가상 시스템

VM(가상 시스템)이란?

IT 인프라 관리의 여러 영역에서 가상 시스템을 사용하면 여러 가지 이점이 있습니다.

• 확장성: 가상 시스템은 수요에 따라 처리 리소스를 확장 또는 축소할 수 있으며, VM을 쉽게 추가하거나 제거할 수 있어 새 하드웨어를 더할 필요가 없습니다.
• 이식성: VM은 서버와 데이터 센터 간에 복제 및 이동이 가능하여 워크로드 분산, 재난 복구 및 원활한 전송이 가능합니다.
• 유연성: 가상화는 하나의 물리적 서버에서 여러 운영 체제와 애플리케이션을 실행하므로, 리소스를 효율적으로 사용하고 다양한 워크로드를 수용할 수 있습니다.
• 보안: VM은 격리를 통해 보안을 강화하고, 바이러스 감염 및 침해가 시스템 전체로 확산되는 위험을 줄입니다.
• 민첩성과 속도: 가상화를 통해 VM의 빠른 프로비저닝과 배포가 가능해 새로운 서버와 애플리케이션의 설정 시간이 크게 단축되고, 혁신과 비즈니스 요구에 빠르게 대응할 수 있습니다.
• 가동 중지 시간 감소: 가상화는 라이브 마이그레이션과 고가용성을 지원하여 유지 관리나 하드웨어 오류 발생 시 가동 중지 시간을 최소화하고 지속적인 서비스를 보장합니다.
• 비용 효율성: 여러 대의 VM을 더 적은 수의 물리적 서버에 통합함으로써 조직은 하드웨어 및 에너지 비용을 절감하는 동시에 간소화된 관리를 통해 운영 비용도 줄일 수 있습니다.

VM(가상 시스템)은 용도, 기능, 기본 하드웨어에 제공하는 액세스 수준에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있습니다. 

• 시스템 가상 시스템은 전체 OS(운영 체제) 실행을 지원하도록 전체 시스템 환경을 제공하는 주요 유형 중 하나입니다. 이러한 VM은 물리적 시스템을 에뮬레이션하고, 단일 물리적 호스트에서의 다중 OS 인스턴스 동시 실행을 허용합니다. 예를 들어 VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, KVM(커널 기반 가상 시스템)과 같은 하이퍼바이저 기반 VM이 있습니다. 이러한 하이퍼바이저는 호스트의 하드웨어에서 직접 실행되는 베어 메탈(유형 1) 하이퍼바이저와 기존 운영 체제 위에서 실행되는 호스팅(유형 2) 하이퍼바이저로 구분할 수 있습니다.
• 프로세스 가상 시스템은 애플리케이션 VM이라고도 하며, 단일 애플리케이션이나 프로세스를 실행하도록 설계되어 플랫폼에 독립적인 환경을 제공합니다. 이러한 VM은 개별 애플리케이션을 실행하기 위한 격리된 환경을 제공함으로써 다양한 운영 체제 간의 호환성을 보장합니다. 

VM(가상 시스템)은 하이퍼바이저를 활용하여 물리적 하드웨어 리소스를 추상화하고 관리함으로써 동일한 물리적 호스트에서 여러 개의 격리된 환경을 실행할 수 있게 합니다. 간략한 단계별 설명은 다음과 같습니다.

1. 하드웨어 추상화

하이퍼바이저는 물리적 하드웨어와 가상 시스템 사이의 중간 레이어 역할을 하며 가상화된 하드웨어 환경을 만듭니다. 다음과 같은 기능을 제공합니다

• vCPU(가상 CPU): 컨텍스트 전환 기술을 사용하여 VM CPU 명령어를 물리적 CPU로 예약하고 변환합니다.
• 가상 메모리: VM 간 격리를 보장하면서 가상 메모리를 물리적 메모리에 매핑합니다.
• 가상 스토리지: 물리적 스토리지(예: 하드 드라이브)를 가상 디스크로 에뮬레이션하며 이는 종종 호스트 시스템의 파일로 표현됩니다.
• 가상 네트워크: VM에 대한 가상 네트워크 인터페이스(vNIC)를 생성하여 물리적 네트워크나 가상 네트워크에 연결합니다.

2. 게스트 OS 부팅 프로세스

VM이 켜지면 하이퍼바이저는 가상 하드웨어를 초기화하고 제어권을 게스트 운영 체제에 넘깁니다. 게스트 OS는 다음과 같이 물리적 시스템에서 실행되는 것처럼 부팅됩니다.

• 가상 BIOS/EFI가 부팅 시퀀스를 시작합니다.
• 게스트 OS 커널이 가상 하드웨어를 감지하고 초기화합니다.
• 가상 장치용 드라이버가 로드되어 사용자 공간 프로세스가 시작될 수 있습니다.

3. 명령어 실행

하이퍼바이저는 다음과 같은 여러 가지 기술을 사용하여 게스트 OS에서 물리적 하드웨어로 명령을 변환하고 실행을 지원합니다.

• 이진 변환: 특권 명령을 호스트 시스템에 안전한 작업으로 변환합니다.
• 하드웨어 지원 가상화: 최신 CPU(예: 인텔 VT-x, AMD-V)가 특권 명령을 직접 트랩하고 실행하여 가상화를 최적화합니다.
• 준가상화: 어떤 경우에는 게스트 OS가 성능 개선을 위해 하이퍼바이저와 직접 상호 작용합니다.

4. 리소스 관리

하이퍼바이저가 수요에 따라 VM에 물리적 리소스를 동적으로 할당하고 최적화합니다.

• 과잉 할당: 모든 VM이 할당된 리소스를 동시에 완전히 활용하지 못할 것이라고 가정하고, 실제로 사용 가능한 리소스보다 더 많은 가상 리소스(예: CPU, 메모리)를 할당합니다.
• 라이브 마이그레이션: 물리적 호스트 간에 실행 중인 VM을 중단 시간 없이 이동하여 균형 잡힌 리소스 사용과 내결함성을 보장합니다.

5. I/O 가상화

VM이 I/O(입출력) 작업(예: 디스크 읽기, 쓰기 또는 네트워크 통신)을 수행할 때 하이퍼바이저가 이러한 요청을 가로채서 물리적 하드웨어 작업으로 변환합니다. 게스트 OS 내의 가상 장치 드라이버는 이 프로세스를 원활하게 처리합니다.

결론

가상 시스템은 하이퍼바이저를 통해 하드웨어 리소스를 가상화하여 게스트 운영 체제가 물리적 호스트와 독립적으로 작동할 수 있게 합니다. 하이퍼바이저가 효율적인 리소스 할당, 보안 및 격리를 보장하여 VM이 공유 인프라에서 여러 워크로드를 실행하는 데 다양하게 활용될 수 있도록 합니다.

VM(가상 시스템)은 물리적 하드웨어를 에뮬레이션하여 다양한 산업과 IT 환경에서 다양한 사용 사례를 제공합니다.

• 개발 및 테스트 환경: VM을 사용하면 개발자는 프로덕션에 영향을 미치지 않고 개발, 테스트, 디버깅을 위한 격리된 환경을 만들 수 있습니다. 이를 통해 다양한 운영 체제와 구성을 빠르게 설정하고, 테스트를 지원하며, 스냅샷과 롤백을 활성화하므로 개발 효율을 높이고 위험을 낮출 수 있습니다.
• 재난 복구 및 백업: VM은 원격 위치에 VM을 복제 및 백업하소, 빠른 복구 옵션으로 비즈니스 연속성을 보장하고, 가동 중지 시간을 줄이고, 시스템 복원을 간소화하면서 재난 복구에 필수적인 역할을 합니다. VM은 레거시 애플리케이션의 수명을 연장하여 비용이 많이 드는 재작성을 피하고 최신 하드웨어와의 호환성을 보장합니다.
• 클라우드 컴퓨팅: VM은 클라우드 컴퓨팅의 기본이며, 서비스 제공자는 IaaS(Infrastructure as a Service)를 제공합니다. 이를 통해 사용자는 클라우드에서 가상 서버를 관리하여 확장 가능하고 유연한 리소스를 제공하고, 종량제 모델을 구현하고, 멀티 테넌트 아키텍처를 지원할 수 있습니다.
• VDI(가상 데스크탑 인프라): VDI는 원격 및 모바일 사용자에게 일관된 사용자 경험을 제공하기 위해 가상 데스크탑을 배포하여 관리를 중앙화하고, 보안을 강화하고, 원격 작업을 지원하고, 업데이트와 패치를 간소화합니다.
• 애플리케이션 격리 및 보안: VM은 애플리케이션을 격리하여 보안 위험을 줄이고, 충돌을 방지하며, 의심스러운 소프트웨어에 대한 보안 테스트를 허용합니다. 모범 사례로는 패치, 보안 구성, 격리, 세분화 및 지속적인 모니터링이 있습니다.
• 맬웨어 분석 및 격리: 보안 전문가는 가상 컴퓨터를 사용하여 맬웨어를 안전하게 분석하고 격리합니다. 격리된 가상 환경에서 잠재적으로 위험한 소프트웨어를 실행함으로써 연구자들은 호스트 시스템을 손상시키지 않고 소프트웨어의 동작을 분석할 수 있습니다. 
• 보안 액세스 및 호환되지 않는 소프트웨어 실행: 가상 컴퓨터는 인터넷에 액세스하거나 잠재적으로 위험한 애플리케이션을 실행하기 위한 안전한 환경을 제공합니다.
• 로드 밸런싱 및 고가용성: VM은 여러 서버에 워크로드를 분산하여 로드 밸런싱과 고가용성을 지원하고, 성능을 개선하면서 장애 발생 시 중복성을 제공합니다.
• 연구 및 실험: VM은 통제된 실험 및 시뮬레이션 환경을 제공하여 유연하고 다양한 구성, 손쉬운 롤백, 설정 분리가 가능합니다.
• 리소스 할당 및 관리: VM 성능에는 효과적인 리소스 할당이 중요합니다. 리소스 관리를 위한 툴과 기술을 활용하면 최적화가 보장되고 경합이 방지됩니다.
• 오케스트레이션: VM은 요구 사항을 충족하기 위해 확장 가능해야 합니다. Kubernetes 및 OpenStack과 같은 오케스트레이션 툴은 관리를 자동화하고, 효율성을 높이며, 컨테이너화 기술과의 통합을 지원합니다.
• 라이선스 및 컴플라이언스: VM 배포는 운영 체제와 애플리케이션 라이선스에 영향을 미칩니다. 처벌을 피하려면 소프트웨어 및 하드웨어 계약과 규제 표준을 준수하는 것이 중요합니다.

1. 클라우드 네이티브 기술과 통합

VM(가상 시스템)은 컨테이너 및 오케스트레이션 플랫폼과 같은 클라우드 네이티브 기술과 원활하게 통합되도록 발전하고 있습니다. 컨테이너화된 워크로드를 위한 인프라를 제공하는 동시에 보안과 격리를 보장하여 하이브리드 및 멀티 클라우드 환경에서 여전히 필수 요소입니다. 향상된 API와 자동화 프레임워크가 VM의 프로비저닝, 확장, 마이그레이션을 간소화하여 조직이 클라우드 네이티브 아키텍처로 전환하는 동안에도 VM의 관련성을 유지하도록 지원합니다.

2. 엣지 컴퓨팅에서 VM의 역할 증가

VM은 IoT 장치 및 스마트 시티 애플리케이션과 같이 워크로드가 데이터 소스로 더 가까이 이동되는 엣지 컴퓨팅에서 중요한 역할을 합니다. 컨테이너가 경량 설계로 우위를 차지하고 있지만 VM은 강력한 격리, 레거시 애플리케이션 지원 또는 다양한 OS 요구 사항이 필요한 시나리오에서 선호됩니다. 가벼운 VM 기술은 리소스 오버헤드와 시작 시간을 줄여, 유연성과 보안이 요구되는 엣지 워크로드에서 VM이 효율적인 선택이 될 수 있도록 보장합니다.

3. 가상화된 환경에서의 보안 강화

VM은 민감한 데이터와 컴퓨팅을 보호하기 위해 TEE(신뢰할 수 있는 실행 환경), 메모리 암호화, 보안 인클레이브와 같은 고급 하드웨어 지원 보안 기능을 채택하고 있습니다. 기밀 컴퓨팅은 처리 중에도 데이터가 암호화된 상태로 유지되도록 보장합니다. 이러한 발전으로 VM은 규제 요건이 엄격한 산업에서 고도의 보안 워크로드에 적합합니다.

4. AI 및 기계 학습을 위한 VM 최적화

AI 및 기계 학습 워크로드에는 고성능 환경이 필요하며, VM은 GPU 가속과 SR-IOV(단일 루트 I/O 가상화)와 같은 하드웨어 패스스루 기술에 최적화되고 있습니다. 이러한 기능을 통해 VM은 확장성과 격리를 유지하면서 AI 모델 교육 및 추론과 같은 컴퓨팅 집약적 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

5. 자동화와 AI 기반 관리

AI와 자동화는 VM 관리를 혁신하고 있습니다. 예측 분석과 기계 학습을 통해 하이퍼바이저는 리소스 할당을 최적화하고 워크로드 수요를 예측하며 최소한의 가동 중지 시간으로 라이브 마이그레이션을 자동화할 수 있습니다. AI 기반 모니터링 툴이 실시간 인사이트를 제공하여 확장성을 개선하고 관리 비용을 줄여줍니다.

6. 지속 가능성과 친환경 컴퓨팅

VM은 에너지 효율적인 가상화 기술을 도입하여 지속 가능성에 기여하고 있습니다. 전력 인식 스케줄링과 리소스 최적화가 에너지 소비를 줄이고 향상된 모니터링 툴이 VM의 탄소 배출량을 추적하고 최소화합니다. 이러한 노력은 가상화 기술의 친환경 컴퓨팅 목표 달성에 도움이 됩니다.

7. 클라우드 네이티브 기술을 활용한 가상 시스템의 통합 및 융합

VM(가상 시스템)은 컨테이너 및 오케스트레이션 플랫폼과 같은 클라우드 네이티브 기술과 원활하게 통합되도록 발전하고 있습니다. 하이브리드 및 멀티 클라우드 환경에서 컨테이너화된 워크로드에 대해 안전하고 격리된 다양한 운영 체제 지원을 제공합니다. 향상된 API와 자동화 툴 덕분에 VM의 프로비저닝, 확장, 마이그레이션이 개선되어 클라우드 네이티브 아키텍처에서 관련성이 계속 유지됩니다.

동시에 VM과 컨테이너의 융합으로 두 가지의 장점을 모두 활용하는 통합 플랫폼을 촉진하고 있습니다. VM은 강력한 격리와 OS 다양성을 제공하며 컨테이너는 가벼운 이동성과 빠른 배포를 제공합니다.