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이전 글에서 가상화와 하이퍼바이저에 대해서 알아보았다.

하이퍼바이저는 다시 가상화 방식에 따라 Full Virtualization과 Para Virtaulization으로 분류된다.

Full Virtualization (전가상화)

하드웨어를 완전히 가상화하는 방식이다. 전부 가상화하기 때문에 Guest OS가 Host 시스템과 완전히 분리되어 실행된다. 따라서 Guest OS는 자신이 VM의 OS인지 인지하지 못한다. 그러므로 Guest OS는 하이퍼바이저의 존재를 알 필요가 없다.

Hardware와 Guest OS 사이에 Hypervisor가 분명 존재하지만, VM 입장에서는 가상화된 하드웨어를 진짜(물리) 하드웨어로 생각하고 있기 때문에, 실제 물리 자원에 대해 요청을 보낸다고 생각하게 된다. 원래 system call에 의해 App → Kernel → Hardware 순서로 서비스를 요청하는데, 이 과정을 하이퍼바이저 단에서 처리해 주는 것이다. 하이퍼바이저 관리용 가상머신이 실행되며, 모든 가상머신들의 하드웨어 접근이 해당 관리 머신을 통해 이루어진다.

Hardware Assisted Full Virtualization vs Software Assisted Full Virtualization

Full Virtualization을 구현하는 방법을 하드웨어 지원 전가상화와 소프트웨어적 전가상화로 나뉜다. 사실 전가상화는 하드웨어 지원 전가상화와 동일한 개념으로 언급된다.

하드웨어 지원 전가상화의 경우, Trap과 Emulation을 이용해 Guest OS의 Application이 직접 하드웨어의 리소스를 요청해 사용하는 구조이다.

소프트웨어적 전가상화를 처리하는 경우, Binary Translation을 이용해 각 단계에서 모든 명령에 대해 일일히 가상화하는 방법으로 진행된다.

Dual-mode operation

OS는 Dual-mode operation(이중 동작 모드)라는 것을 지원한다. 사용자와 OS는 시스템 자원을 공유하는데, 사용자가 메모리 내의 주요 자원들을 망가뜨릴 수 있기 때문에 이를 보호하고자 마련된 장치이다.

이중 동작 모드는 사용자모드와 커널모드로 구성되어 있다.

사용자가 사용하는 application이 사용자모드에서 작동되거나 OS에게 system call을 하는 경우, 커널모드로 바꿔 요청된 서비스를 실행한 후에 다시 사용자모드로 전환되는 구조이다.

Trap & Emulation

일단 pass

Binary Translation

Guest OS는 다양한 종류의 OS가 올라갈 수 있기에, 가상화된 하드웨어 요청을 할 때 OS마다 인터페이스가 각기 다르다. 이런 다양한 형식을 하나의 형식으로 번역해주는 작업 Binary Translation이라고 한다. 당연히 이 과정에서도 오버헤드가 발생한다.

Para Virtualization (반가상화)

Full Virtualization의 경우 거쳐야 할 단계가 많아 오버헤드가 발생하며, 성능이 느려진다. 그래서 이를 해결하고자 Para Virtualization이 등장했다.

반가상화의 핵심은 Hypercall이다. 반가상화에 사용되는 Guest OS는 Hypercall이라는 인터페이스를 통해 하이퍼바이저에게 직접 요청을 날린다. 방식은 사실 OS에서 application이 kernel에게 system call로 서비스를 요청하는 방식과 동일하다. 요청을 날리는 주체가 Guest OS이고, 받는 대상이 하이퍼바이저라는 점이 다를 뿐이다.

전가상화에서 Guest OS는 자신이 Guest OS인지 모른다. 하지만 반가상화에서는 Guest OS가 Hypervisor에 직접 Hypercall을 날려야 되므로, 자신이 Guest OS라는 사실을 인지해야 한다. 따라서 반가상화 하이퍼바이저에 올라가는 Guest OS는 커널을 수정해, Guest용 OS를 따로 만들어야 한다.

정리

하이퍼바이저 가상화(Type1)

• 전가상화 : Guest OS의 수정이 필요없도록 하드웨어 전체를 가상화하는 기술
• 반가상화 : Guest OS를 수정하여 특정 명령이 수행될 때 Hypercall을 호출하여 하이퍼바이저가 실행되도록 하는 기술

참고링크

• https://suyeon96.tistory.com/53
• https://tech.ktcloud.com/77

가상화 (Virtualization)

가상화란?

쉽게 말하면, 물리적인 하드웨어를 논리적으로 구분하는 것

서버의 CPU와 메모리 등의 자원을 최대한 활용할 수 있는 방법을 생각했을 때, 간단하게 생각하면 동시에 여러 개의 서버를 한번에 올리면 되지 않을까 싶다. 하지만, 서로 영향을 받게 되고, 보안 문제나 서버가 다운되면 모든 서비스가 중단되는 위험이 있다. 그래서 가상화의 개념이 등장하였다.

VM과 컨테이너

가상화의 핵심은 Isolation이다. 논리적으로 격리가 제대로 이루어지면, 각각의 가상 환경에서 문제가 생겨도, 다른 영역에 영향을 미치지 않는다.

가상화는 크게 2가지 유형으로 나뉘는데, 가상머신(vm)과 컨테이너(container)이다. 클라우드 환경에서 서비스를 운영하고자 한다면 꼭 알아두어야 하는 개념이다.

가상화 관점에서 두 개의 차이점을 간단하게 설명하자면, 가상머신은 하이퍼바이저를 이용하여 리소스 전체를 가상화하는 방법이고, 컨테이너는 OS 수준에서 프로세스를 컨테이너 형태로 격리하는 방법이다.

두 방식은 차이점이 확실하여 그에 따른 장단점도 분명하기 때문에, 각각의 기술에 대한 배경과 철학을 이해하면 좋을 것이다. 이번에는 하이퍼바이저 가상화에 대해 다루어보겠다.

하이퍼바이저 (Hypervisor)

하이퍼바이저란?

가상화에서 계속 하이퍼바이저라는 단어를 언급했는데, 하이퍼바이저란 대체 무엇일까?

• 가상 머신(VM)을 생성하고 구동하는 소프트웨어
• 가상 머신 모니터(VMM)라고도 불림
• 하이퍼바이저 운영 체제와 가상 머신의 리소스를 분리해 VM의 생성과 관리를 지원함
• 서로 다른 여러 개의 운영 체제를 나란히 구동할 수 있음

아직 잘 이해가 안 된다면, Hypervisor라는 이름을 뜯어보자!

In general, operating systems are referred as supervisors.
As a hypervisor software is a supervisor of a “supervisor”, it is called hypervisor.

일반적으로 운영체제를 supervisor라고 부르는데, 하이퍼바이저는 supervisor의 supervisor라고 한다.

Type 1 vs Type 2

가상화는 크게 Type1와 Type2로 분류된다.

Type1 방식은 Native 혹은 베어메탈(Bare Metal)형 하이퍼바이저 가상화라고도 부른다. 베어메탈이란 하드웨어 상에 어떤 소프트웨어도 설치되어 있지 않은 상태이다. Type1은 베어메탈 하드웨어 위에 직접 설치되어 구동된다. ESX-i(vmware), Xen, KVM, XenServer(citrix), Hyper-V(Microsoft) 등이 있다. 하이퍼바이저는 전가상화와 반가상화로 나뉜다.

Type2 방식은 Host 가상화라고 부른다. 베어메탈 하드웨어 위에 Host OS가 설치되고, 그 위에 하이퍼바이저가 실행되는 형태이다. 테스트 환경을 구성할 때 자주 사용하는 Oracle VirtualBox나 VMware Workstation이 여기에 해당된다.

Type2 방식 Host OS라는 하나의 레이어가 더 존재하므로, 성능 면에서 Type1이 Type2보다 유리하다. 실제 IDC 클라우드화 시키는데 사용되는 하이퍼바이저도 모두 Type1 방식이다.

참고링크

• https://suyeon96.tistory.com/52

Ansible과 Vagrant는 둘 다 구성 관리 및 자동화에 사용할 수 있는 도구이지만 사용 사례 및 작동 방식 측면에서 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

Ansible

서버 및 기타 네트워크 장치를 관리하고 구성하는 데 사용할 수 있는 Python 기반의 구성 관리 및 자동화 도구

간단하게 말하면 네트워크 자동화 시스템

코드로 인프라를 구축하기 때문에 IaC(Infrastructure as Code)라고 불리기도 함

특징

• yaml 형식의 playbook를 사용해서 이해하기 쉽고 러닝 커브가 낮음
• 제어 시스템이 구성 변경 사항을 대상 시스템으로 푸시하는 푸시 기반 아키텍처를 사용
• 소프트웨어 설치, 사용자 및 그룹 관리, 서비스 설정 및 구성과 같은 작업을 자동화하는 데 사용
• 비슷한 도구 : Chef, Puppet

장점

• 에이전트가 없음. 즉, 대상 머신에 소프트웨어를 설치할 필요가 없으며 대상 머신에서 작동하려면 SSH 및 Python만 필요
• 오픈 소스 및 벤더 지원을 제공하는 대규모 커뮤니티 있음

단점

• 많은 양의 정보를 수집할 때 속도가 느려질 수 있다. (이때문에 Nornir가 개발됨)

✅  공식문서

https://www.redhat.com/ko/technologies/management/ansible/what-is-ansible

Vagrant

가상 개발 환경을 구축하고 관리하기 위한 Ruby 기반 도구

소규모 VM 세트를 일관된 생성을 자동화하는데 자주 사용되는 도구

프로비저닝(Provisioning) 도구라고 하기도 함

특징

• 생성하려는 가상 환경을 설명하는 구성 파일인 Vagrantfile을 사용
• 가상 머신이 제어 머신에서 구성을 가져오는 풀 기반 아키텍처를 사용
• 개발 및 테스트 목적으로 사용할 수 있는 가상 머신을 만들고 구성하는 데 사용
• Virtualbox, VMware 또는 Hyper-V와 같은 다양한 가상화 소프트웨어와 함께 작동
• 재현 가능하고 이식 가능한 개발 환경을 만드는 데 사용

장점

• 개발 및 테스트를 위한 표준 환경을 쉽게 만들 수 있다.
• 프로덕션 환경과 일치하는 가상 환경을 생성하여 코드를 더 쉽게 테스트하고 디버그할 수 있다.
• 개발 환경을 다른 사람과 쉽게 공유할 수 있어서 프로젝트에서 더 쉽게 협업할 수 있다.

단점

• 인프라 변경에는 적합하지 않다.

Vagrant를 왜 사용할까?

Vagrant를 사용하지 않는다면

버추얼박스에서 각각의 개별 가상머신을 생성하고 한대씩 설정을 해줘야 합니다.

Vagrant를 사용하면

Vagrantfile에서 가상머신에 대한 설정과 세팅을 미리 해놓을 수 있어

Provisioning 할 수 있습니다.

💡 Provisioning 이란?

✅  공식문서

https://developer.hashicorp.com/vagrant/downloads

정리

분류를 해보자면 Ansible은 "서버 구성 및 자동화", Vagrant는 "가상 머신 관리" 입니다.

Ansible은 서버 및 기타 네트워크 장치의 구성 및 관리를 자동화하는 데 사용할 수 있는 도구인 반면 Vagrant는 가상 개발 환경을 구축하고 관리하는 도구입니다. 또한 서로를 보완할 수 있으며 Ansible을 사용하여 기본 이미지를 프로비저닝할 수 있고 Vagrant를 사용하여 해당 이미지 위에서 테스트 및 개발할 수 있습니다.

Ansible과 Vagrant는 다른 분류여서 두개를 왜 비교를 하지? 할수도 있지만, 인프라 공부를 하면서 두 개념이 어떤 특징이 있고 어느 상황에서 쓰는건지 확실히 알고 싶어서 정리를 해보았습니다 😊

🔜 더 알아볼 내용

• Terraform

참고

https://junior-developer.tistory.com/73

https://ganbarujoy.tistory.com/27

https://www.daddyprogrammer.org/post/7369/ansible-vagrant/

https://www.techtarget.com/searchnetworking/tip/Ansible-vs-Terraform-vs-Vagrant-Whats-the-difference

특징

1. 소프트웨어 설치,사용자 및 그룹 관리, 서비스 설정 및 구성과 같은 작업을 자동화하는 데 사용할 수 있습니다.
2. 일관되고 자동화된 방식으로 많은 수의 서버 및 기타 리소스를 관리하고 구성하는 데 사용할 수 있는 클라우드 환경에서 사용하기에 특히 적합합니다.
3. YAML이라는 간단하고 읽기 쉬운 언어를 사용하며 제어 시스템이 구성 변경 사항을 대상 시스템으로 푸시하는 푸시 기반 아키텍처를 사용합니다.
4. 에이전트가 없습니다. 즉, 대상 머신에 소프트웨어를 설치할 필요가 없으며 대상 머신에서 작동하려면 SSH 및 Python만 필요합니다.

사용 예시

Ansible은 다음과 같은 작업에 사용할 수 있습니다.

• 다수의 서버에 소프트웨어 설치
• Nginx, MySQL 및 Apache와 같은 서비스 구성
• 관리 사용자 및 그룹 생성
• 관리 방화벽 규칙 생성
• 관리 클라우드 리소스(예: Amazon EC2 인스턴스) 관리
• 프로비저닝 지속적인 배포 파이프라인

정리

Ansible은 서버 및 기타 네트워크 장치 관리와 관련된 많은 작업을 자동화하는 데 사용할 수 있는 도구입니다. 특히 클라우드 환경에서 사용하기에 적합하며 단순하고 사람이 읽을 수 있는 언어 덕분에 사용하기 쉽습니다.