🖥️가상화란

🖥️ 가상화란 무엇일까?

오늘은 가상화에 대해 알아보자!

가상화는 AWS를 포함한 클라우드 환경을 이해할 때 꼭 알아두면 좋은 개념이야.
클라우드 자체가 가상화 기술을 기반으로 동작하기 때문이야.

이전 클라우드 용어 정리에서도 가상화를 잠깐 다뤘는데, 이번에는 조금 더 자세히 복기해보려고 해.

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🖥️ 가상화

가상화란 하나의 물리적인 컴퓨터 자원을 여러 개의 가상 컴퓨터처럼 나누어 사용할 수 있게 해주는 기술을 말해.

이때 만들어지는 가상 컴퓨터를 보통 가상 머신(VM, Virtual Machine)이라고 해.

예를 들어 서버 자원이 이렇게 각각 따로 사용되고 있다고 해보자.

🛠️ 빌드 서버  🟦🟦🟦⬜⬜⬜⬜⬜⬜⬜ 30%
🌐 웹 서버    🟩🟩🟩🟩🟩⬜⬜⬜⬜⬜ 50%
📮 메일 서버  🟨⬜⬜⬜⬜⬜⬜⬜⬜⬜ 10%

가상화를 사용하면 하나의 서버 안에서 여러 서버 환경을 나누어 사용할 수 있어.

🖥️ 통합 서버  🟦🟦🟦🟩🟩🟩🟩🟩🟨⬜

즉, 하나의 물리 서버 안에 각각 독립된 공간을 만들어 여러 서버처럼 운영할 수 있다는 뜻이야.

클라우드는 결국 이런 가상화된 서버 환경을 필요한 만큼 빌려 쓰는 것이라고 볼 수 있어.

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🗺️ 배경 지식

가상화를 이해하기 전에 몇 가지 배경 지식을 먼저 알고 가자!

⚙️ 운영체제란?

운영체제, 즉 OS는 하드웨어 자원과 소프트웨어 자원을 관리하는 프로그램이야.

우리가 흔히 알고 있는 운영체제로는 Windows, Linux, macOS, Android 등이 있어.

그런데 OS는 일반적인 프로그램과 조금 달라.
바로 특권 명령을 사용할 수 있기 때문이야.

🔐 특권 명령이란?

특권 명령은 CPU, 메모리, 하드디스크 같은 시스템 자원과 직접 소통할 수 있는 명령을 말해.

이 특권 명령은 아무 프로그램이나 사용할 수 있는 게 아니야.
운영체제, 정확히는 커널(Kernel)만 사용할 수 있어.

애플리케이션 구조

그래서 일반 애플리케이션은 하드웨어와 직접 소통할 수 없어.

대신 OS에게 요청을 보내야 해.

예를 들어 애플리케이션이 “메모리를 사용하고 싶어요”, “파일을 저장하고 싶어요”라고 요청하면,
OS가 그 요청을 받아 하드웨어 자원을 관리하고 처리해주는 구조야.

즉, 우리가 하나의 컴퓨터에서 여러 프로그램을 동시에 실행할 수 있는 이유도
OS가 CPU, 메모리, 디스크 같은 자원을 적절히 나누어 관리해주기 때문이야.

애플리케이션 → OS에게 요청(System Call) → OS가 하드웨어 사용을 허락하고 처리

🧱 Bare Metal 구조

가상화가 등장하기 전에는 하나의 하드웨어 시스템에 보통 하나의 OS만 직접 설치해서 사용했어.

이렇게 하드웨어 위에 OS가 직접 설치된 환경을 Bare Metal이라고 해.

📱 애플리케이션
⚙️ 운영체제(OS)
🖥️ 하드웨어

이 구조에서는 OS 위에 여러 애플리케이션을 실행할 수는 있지만,
하나의 물리 하드웨어 위에 여러 OS를 동시에 독립적으로 실행하기는 어려웠어.

가상화는 바로 이 한계를 해결하기 위해 등장한 기술이라고 볼 수 있어.

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📜 가상화의 역사

가상화 기술은 처음부터 지금처럼 빠르고 효율적이지 않았어.
조금씩 발전하면서 현재의 클라우드 환경을 가능하게 만들었어.

1️⃣ 1세대 가상화: 완전 가상화 (Fully Emulated)

초기 가상화 방식은 모든 시스템 요소를 소프트웨어로 흉내 내는 방식이었어.

여기서 에뮬레이터는 실제 장치가 있는 것처럼 가짜 환경을 만들어주는 프로그램이야.

즉 CPU, 하드디스크, 메인보드 같은 요소를 전부 소프트웨어로 구현하고,
그 안에 Guest OS를 설치해서 실행하는 방식이야.

가상화된 환경 안의 Guest OS 입장에서는 CPU나 하드디스크가 실제로 존재하는 것처럼 보이지만,
사실은 프로그램이 만들어낸 가상의 환경 안에서 동작하는 거야.

하지만 이 방식은 매우 느렸어.

왜냐하면 하드웨어의 도움을 직접 받지 못하고,
모든 동작을 소프트웨어적으로 흉내 내야 했기 때문이야.

2️⃣ 2세대 가상화: 반가상화 (Paravirtualization)

다음으로 등장한 방식이 반가상화(Paravirtualization)야.

반가상화에서는 Guest OS가 하이퍼바이저와 직접 통신해.

여기서 하이퍼바이저(Hypervisor)는 OS와 하드웨어 사이에서 가상화 환경을 관리해주는 일종의 가상화 매니저야.

1세대처럼 모든 것을 소프트웨어로 흉내 내는 것이 아니라,
일부 작업은 하이퍼바이저가 하드웨어와 직접 소통하며 처리해줘.

덕분에 1세대 방식보다 속도가 빨라졌어.

하지만 여전히 일부 요소는 에뮬레이션이 필요했기 때문에
완전히 빠르다고 보기는 어려웠어.

반가상화는 실제 하드웨어와 완전히 똑같지는 않지만, 비슷한 인터페이스를 Guest OS에 제공하는 가상화 기술이야.

3️⃣ 3세대 가상화: HVM

이후 등장한 방식이 HVM(Hardware Virtual Machine)이야.

HVM은 하드웨어 자체에서 가상화를 지원하는 방식이야.
즉, CPU 같은 하드웨어가 가상화 기능을 직접 제공해줘.

덕분에 Guest OS가 하드웨어의 도움을 더 직접적으로 받을 수 있고,
성능도 실제 물리 서버에 가까운 수준으로 빨라졌어.

이런 성능을 보통 Near Bare Metal이라고 표현해.

AWS를 공부하다 보면 HVM이라는 표현을 자주 보게 될 텐데,
이런 가상화 방식과 관련된 개념이라고 보면 돼.

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☁️ 가상화와 클라우드

AWS 같은 클라우드 환경에서 리소스를 작은 단위로 빠르게 만들고 사용할 수 있는 이유는 바로 가상화 덕분이야.

AWS가 사용자 한 명 한 명에게 물리 컴퓨터를 직접 나눠주는 것이 아니라,
이미 구축된 물리 서버의 자원을 가상화해서 필요한 만큼 할당해주는 방식이야.

예를 들어 사용자가 EC2 인스턴스를 생성하면,
AWS는 실제 물리 서버 위에 가상화된 컴퓨팅 환경을 만들어 제공해줘.

그래서 우리는 몇 번의 클릭만으로 서버를 만들고, 삭제하고, 확장할 수 있는 거야.

결국 클라우드는 가상화 기술을 바탕으로 서버 자원을 유연하게 빌려 쓰는 환경이라고 볼 수 있어.

결국 가상화 없이는 클라우드 환경이 존재할 수 없다는거지.

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강의 : https://www.youtube.com/watch?v=PXKoETsx36k&list=PLfth0bK2MgIYuFahPhXTpTomkwVx5Fl-v&index=11