14. 가상머신(Virtual Machine)

• 하나의 하드웨어(CPU, Memory등) 에 다수의 운영체제를 설치하고, 개별 컴퓨터처럼 동작하도록 하는 프로그램

• 구분 기준에 따라 타입이 나뉨

  • virtual Machine type1(native 또는 bare metal)

    • 하이퍼 바이저(또는 VMM): 운영체제와 응용프로그램을 물리적 하드웨어에서 분리하는 프로세스

    • 하이퍼 바이저(또는 VMM) 라고 하는 소프트웨어가 HW에서 직접 구동

      • Xen, KVM

  • virtual Machine type2

    • 하이퍼 바이저(또는 VMM)라고 하는 소프트웨어가 HostOS 상위에 설치

      • VMWare, Parallels Desktop(Mac)

  • 전가상화(Full Virtualiztion)

    • 각 가상 머신이 하이퍼 바이저(VMM)를 통해 하드웨어와 통신

      • 하이퍼바이저가 마치 하드웨어 인것처럼 동작하므로, 가상머신의 OS는 자신이 가상머신인 상태인지를 모름.

  • 반가상화

    • 각 가상 머신에서 직접 하드웨어와 통신

      • 각 가상 머신에 설치되는 OS는 가상머신인 경우 이를 인지하고, 각 명령에 하이퍼 바이저 명령을 추가해서 하드웨어와 통신

        최근 H/W 성능 개선으로 전가상화 기술 선호

• VMWare:

  • 대중적인 가상 머신 프로그램

  • 컴퓨터 구조, 시스템프로그래밍 할 때, VMware위에 Linux 설치해서 진행했음.

• KVM

  • AWS(아마존 클라우드 컴퓨팅 서비스 등)에서 사용

  • Intel-VT등 가상화 기능을 가진 CPU에서는 VMX root/ VMX non-root 모드 존재

  • 각 모드별로 protection ring 0~3 지원

  • 가상화 기능을 사용하지 않을 시 VMX root 모드 사용

  • KVM은 각 가상 시스템에 대응하는 KVM프로세스 실행, KVM모듈을 통해 vCPU 사용

  • KVM 프로세스 기반 게스트 커널 ( VMX non-root/RING 0), QEMU 장치 에뮬레이터가 로드됨

  • 게스트 커널 위에서 실행되는 응용프로그램은 VMX non-root/RING3 사용

  • 게스트 커널이 물리적 HW 자원이 필요하면 VM exit 발생, KVM 모듈에서 해당 요청 처리

  • 일반 HW 자원은 QEMU장치 에뮬레이터에서 처리

    • QEMU 장치 에뮬레이터는 VMX root/ RING3 를 통해, 호스트 커널에 요청후, 해당 데이터는 공유 메모리를 통해 KVM게스트 커널과 공유

• Docker(가상머신 vs Docker)

  • 가상머신은 컴퓨터 하드웨어를 가상화(하드웨어 전체 추상화)

    • 하이퍼 바이저 사용, 추가 OS 필요 등 성능 저하 이슈 존재

  • Docker는 운영체제 레벨에서 별도로 분리된 실행환경을 제공(커널 추상화)

    • 마치 리눅스 처음 설치했을 때와 유사한 실행환경을 만들어주는 리눅스 컨테이너 기술기반

    • 리눅스 컨테이너 기술이므로 macOS나 windows에 설치할 경우, 가상머신 기반 제공

• 가상 머신 정리

  • Bare-Metal(type1)방식이 가장 성능이 좋음

    • 하드웨어에 직접 엑세스 하기 때문

    • AWS (클라우드 컴퓨팅) 환경 에서도 Bare-Metal 기반이 가장 머신 기술 활용(KVM)

  • Docker는 경량 이미지로 실행환경을 통째로 백업, 실행이 가능(실무에 많이 사용)

    • Data Engineering 에서 Docker로 시스템 환경 설정 + 프로그램을 한번에 배포

    • 예: 프로그램 업데이트 => Docker 이미지 작성 => Jenkins로 배치잡 생성 및 실행(AWS EC2 재생성 및 Docker 이미지 설치 및 실행)

Java Virtual Machine

• 가상머신과는 다른 목적(응용프로그램 레벨에서 가상화)

• Java 컴파일러는 CPU dependency를 가지지 않는 bytecode를 생성

• 이 파일을 Java Virtual Machine에서 실행

• 각 운영체제를 위한 Java Virtual Machine 프로그램 존재.