하이퍼바이저란 무엇입니까? 정의 | 종류 | 예

하이퍼바이저는 상당히 오래된 기술이지만 여전히 가상화를 가능하게 하는 데 매우 적합합니다. 완전한 가상화를 제공하는 최초의 하이퍼바이저는 1967년에 IBM에 의해 개발되었습니다. 이들은 IBM의 CP/CMS 운영 체제용 테스트 도구(이름:SIMMON)로 개발되었습니다.

그러나 가상화란 정확히 무엇입니까? 간단히 말해서 가상화는 고정된 양의 스토리지, 네트워킹 및 계산 리소스를 사용하는 소프트웨어 기반(또는 가상) 버전을 만드는 프로세스입니다. 기본 하드웨어를 분할하고 각 파티션을 자체 운영 체제가 있는 별도의 격리된 가상 머신으로 실행하여 작동합니다.

이제 하이퍼바이저가 필요한 곳입니다. 하이퍼바이저는 가상화 프로세스를 실현 가능하게 만듭니다. 이 개요 기사에서는 다양한 유형의 하이퍼바이저와 작동 방식에 대해 설명했습니다. 기본적인 질문부터 시작하겠습니다.

하이퍼바이저란 무엇입니까?

정의: 하이퍼바이저는 가상 머신을 생성한 다음 리소스를 효율적으로 관리하고 할당하는 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어입니다. 각 가상 머신은 자체 운영 체제와 애플리케이션을 실행할 수 있습니다.

하이퍼바이저가 설치된 컴퓨터를 호스트 머신이라고 하고 모든 가상 머신을 게스트 머신이라고 합니다. 하이퍼바이저를 사용하면 호스트 시스템의 리소스를 쉽게 분할하고 개별 게스트 시스템에 할당할 수 있습니다. 또한 단일 컴퓨터 하드웨어에서 게스트 운영 체제 및 응용 프로그램의 실행을 관리할 수 있습니다.

Linux 운영 체제에서 실행되는 16GB RAM 및 500GB 스토리지가 있는 PC가 있고 macOS가 필요한 응용 프로그램을 실행하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 macOS를 실행하는 가상 머신을 생성한 다음 하이퍼바이저를 사용하여 리소스를 관리할 수 있습니다. 예를 들어 4GB의 RAM과 100GB의 스토리지를 할당할 수 있습니다.

게스트 머신의 관점에서 보면 물리적 환경과 가상화 환경 간에 차이가 없습니다. 가상 머신은 하이퍼바이저에 의해 생성되고 사용 가능한 리소스를 공유하고 있다는 사실을 모릅니다. 전원을 공급하는 하드웨어에서 동시에 실행됩니다. 따라서 하드웨어의 안정적인 작동에 전적으로 의존합니다.

Hypervisor는 반세기 이상 존재했지만 최근 몇 년 동안 클라우드 컴퓨팅에 대한 수요가 증가하면서 그 중요성이 더욱 분명해졌습니다.

하이퍼바이저의 유형

1970년대 중반부터 가상화를 구현하기 위해 두 가지 유형의 하이퍼바이저가 사용되었습니다.

유형 1 / 베어메탈 / 기본 하이퍼바이저

Type-1 하이퍼바이저는 호스트의 하드웨어에서 직접 실행됩니다. 기본 하드웨어에 직접 액세스할 수 있고 운영 체제 계층을 거칠 필요가 없기 때문에 베어메탈 하이퍼바이저라고도 합니다.

다른 유형의 (Type-2) 하이퍼바이저보다 성능이 더 좋고 효율적으로 실행되며 더 안전합니다. 이것이 대규모 조직과 기업이 데이터 센터 컴퓨팅 작업에 베어메탈 하이퍼바이저를 선호하는 이유입니다.

대부분의 Type-1 하이퍼바이저는 관리자가 애플리케이션의 우선 순위에 따라 리소스를 수동으로 할당할 수 있도록 허용하지만 일부는 동적 리소스 할당 및 관리 옵션을 제공합니다.

테스트 소프트웨어 SIMMON과 같은 초기 하이퍼바이저는 유형 1 하이퍼바이저였습니다.

현대의 예: VMware ESXi, Nutanix AHV, x86용 Oracle VM 서버, Microsoft Hyper-V.

유형 2/호스팅된 하이퍼바이저

모든 컴퓨터 프로그램과 마찬가지로 Type-2 하이퍼바이저는 운영 체제에서 실행됩니다. 따라서 기본 하드웨어와 소프트웨어 모두에 의존합니다. 게스트 운영 체제는 호스트 운영 체제 위에 구축됩니다.

이러한 하이퍼바이저를 사용하면 여러 가상 머신을 생성할 수 있지만 호스트 하드웨어와 해당 리소스에 직접 액세스할 수는 없습니다. 사전 설치된 운영 체제는 네트워크, 메모리 및 스토리지 할당을 제어합니다. 이것은 하이퍼바이저가 중요한 결정을 내리는 것을 제한하고 일정량의 대기 시간을 추가합니다.

그러나 설정 및 관리가 쉽습니다. 전용 관리자가 필요하지 않으며 다양한 하드웨어와 호환됩니다. 대부분의 개발자는 테스트 목적으로 사용합니다.

예: VMware Workstation, VirtualBox, QEMU, VMware Player, VMware Fusion 및 Parallels Desktop for Mac.

장점

휴대성: 하이퍼바이저는 호스트 시스템과 독립적으로 여러 게스트(가상) 시스템을 실행할 수 있으며 각 게스트 시스템은 서로 다른 운영 체제를 가질 수 있습니다.

승인된 사용자는 요구 사항에 따라 여러 게스트 시스템에 워크로드를 이동하고 메모리, 스토리지 및 컴퓨팅 리소스를 할당할 수 있습니다. 특정 애플리케이션에 더 많은 전력이 필요할 때 사용자는 하이퍼바이저를 통해 호스트 시스템에서 추가 리소스를 부여할 수 있습니다.

비용 효율성: 하이퍼바이저를 설치하지 않으면 다른 응용 프로그램을 실행하거나 테스트하기 위해 다른 물리적 하드웨어를 구입해야 할 수 있습니다. 그러나 하이퍼바이저를 사용하면 하나의 강력한 물리적 시스템에 다양한 운영 체제의 여러 인스턴스를 설정할 수 있습니다. 또한 컴퓨팅 리소스 비용과 전력 소비를 크게 줄입니다.

유연성: 하이퍼바이저는 기본 하드웨어에서 운영 체제를 격리하므로 연결된 응용 프로그램은 더 이상 특정 하드웨어 드라이버에 의존하지 않습니다. 이를 통해 전체 시스템을 보다 유연하게 다양한 소프트웨어를 실행할 수 있습니다.

보안: 각 게스트의 격리는 한 게스트의 문제가 다른 게스트에게 영향을 미치지 않는다는 것을 의미합니다. 예를 들어 악성 프로그램이 가상 시스템의 모든 파일을 손상시키는 경우 다른 시스템의 파일과 애플리케이션은 영향을 덜 받습니다.

시스템 백업 및 복구: 가상 머신은 파일이며 기존 파일과 마찬가지로 복사 및 복원할 수 있습니다. 하이퍼바이저 기반 복제는 가상 머신의 다른 복제 기술보다 쉽고 비용 효율적입니다. 또한 하드웨어가 자연스럽기 때문에 중복 파일을 모든 저장 장치에 쉽게 저장할 수 있습니다.

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단점

저하된 성능: 리소스는 가상 환경에서 공유되기 때문에(게스트는 서로 격리된 상태로 유지됨) 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

때로는 근본적인 근본 원인이 숨겨져 있습니다. 예를 들어, 한 프로그램의 부하가 최대 하드웨어 할당에 도달하는 지점까지 증가하면 게스트 시스템이 중단되거나 동일한 호스트 시스템에서 실행 중인 다른 게스트의 리소스를 가져오기 시작합니다. 이로 인해 하드웨어 부족이 발생하여 다른 활성 애플리케이션의 응답성에 영향을 미칩니다.

위험: 모든 계란을 한 바구니에 보관하기 때문에 가상화에는 위험이 따릅니다. 호스트 시스템이 실패하면 모든 게스트 시스템도 실패합니다. 이러한 종류의 위험을 '단일 실패 지점'이라고 합니다.

복잡성 증가: 여러 가상 머신을 관리하는 것은 물리적 머신을 관리하는 것보다 더 복잡합니다. 일부 하이퍼바이저는 학습 곡선이 가파릅니다. 그리고 가상화가 대중화됨에 따라 더 많은 새로운 기술이 필요합니다.

가정용 컴퓨터에서 가상화 구현

2000년대 중반에 마이크로프로세서 제조업체는 AMD-V 및 Intel VT-x와 같은 제품에 하드웨어 가상화 지원을 추가하기 시작했습니다. 이후 프로세서 모델에서는 상당한 속도 향상을 가능하게 하는 더 많은 하드웨어 지원을 통합했습니다. 2019년 현재 모든 최신 Intel 및 AMD 프로세서는 가상 머신 기능을 지원합니다.

하이퍼바이저는 현대 임베디드 시스템에서도 자리를 잡고 있습니다. 이들은 대부분 특정 요구 사항으로 설계된 Type-1 하이퍼바이저입니다. 컴퓨터 하드웨어와 달리 임베디드 시스템은 광범위한 아키텍처와 덜 표준화된 환경을 사용합니다.

이러한 시스템의 가상화는 효율성, 고대역폭 통신 채널, 격리, 보안 및 실시간 기능을 향상시킵니다. 예를 들어 OKL4는 x86 및 ARM을 포함한 다양한 아키텍처를 지원합니다. 베이스밴드 운영 체제 및 가상 운영 체제 호스팅을 위해 20억 개 이상의 휴대전화에 배포되었습니다.

보안

보안은 가상화 기술에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 공격자가 하이퍼바이저에 대한 무단 액세스를 획득하면 공유 하드웨어 캐시 또는 기타 취약성을 악용하여 호스트 소프트웨어의 모든 게스트 시스템에 액세스할 수 있습니다. 이러한 유형의 공격을 하이퍼재킹이라고 합니다.

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그러나 최신 하이퍼바이저는 강력하고 잘 보호됩니다. 작은 해킹에 대한 몇 가지 뉴스가 있었지만 '개념 증명' 테스트 외에는 아직까지 주요 하이퍼재킹이 보고되지 않았습니다.