가상화 — 구름

1. 가상화(Virtualization)란?

정의: 물리적인 하드웨어 리소스(CPU, 메모리, 스토리지 등)를 소프트웨어적으로 추상화하여, 하나의 물리적 시스템에서 여러 개의 논리적 자원(가상 머신, VM)이 동시에 실행될 수 있도록 분리하는 기술이다.
요약: 물리적 컴퓨터 한 대를 여러 개의 가상 컴퓨터처럼 나눠서 사용하는 방법이다.

2. 가상화의 목적

목적	설명
자원 효율성 증대	단일 물리 서버에서 활용되지 않는 유휴 자원을 여러 가상 머신에 할당하여 전체 사용률을 극대화함.
비용 절감	필요한 물리 장비의 수가 줄어들어 초기 도입 비용, 상면 비용, 전력 및 유지보수 비용을 절감할 수 있음.
격리 및 보안 강화	각 가상 머신은 논리적으로 완전히 격리되어, 하나의 VM에서 발생한 오류나 보안 문제가 다른 VM에 영향을 주지 않음.
유연한 배포와 관리	개발 및 테스트 환경을 쉽게 복제하고 배포할 수 있으며, 시스템 마이그레이션이 용이함.
신속한 복구	특정 시점의 VM 상태를 저장하는 '스냅샷' 기능을 통해 문제 발생 시 빠르게 이전 상태로 롤백할 수 있음.

3. 하이퍼바이저(Hypervisor)

정의: 가상 머신(VM)을 생성하고 관리하는 핵심 소프트웨어 계층. VMM(Virtual Machine Monitor)이라고도 불린다.
역할:
- 물리 하드웨어 자원을 가상 머신에 할당하고 제어함.
- 각 VM이 독립된 하드웨어를 사용하는 것처럼 CPU, 메모리, 저장소 등의 가상 리소스를 제공함.

4. 하이퍼바이저 유형

Type 1: 네이티브 (Bare-metal) 하이퍼바이저

정의: 별도의 호스트 운영체제(OS) 없이 하드웨어 위에 직접 설치되어 실행되는 하이퍼바이저.
구조: 하드웨어 → 하이퍼바이저 → VM
특징:
- 직접적인 하드웨어 제어: 하이퍼바이저가 직접 드라이버 호출, 메모리 접근, CPU 스케줄링을 담당하여 자원을 효율적으로 사용.
- 우수한 성능: 호스트 OS를 거치지 않으므로 오버헤드가 적고 더 빠르며 안정적임.
- 높은 보안성: 범용 OS가 없어 공격 표면이 상대적으로 적고, OS 레벨의 일반적인 취약점에서 자유로움.
- 서버 환경에 적합: 기업의 데이터센터나 클라우드 인프라 구축에 주로 사용됨.
대표 예시: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Xen, KVM

Type 2: 호스티드 (Hosted) 하이퍼바이저

정의: 윈도우, macOS, 리눅스 등 기존의 운영체제(OS) 위에 애플리케이션처럼 설치되는 하이퍼바이저.
구조: 하드웨어 → 호스트 OS → 하이퍼바이저 App → VM
특징:
- 쉬운 사용법: 일반 애플리케이션처럼 설치하고 사용할 수 있어 편리함.
- 성능 제약: 호스트 OS를 거쳐 하드웨어에 접근하므로 지연과 오버헤드가 발생하며, 호스트 OS가 자원 우선순위를 가져갈 수 있음.
- 보안 의존성: 호스트 OS의 보안 상태에 직접적인 영향을 받음.
- 개인용 환경에 적합: 개발, 테스트, 학습 등 개인용 데스크탑 환경에서 주로 사용됨.
대표 예시: Oracle VirtualBox, VMware Workstation/Fusion, Parallels (Mac)

타입별 비교

항목	Type 1 (네이티브)	Type 2 (호스티드)
설치 위치	하드웨어 위	호스트 OS 위
성능	매우 높음	상대적으로 낮음
보안	높음	호스트 OS에 의존
주요 사용 환경	서버, 클라우드 데이터센터	개인용 PC, 개발/테스트
예시	VMware ESXi, Hyper-V, KVM	VirtualBox, VMware Workstation

5. 가상화의 종류

무엇을 추상화하고 분리하느냐에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

하드웨어 가상화

개념: 하나의 물리 서버를 여러 개인 것처럼 나누어 사용하는 가장 일반적인 가상화.
목적: 서버와 같은 고성능 장비의 유휴 자원을 효율적으로 활용하기 위해 CPU, 메모리 등을 여러 VM에 할당.
기술: 하이퍼바이저(VMware ESXi, KVM 등)가 물리 자원을 가상 머신에 할당하여 여러 OS가 동시에 실행되도록 함.

OS 수준 가상화 (컨테이너)

개념: 하나의 OS 내에 여러 독립적인 실행 환경을 구현.
목적: 무거운 VM보다 가볍고 빠르게 애플리케이션 환경을 구성하고 배포하기 위해 사용.
기술: 호스트 OS의 커널은 공유하되, 격리된 사용자 공간(컨테이너)을 만들어 애플리케이션을 운영. (예: Docker, Podman, LXC)

데스크탑 가상화 (VDI)

개념: 개인의 데스크탑 환경 전체를 중앙 서버에서 실행하고, 사용자는 네트워크를 통해 원격으로 접속.
목적: 중앙에서 사용자 환경을 관리하여 보안을 강화하고, 장소에 구애받지 않는 원격 근무 환경을 제공하기 위해 사용.
기술: VDI (Virtual Desktop Infrastructure) 솔루션 (예: Citrix, VMware Horizon)

스토리지 가상화

개념: 여러 개의 물리적 저장 장치를 논리적으로 통합하여 하나의 큰 저장소처럼 보이게 만듦.
목적: 저장 공간을 효율적으로 관리하고, 데이터 보호 및 장애 시 빠른 대처를 위해 사용.
기술: SAN/NAS 장치 등을 가상 볼륨, 스토리지 풀 등으로 통합 관리. (예: RAID, LVM)

네트워크 가상화

개념: 물리적 네트워크 장비(스위치, 라우터)를 소프트웨어적으로 구현하여 논리적인 네트워크를 구성.
목적: 물리적 케이블링 없이도 복잡한 네트워크를 유연하게 구성하고, 서비스 간 네트워크를 격리하여 보안을 강화.
기술: SDN(Software-Defined Networking), NFV(Network Functions Virtualization) (예: VLAN, VMware NSX, AWS VPC)

6. 컨테이너(Container) vs 가상 머신(VM)

컨테이너란?

정의: 애플리케이션과 그 실행에 필요한 모든 환경(라이브러리, 종속성 등)을 함께 패키징하여, 호스트 OS의 커널을 공유하며 격리된 프로세스 환경에서 실행하는 기술.

컨테이너의 등장 배경

기존 하드웨어 가상화(VM)는 뛰어난 격리성을 제공했지만 다음과 같은 한계가 있었다.

무거움: 각 VM은 독립된 Guest OS 전체를 포함하므로 용량이 큼.
느린 속도: OS 부팅 과정이 필요해 VM 하나를 시작하는 데 수 분이 걸릴 수 있음.
자원 비효율성: 여러 VM에서 비슷한 커널과 시스템 프로세스가 중복 실행되어 메모리와 CPU 자원을 낭비.
낮은 이식성: VM 이미지는 크고 특정 하이퍼바이저에 종속될 수 있어 이동이 번거로움.

컨테이너는 이러한 문제를 해결하기 위해 등장했다. OS 전체를 가상화하는 대신, 호스트 OS의 커널은 공유하면서 애플리케이션과 필요한 라이브러리만 격리하여 패키징한다. 그 결과, 훨씬 가볍고 빠르며 높은 이식성을 갖게 되었다.

오케스트레이션 (Orchestration)

수십, 수백 개의 컨테이너를 효율적으로 관리하기 위해 등장한 기술. 마치 오케스트라의 '지휘자'처럼 여러 컨테이너를 자동으로 배치, 확장, 복구, 네트워킹하는 역할을 한다.

주요 기능: 스케줄링, 서비스 디스커버리, 로드 밸런싱, 자가 복구(Self-healing), 스케일링
대표 기술: Kubernetes, Docker Swarm, Nomad

비교표: VM vs 컨테이너

항목	가상 머신 (VM)	컨테이너
부팅 시간	수 분	수 초
크기/무게	무거움 (GB 단위, OS 전체 포함)	가벼움 (MB 단위, OS 미포함)
자원 사용	높음 (각 VM이 OS 자원 점유)	낮음 (호스트 OS 커널 공유)
격리 수준	하드웨어 수준의 완전한 격리 (하이퍼바이저)	프로세스 수준의 격리 (커널 공유)
실행 단위	OS + 애플리케이션	애플리케이션
이식성	상대적으로 낮음	매우 높음
주요 기술	하이퍼바이저 (KVM, ESXi)	컨테이너 런타임 (Docker, containerd)
사용 예	보안이 중요한 금융권, 레거시 시스템 운영	마이크로서비스 아키텍처, CI/CD 파이프라인

VM 비유: 독립된 주택. 각자 상하수도, 전기(OS)를 개별적으로 사용. 보안은 뛰어나지만 짓는 데 오래 걸리고 비용이 많이 듦.
컨테이너 비유: 오피스텔. 건물 전체의 상하수도, 전기(커널)는 공유하고, 각 세대는 독립된 공간을 가짐. 빠르고 효율적으로 입주 가능.

7. 가상화 기술의 통합과 활용: 클라우드와 DevOps

가상화 기술은 단독으로 쓰이기보다, 클라우드 인프라나 DevOps 환경에서 서로 통합되어 강력한 시너지를 낸다.

Kubernetes 환경
- 컨테이너 가상화: Docker 또는 CRI-O로 애플리케이션 실행
- 네트워크 가상화: CNI 플러그인(Calico, Flannel)을 통해 가상 네트워크 자동 구성
- 스토리지 가상화: CSI를 통해 외부 스토리지(Ceph, AWS EBS)를 동적으로 연결
AWS 클라우드 환경
- EC2 인스턴스 (하드웨어 가상화) 위에 ECS/EKS (컨테이너 오케스트레이션)를 통해 컨테이너 기반 서비스를 운영하고, EBS (스토리지 가상화)와 VPC (네트워크 가상화)를 결합하여 완전한 인프라를 구성.
VMware vSphere 환경
- 물리 서버 위에 ESXi (Type 1 하이퍼바이저)로 VM을 구성하고, vSAN (스토리지 가상화)과 NSX (네트워크 가상화)를 결합하여 소프트웨어 정의 데이터센터(SDDC)를 구현.

8. 용어 정리

DevOps (데브옵스)

정의: Development(개발)와 Operations(운영)의 합성어. 개발팀과 운영팀이 긴밀하게 협업하여 소프트웨어 개발부터 배포, 운영까지의 전체 생명주기를 자동화하고 가속화하는 문화이자 방법론.
핵심 가치: 지속적 통합(CI), 지속적 배포/딜리버리(CD), 자동화, 협업, 모니터링 및 피드백.

DevOps 관련 주요 도구

코드 관리: Git, GitHub, GitLab
CI/CD: Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions
컨테이너화: Docker, Podman
오케스트레이션: Kubernetes
인프라 관리 자동화 (IaC): Terraform, Ansible
모니터링: Prometheus, Grafana, ELK Stack

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