 데이터를 더 쉽게 백업하고 복제할 수 있으므로 VM의 호스트가 예기치 않게 나가더라도 다른 컴퓨터의 하이퍼바이저로 백업할 수 있다.

VM 기술 기반 서비스

가상 사설 서버(VPS)는 VM 기술 기반의 호스팅 서비스이다. 하나의 물리 서버를 여러 사용자에게 VM 단위로 제공하는 형태로 저렴한 가격에 웹 서버나 애플리케이션 서버를 운영할 수 있다.