가상화는 물리적인 하드웨어 자원을 추상화하여, 하나의 물리 서버에서 여러 개의 독립적인 운영체제, 실행 환경을 동시에 실행할 수 있도록 하는 기술입니다. 이를 통해 서버 자원의 효율적인 사용, 유연한 배포, 테스트 환경 격리, 비용 절감 등을 달성할 수 있습니다.

Hardware Virtualization

Hardware Virtualization은 물리 서버 위에서 여러 가상 머신을 실행하는 기술입니다. 각 VM은 독립적인 운영체제와 커널을 갖고, 하이퍼바이저가 이를 관리합니다. 하드웨어 가상화에서는 커널 분리가 이루어지며, VM마다 독립적인 환경을 제공합니다.

Hypervisor

Hypervisor는 하드웨어 가상화 계층에서 가상 머신을 생성하고 관리하는 핵심 소프트웨어입니다. 물리 서버의 CPU, 메모리, 디스크, 네트워크 등 자원을 VM에 할당하고, 각 VM이 독립적인 운영체제와 커널을 사용할 수 있도록 격리하며, VM 간 자원 충돌 방지, 효율적 스케줄링, I/O 처리, 보안 관리까지 담당합니다.

  • Type 1
    • 물리 서버 바로 위에서 실행되며 운영체제 없이 하드웨어를 직접 관리합니다. 높은 성능과 보안을 제공하며 하드웨어를 직접 제어할 수 있지만, 설치와 관리가 다소 복잡합니다.
    • VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Xen
  • Type 2
    • 기존 호스트 운영체제 위에서 실행되며, 하이퍼바이저가 OS의 자원 관리 기능을 활용해 VM을 관리합니다. 설치가 쉽고 다양한 OS 환경에서 실행 가능하지만, 성능은 Type 1보다 낮고 호스트 OS에 의존합니다.
    • Oracle VirtualBox, VMware Workstation, Parallels Desktop

Full Virtualization

Full Virtualization은 하드웨어를 완전히 가상화하여 게스트 OS를 수정하지 않고 그대로 실행할 수 있는 방식입니다. 하이퍼바이저가 게스트 OS의 명령어를 변환하거나 하드웨어 가상화 기능을 활용해 실행합니다.

  • OS 변경 불필요, 높은 호환성
  • 거의 모든 운영체제 실행 가능
  • 명령어 변환으로 성능 오버헤드 발생
  • 하드웨어 요구 높음

Paravirtualization

Paravirtualization은 게스트 OS를 하이퍼바이저와 협력하도록 일부 수정하여 성능을 최적화하는 방식입니다. OS가 하이퍼바이저에 직접 명령을 전달하기 때문에 CPU와 I/O 효율이 향상됩니다.

  • 높은 성능과 효율적인 자원 활용
  • 하드웨어 가상화 한계 극복 가능
  • OS 수정 필요 → 호환성 제한

Hybrid Virtualization

Hybrid Virtualization은 Full과 Paravirtualization의 장점을 결합한 방식으로, 일부 하드웨어 가상화 기능을 활용하면서 게스트 OS의 일부를 수정해 성능과 호환성을 균형 있게 제공합니다.

  • 성능과 호환성 균형
  • 기존 OS 실행 가능성 유지
  • 구현/설정 복잡
  • 일부 환경에서는 OS 수정 필요

Desktop Virtualization

Desktop Virtualization은 중앙 서버에서 가상 데스크탑 환경을 제공하고, 원격으로 접속하여 사용하는 기술입니다. 각 가상 데스크탑은 독립적인 운영체제와 커널을 가지며, 네트워크를 통해 중앙 서버와 연결됩니다.

  • VMware Horizon, Citrix Virtual Apps and Desktops, Microsoft Remote Desktop Services

Containerization

Containerization 또는 OS-level Virtualization은 커널을 공유하면서 프로세스 단위로 격리된 환경을 제공하는 기술입니다. VM처럼 운영체제를 새로 설치하지 않고도 여러 격리된 환경을 동시에 실행할 수 있으며, 컨테이너 엔진이 리소스를 관리합니다.

  • Docker, LXC, Podman
구분 Hardware Desktop OS-level
실행 환경 독립적인 VM 실행 중앙 서버에서 가상 데스크탑 제공 호스트 OS 위에서 실행
커널 VM마다 독립적 VM마다 독립적 호스트 OS 커널 공유
격리 수준 매우 높음 높음 프로세스 단위 격리
성능 높음 중간 경량 / 빠름
OS 유무 독립 OS 필요 독립 OS 필요 호스트 OS만 필요
관리/설정 하이퍼바이저 필요 중앙 관리 서버 필요 컨테이너 엔진으로 관리

References