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가상화와 KVM

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1. 가상화(Virtualization)란?

하나의 물리적 하드웨어 자원을 논리적으로 분할
여러 개의 독립적인 실행 환경(=가상머신) 을 동시에 운영하는 기술

  • 물리 서버 1대를 여러 대의 서버처럼 사용
  • 각 서버 → 독립적 OS와 애플리케이션 실행
  • 등장 배경 → 하드웨어 효율적으로 사용하기 위한 기술

2. 가상화 핵심 개념

0. 물리 머신 vs 가상 머신

  • Host (호스트) → 실제 하드웨어 설치된 물리 서버
  • Guest (게스트) → 가상화 기술로 만든 논리적 서버
  • VM (Virtual Machine) → Guest OS + 가상 하드웨어

1. 하이퍼바이저 (Hypervisor)

  • 물리 하드웨어와 가상 머신 사이에서 자원을 중재 (소프트웨어 계층)

  • 역할

    • CPU 스케줄링
    • 메모리 할당
    • 디스크 I/O 중재
    • 네트워크 가상화

  • 유형

    1. Type 1 (Bare-metal Hypervisor)
      • 특징
        • OS 없이 하드웨어 위에 직접 설치
        • 성능 우수
        • 안정성 높음
        • 서버/클라우드 환경에 사용
      • ex)
        • KVM (Linux Kernel 기반)
        • Xen
        • ESXi
      • 구조 
        [ Hardware ]  
      ↓     
[ Hypervisor ]  
      ↓    
[ VM1 | VM2 | VM3 ]
    2. Type 2 (Hosted Hypervisor)
      • 특징
        • 일반 OS 위에서 실행
        • 설치 간편
        • 성능은 Type 1보다 낮음
        • 개발/테스트/교육용
      • ex)
        • VirtualBox
        • VMware Workstation
      • 구조 
        [ Hardware ]  
     ↓    
[ Host OS ]   
     ↓    
[ Hypervisor ]  
     ↓   
[ VM ]

2. 가상 머신 내부 구조

가상 하드웨어 (구성 요소)

  • vCPU - 물리 CPU 논리적 분할
  • vMemory - 실제 RAM 일부를 할당
  • vDisk - 파일 형태 디스크
  • vNIC - 가상 네트워크 인터페이스

실제 하드웨어 접근 → 모두 하이퍼바이저를 통해 간접 처리

3. 전가상화 vs 반가상화

3-1. 전가상화 (Full Virtualization)

  • Guest OS 수정 X
  • 실제 하드웨어처럼 완전한 가상 환경 제공
  • 성능 오버헤드 존재
  • ex)
    • 초기 VMware
    • QEMU

3-2. 반가상화 (Paravirtualization)

  • Guest OS 수정 O
  • 하이퍼바이저와 직접 통신
  • 성능 향상
  • ex)
    • Xen Paravirtualized Mode

3. KVM (Kernel-based Virtual Machine)

KVM 기본 동작 방식

  1. Guest OS 수정 필요 X

    • Linux, Windows, BSD 등 기존 OS 그대로 실행
    • 커널 패치 X → 전가상화의 핵심

  2. CPU 하드웨어 가상화 기능 사용

    • ex)
      • Intel VT-x
      • AMD-V
    • CPU가 게스트의 특권 명령어 직접 처리
    • 하이퍼바이저가 완전한 가상 하드웨어 제공

KVM 은 전가상화

전가상화 이면서 반가상화 인 이유

  • Virtio 드라이버
    • KVM에서 성능향상을 위해 반가상화 드라이버 사용
    • 디스크, 네트워크, 메모리 I/O용 반가상화 장치 드라이버
    • Guest OS 내부에 드라이버 설치 O
    • 하이퍼바이저와 직접 통신 경로 제공

가상화 방식 vs 성능 최적화 방식

  • 가상화 방식 → VM을 어떻게 실행시키는가
  • I/O 처리 방식 → VM이 하드웨어를 어떻게 쓰는가
    KVM은 둘을 혼합해서 사용

KVM

  • 전가상화
  • Guest OS 수정 불필요
  • CPU 가상화 → VT-x / AMD-V
  • I/O 최적화 → Virtio (반가상화 드라이버)

Note

KVM 은 전가상화 하이퍼바이저
디스크·네트워크 성능 향상을 위해 반가상화 드라이버 함께 사용

그래프 뷰

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