가상화 컴퓨팅 기술

클라우드를 실혀하는 기술들

• 가상화기술–서버같은하드웨어리소스( 예: CPU, 메모리, 스토리지)를논리적으로 다룰수있게만드는기술

• 분산처리기술–대량의데이터를여러서버에분산하여동시에별롤로빠르고 효율적으로처리하는기술

• 컨테이너–하나의OS 환경에서, App을실행하기위한영역( 이사용자공간을 컨테이너라고부름)을여러개로나누어사용할수있음

• 저장기술–대량데이터의집계, 상품거래, 빅데이터분석등특성별로RDB 나 NoSQL로 대표되는 다양한데이터베이스기술

 

가상화 기술

- 가상화(Virtualization) 라고 하는 것은 실체적인 컴퓨터 시스템의 가상 버전을 만드는 것을의 미

- 서버가상화는 물리적인서버 리소스로에 여러개의 서버환경을할당하여 각각의환경에 OS와App를실행 할수있도록함

- 하나의장치를 여러개로 나눠동작시키거나 여러개의장치를묶어 하나의장치인것처럼 사용자에게공 유자원으로제공

it 자원의 가상 인스턴스를 만드는데 사용되는 기술 플랫폼

-가상서버에는 cpu, 메모리,스토리지 ,네트워크 등이 에뮬레이트 되므로 물리서버처럼 사용가능

각각의 가상 서버는독립된 상태, 다른 가상 서버에게 영향이 미치지 않는다.

 

가상화의장단점 

장점 

-적은 컴퓨팅 리소스 하드웨어 구매로 비용절감 

-쉬운 백업과 재해복구 

-중단없는 비즈니스 

-효율적인 it운영

 

단점 

-가상화 소프트웨어및 가상화 자원 하드웨어 구매로 초기투자 비용 발생

-소프트웨어 라이선스 비용발생

-초기교육 필요 

 

분산처리 기술

-처리 부하상황에 따라 서버와 같은 리소스를 늘리거나 줄일수있음

대량의 데이터를 분산처리 하는 장치로 여러개의 서버를 결합하여 하나의 컴퓨터로 보이는 클러스터링

- 분산처리 구현 가능 소프트웨어로 오픈소스로 로‘Apache Hadoop’과 ‘Apache Spark’ 이 있다.

 

하이퍼바이저

가상머신에 물리시스템 자원에 접근을 제공하는프로그램을 하이퍼바이저 또는 vmm 이라고 한다

- 가상머신은 가상머신이 실행되고 있는 물리적 컴퓨터로 부터 분리된 또 하나의 컴퓨터  

- 시스템 가상머신(또는 하드웨어 가상머신)는 스스로의 가상기기 드라이버, 프로세서 자원할당, 가상기기 드라이버를이용한 기기 I/O를 가짐

- 하이퍼 바이저는 가상머신 모니커와 동일하게 사용된다

하이퍼바이저-Type1 vs Type2

하이퍼바이저는 베어 메탈과 호스티드로 나뉜다. 베어메탈은 물리시스템 위에 하이퍼바이저가 설치되는방식으로 네이티브형식이라고도 한다 이를 type 1 하이퍼바이저라고 한다

type 2 하이퍼바이저는 물리시스템 위에 운영체제가 올라가고 운영체제위에 하이퍼바이저가 설치되어 동작되는 방식을 말함.

 

가상화 소프트웨어 - 하이퍼바이저(호스트 시스템에서 다수의 게스트os를 구동할수있게 하는 sw)

하이퍼바이저-type1

하이퍼바이저가 물리시스템 하드웨어 직접 설치되어 실행되고 가상머신을 관리

베어메탈 하이퍼바이저라고도 한다.

타입1 하이퍼바이저 - 물리시스템 운영체제 역할을 하기 때문에 

실제 데이터 센터 타입1 하이퍼바이저가 설치되어 운영 

호스트머신에 직접 설치되기 때문에 가상머신과 호스트머신간 빠른 통신 가능

호스트머신에 직접 설치되어 운영되어 성능과 근접

하드웨어적으로 가상화를 지원해야함

 

하이퍼바이저-Type2

가상머신을 단일 물리시스템에 설치되어 운영하는데 있어 편리

중간에 호스트 머신의 운영체제가 동작하고있기 때문에 호스트머신의 하드웨어를 직접 접근할수없음, 따라서 오버헤드가 많이 발생할수밖에 없는 구조다

전가상화vs 반가상화

가상화는크게2가지타입인전가상화(full virtualization)과 반가상화(para virtualization)으로 나눌 수 있다.

 

게스트 운영체제의 수정여부에 따라 

① 전가상화(Full Virtualization) : 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 자원 전체를 완전하게 가상화 하는 방식

• 게스트OS 수정없이구동가능 • 전가상화환경에서동작하는게스트OS는자신이물리시스템에서동작하는것과동일하게하드웨어와관련된명령어 를직접요청하게된다. 이떄문에게스트OS가하드웨어에직접요청하는명령을하이퍼바이저가적절하게수행해주 어야한다

 

전가상화

• 게스트운영체제(OS)의수정여부에따라

① 전가상화(Full Virtualization) : 가상머신에 설치되는 게스트 OS 수정없이 구동되어 완전히 독립된 분리 상태로 동작

• 전가상화를구현하는방법으로2가지가있다.

• 1. 소프트웨어기반의전가상화(software assisted full virtualization)

• 2. 하드웨어지원기반의전가상화(hardware assisted full virtualization

 

① 전가상화(Full Virtualization) : 가상머신에 설치되는 게스트 OS 수정없이 구동되어 완전히 독립된 분리 상태로 동작 1. 소프트웨어기반의전가상화(software assisted full virtualization)

I. 가상머신에설치된게스트OS로부터요청이오면하이퍼바이저는요청을소프트웨어적으로처리하는데이를 바이너리트랜슬레이션(binary translation)이라고 한다.

II.바이너리트랜슬레이션은VMWare가개발한방법인데, 중간에위치한하이퍼바이저가CPU가인식할수있는 명령으로변경해야하므로오버헤드가발생하고구현이까다롭다는단점이있다.

III. 이런단점을극복하고자게스트OS를수정한하이퍼콜(hyper-call) 방식이제안되었는데그것이반가상화의개 념이다

 

• 게스트운영체제(OS)의수정여부에따라

① 전가상화(Full Virtualization) : 가상머신에 설치되는 게스트 OS 수정없이 구동되어 완전히 독립된 분리 상태로 동작 2. 하드웨어기반의전가상화(hardware assisted full virtualization)

I. 소프트웨어기반의전가상화에서발생하는오버헤드문제를해결하고자CPU 벤더들은가상화를지원하는새 로운기능이탑재된하드웨오를출시하기시작하였다.

II. 하드웨어기반전가상화는바이너리트랜슬레이션을제거하고가상화기술(virtualization technology ,VT) 이 구 현된하드웨어가직접수행하도록하였다.

III. 인텔은VT-x AMD는 AMD-V 기술로 가상화 기술이구현되어탑재되어있다.

IV. 바이너리트랜슬레이션없이가상화기술을통해하드웨어를직접제어한다

②반가상화(Para Virtualization) : 게스트 OS를 소프트웨어적으로 수정한 것

• 게스트OS와하이퍼바이저간통신방식이바이너리트랜슬레이션을사용할경우어버헤드가많이발생하므로이런소 프트웨어적전가상화의단점을보완하기위해고안된방식

• 소프트웨어적전가상화의오버헤드를줄이기위한방식으로반가상화의게스트OS는자신이가상화환경에서동작하 는것을인지하며사용한다. 즉, 하이퍼바이저에게무엇을요청할지알고있다는의미로게스트OS와하이퍼바이저가 통신을하기위해서는게스트OS가이에맞게수정되어하이퍼바이저와통신할수있는API가추가된다.

• 소프트웨어적가상화보다성능이좋으며특정애플리케이션환경에서는하드웨어기반전가상화보다더좋은성능을 보이기도한다

하이브리드가상화

• 하이브리드가상화는반가상화(소프트웨어기반)와하드웨어기반가상화를조합한형식이다.

• 하드웨어기반의가상화는운영체제의수정이필요치않은전가상화로성능이우수하나, 특정환경에서는반가상화보다성능이 좋지않은경우가발생한다.

• 일반적으로메모리집약형작업또는빈번한I/O발생작업즉, 대규모데이터분석처리를요구하는대형데이터센터환경에서발 생하는작업일경우이슈발생

• 하드웨어기반가상화환경에반가상화의네트워트와디스크드라이버를사용함으로써I/O 집약형작업에성능문제해결