가상화란 무엇인가요?

가상화는 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터 하드웨어 위에 추상화 계층을 생성하여 프로세서, 메모리, 네트워크 및 스토리지와 같은 단일 시스템의 구성 요소를 여러 가상 머신(VM)으로 나눕니다. 각 VM은 자체 운영 체제(OS)를 실행하며 동일한 기본 하드웨어를 공유하지만 별도의 물리적 컴퓨터처럼 동작합니다.

오늘날 가상화는 엔터프라이즈 IT 아키텍처의 기본 관행이자 클라우드 컴퓨팅의 핵심 요소입니다. 가상화를 통해 IBM Cloud, Microsoft Azure, Google Cloud, Amazon Web Services(AWS)와 같은 클라우드 서비스 제공업체(CSP)가 IT 인프라를 최적으로 활용하여 확장 가능한 리소스를 제공할 수 있습니다. 즉, 기업은 필요한 컴퓨팅 리소스만 구매한 다음 워크로드가 증가함에 따라 비용 효율적으로 확장하여 투자 효과를 극대화할 수 있습니다.

가상화 기술의 등장은 1964년 IBM이 IBM System/360을 위한 시간 공유 연구 프로젝트인 CP-40을 시작한 시점으로 거슬러 올라갑니다. CP-40은 나중에 CP-67로 발전했고, 이는 결국 가상 머신과 같은 최신 가상화 기술의 토대를 마련한 최초의 다중 사용자, 시간 공유 운영 체제 중 하나인 Unix에 영향을 미쳤습니다. 1972년, IBM은 최초의 공식 가상 머신 제품인 System/370용 VM/370을 발표했습니다.

1998년에 VMware는 하나의 머신을 여러 개의 가상 머신으로 세분화하여 각각이 자체 운영 체제를 실행할 수 있는 x86 운영 체제를 개발했습니다. 1999년에는 사용자가 하나의 PC에서 여러 운영 체제를 가상 머신으로 실행할 수 있는 최초의 상용 제품인 VM Workstation 1.0을 출시했습니다. 이 제품은 다양한 OS 환경에서 애플리케이션을 쉽게 테스트하고 개발할 수 있어 소프트웨어 개발자들 사이에서 인기를 얻었습니다.

Business Research Company의 예측에 따르면 가상화 소프트웨어 시장은 2024년 858억 3천만 달러에서 2025년 1,001억 9천만 달러로 연평균 성장률(CAGR) 16.7%로 성장할 것으로 전망됩니다.¹

엣지 컴퓨팅, 컨테이너화, 하이브리드 클라우드 및 멀티클라우드 도입, 보안에 대한 관심 증가, 규정 준수 등의 발전이 이러한 성장을 주도하고 있습니다. 가상화 시장 기여하는 다른 새로운 트렌드로는 사물인터넷(IoT), 인공 지능(AI) 및 머신 러닝(ML)의 통합이 있습니다.

가상화는 IT 운영을 지원하는 온프레미스 및 클라우드 기반 데이터 센터 모두에 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다.

• 자원 효율성

• 관리 용이성

• 다운타임 최소화

• 더 빠른 프로비저닝

• 재해 복구(DR)

• 비용 효율성

가상화 이전에는 IT 직원이 각 애플리케이션 서버에 전용 물리적 중앙 처리 장치(CPU)를 할당하여 모든 애플리케이션에 대해 별도의 서버를 설정했습니다. 컴퓨터당 하나의 애플리케이션과 하나의 운영 체제를 선호하는 이 접근 방식은 안정성을 위해 채택되었습니다. 그러나 각 물리적 서버의 활용도가 낮은 경우가 많았습니다.

반면 서버 가상화를 사용하면 안정성 저하 없이 하나의 물리적 서버(일반적으로 x86 서버)에서 각각 고유한 VM과 OS를 사용하여 여러 애플리케이션을 실행할 수 있습니다. 이 기능은 물리적 하드웨어의 컴퓨팅 용량 활용을 극대화하고 리소스 활용을 최적화합니다.

물리적 컴퓨터를 소프트웨어 정의 VM으로 교체하면 소프트웨어를 통해 정책을 더 쉽게 관리하고 시행할 수 있습니다. 이를 통해 자동화된 IT 서비스 관리 워크플로를 만들 수 있습니다. 예를 들어, 관리자는 자동화된 배포 및 구성 도구를 사용하여 가상 머신과 애플리케이션을 소프트웨어 템플릿에서 서비스로 정의할 수 있으며, 이를 통해 수동 설정 없이 일관되게 배포할 수 있습니다.

또한 가상화 보안 정책은 가상 머신의 역할에 따라 보안 구성을 적용할 수 있습니다. 또한 이러한 정책은 사용하지 않는 가상 머신을 폐기하고 공간과 컴퓨팅 성능을 절약하여 리소스 효율성을 높일 수 있습니다.

OS 및 애플리케이션 충돌로 인해 다운타임이 발생하여 사용자 생산성이 저하될 수 있습니다. 가상화를 통해 관리자는 여러 개의 중복 VM을 나란히 실행하고 문제 발생하면 이들 VM 간에 페일오버를 수행할 수 있습니다. 여러 개의 중복된 물리적 서버를 실행하면 비용이 훨씬 더 많이 듭니다.

각 애플리케이션에 대한 하드웨어 설정은 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 하지만 하드웨어가 이미 구축되어 있다면 애플리케이션을 실행하기 위한 가상 머신 프로비저닝 속도가 훨씬 빨라집니다. 이제 VM 관리 소프트웨어가 이 프로세스를 자동화하여 워크플로를 간소화할 수 있습니다.

가상화는 다운타임을 최소화하면서 서비스를 신속하게 복구할 수 있도록 지원하여 재해 복구를 최적화합니다. 가상 머신은 쉽게 이동, 복제 또는 백업할 수 있으므로 기존 물리적 서버에 비해 시스템을 운영 상태로 복원하는 것이 더 빠르고 효율적입니다.

가상화는 하드웨어 구입, 유지 보수 및 에너지 소비 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 물리적 서버를 가상 머신으로 통합하면 추가 하드웨어의 필요성이 줄어들어 자본 비용과 운영 비용이 모두 절감됩니다.

가상화의 이점에 대한 자세한 내용은 '가상화의 5가지 이점'을 참조하세요.

가상화는 여러 주요 구성 요소를 사용하여 가상 환경을 생성하고 관리합니다. 각 구성 요소는 리소스를 효과적으로 할당하여 여러 VM이 간섭 없이 동시에 실행될 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 물리적 머신(서버/컴퓨터)

• 가상 머신(VM)

• 하이퍼바이저

'호스트 머신'이라고도 하는 물리적 머신은 가상 머신에 CPU, 메모리, 스토리지 및 네트워크 리소스를 제공하는 하드웨어(예: 서버 또는 컴퓨터)입니다.

가상 머신(VM)은 물리적 컴퓨터를 소프트웨어 형태로 시뮬레이션하는 가상 환경입니다. VM은 일반적으로 게스트라고 하며, 하나 이상의 '게스트' 머신이 호스트 머신에서 실행됩니다.

가상 머신은 일반적으로 구성, 가상 하드 드라이브용 스토리지 및 기타 종속성을 비롯한 여러 파일로 구성됩니다. 가상화는 가상 머신 간에 시스템 리소스를 공유함으로써 온디맨드 확장성, 효율성 및 비용 절감 효과를 제공합니다.

하이퍼바이저는 VM을 조정하는 소프트웨어 계층입니다. 하이퍼바이저는 VM과 기본 물리적 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 하며, 각각이 실행에 필요한 물리적 리소스에 액세스할 수 있도록 합니다. 또한 VM이 서로의 메모리 공간이나 컴퓨팅 주기에 영향을 주는 방식으로 서로 간섭하지 않도록 합니다.

하이퍼바이저에는 다음과 같은 두 가지 유형이 있습니다.

• 유형 1 하이퍼바이저: 유형 1 또는 '베어메탈' 하이퍼바이저는 기본 물리적 리소스와 상호 작용하여 기존 운영 체제를 완전히 대체합니다. 이는 물리적 서버를 자체 운영 체제와 애플리케이션을 실행할 수 있는 더 작은 독립형 세그먼트로 분할하여 소프트웨어 기반 서버를 만드는 가상 서버 시나리오에서 가장 일반적으로 나타납니다.

• 유형 2 하이퍼바이저: 유형 2 하이퍼바이저는 기존 OS에서 애플리케이션으로 실행됩니다. 게스트 운영 체제를 실행하기 위해 엔드포인트 디바이스에서 가장 일반적으로 사용되며, 호스트 OS를 사용하여 기본 하드웨어 리소스에 액세스하고 조정해야 하므로 성능 오버헤드가 발생합니다.

유형 2 하이퍼바이저는 기존 OS에서 애플리케이션으로 실행됩니다. 대체 운영 체제를 실행하기 위해 엔드포인트 디바이스에서 가장 일반적으로 사용되며, 호스트 OS를 사용하여 기본 하드웨어 리소스에 액세스하고 조정해야 하기 때문에 성능 오버헤드가 발생합니다.

서버 가상화 외에도 다양한 유형의 IT 인프라를 가상화하여 특히 IT 관리자와 기업 전체에 상당한 이점을 제공할 수 있습니다. 이러한 가상화 유형에는 다음이 포함됩니다.

• 데스크톱 가상화

• 네트워크 가상화

• 스토리지 가상화

• Data Virtualization

• 애플리케이션 가상화

• 데이터 센터 가상화

• CPU 가상화

• GPU 가상화

• Linux 가상화

• 클라우드 가상화

데스크톱 가상화를 사용하면 동일한 컴퓨터의 자체 VM에서 각각 여러 데스크톱 운영 체제를 실행할 수 있습니다.

데스크톱 가상화에는 다음과 같은 두 가지 유형이 있습니다.

• 가상 데스크톱 인프라: 가상 데스크톱 인프라(VDI)는 중앙 서버의 VM에서 여러 데스크톱을 실행하고 씬 클라이언트 디바이스에 로그인하는 사용자에게 스트리밍합니다. 이러한 방식으로 VDI를 사용하면 조직은 각 디바이스에 로컬로 OS를 설치할 필요 없이 사용자가 모든 디바이스(예: 노트북, 데스크톱 컴퓨터)에서 다양한 운영 체제에 액세스할 수 있도록 할 수 있습니다.

• 로컬 데스크톱 가상화: 로컬 데스크톱 가상화는 로컬 컴퓨터에서 하이퍼바이저를 실행하여 사용자가 기본 운영 체제를 변경하지 않고도 해당 컴퓨터에서 하나 이상의 추가 운영 체제를 실행하고 필요에 따라 한 운영 체제에서 다른 운영 체제로 전환할 수 있도록 합니다.

가상 데스크톱에 대한 자세한 내용은 '서비스형 데스크톱(DaaS)이란 무엇인가요?'를 참조하세요.

네트워크 가상화는 소프트웨어를 사용하여 관리자가 단일 콘솔에서 네트워크를 관리하는 데 사용할 수 있는 네트워크의 '보기'를 생성합니다. 이는 하드웨어 요소와 기능(예: 연결, 스위치, 라우터)을 추상화하여 하이퍼바이저에서 실행되는 소프트웨어로 추상화합니다. 가상 네트워크 관리자는 기본 물리적 구성 요소를 건드리지 않고도 이러한 요소를 수정하고 제어할 수 있어 네트워크 관리가 크게 간소화됩니다.

네트워크 가상화의 유형은 다음과 같습니다.

• 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN): 네트워크 아키텍처 접근 방식인 소프트웨어 정의 네트워킹은 네트워크 트래픽 라우팅을 제어하는 하드웨어를 가상화합니다. 이는 컨트롤 플레인이라는 중앙 집중식 플랫폼을 통해 이루어지며, 이 플랫폼은 IT 인프라를 관리하고 네트워크 트래픽을 지시하는 데 도움이 됩니다.

• 네트워크 기능 가상화: 네트워크 기능 가상화는 특정 네트워크 기능(예: 방화벽, 로드 밸런서, 트래픽 분석기)을 제공하는 하나 이상의 하드웨어 어플라이언스를 가상화하여 해당 구성 요소를 더 쉽게 구성, 프로비저닝 및 관리할 수 있도록 합니다.

스토리지 가상화를 사용하면 개별 서버에 설치되어 있든 독립 실행형 스토리지 장치에 설치되어 있든 네트워크의 모든 스토리지 디바이스를 하나의 스토리지 디바이스로 액세스하고 관리할 수 있습니다. 특히 스토리지 가상화는 모든 스토리지 블록을 단일 공유 풀로 통합하여 필요에 따라 네트워크의 모든 VM에 할당할 수 있습니다. 스토리지 가상화를 사용하면 가상 머신에 대한 스토리지 프로비저닝이 더 쉬워지고 네트워크에서 사용 가능한 모든 스토리지를 최대한 활용할 수 있습니다.

클라우드 서비스 제공업체는 스토리지 가상화를 통해 블록 스토리지, 오브젝트 스토리지, 파일 스토리지 등의 클라우드 스토리지 서비스를 제공합니다.

현대의 기업은 클라우드에서 온프레미스 하드웨어 및 소프트웨어 시스템에 이르기까지 다양한 위치에 여러 파일 형식을 사용하여 여러 애플리케이션의 데이터를 저장합니다. 데이터 가상화를 통해 모든 애플리케이션은 소스, 형식, 위치에 관계없이 모든 데이터에 액세스할 수 있습니다.

데이터 가상화 도구는 데이터에 액세스하는 애플리케이션과 데이터를 저장하는 시스템 사이에 소프트웨어 계층을 생성합니다. 이 계층은 필요에 따라 애플리케이션의 데이터 요청 또는 쿼리를 변환하고 여러 시스템에 걸쳐 있을 수 있는 결과를 반환합니다. 데이터 가상화는 다른 유형의 통합이 실현 가능하지 않거나 바람직하지 않거나 저렴하지 않을 때 데이터 사일로를 허무는 데 도움이 될 수 있습니다.

애플리케이션 가상화는 애플리케이션 소프트웨어를 사용자의 OS에 직접 설치하지 않고 실행합니다. 이 기술은 애플리케이션이 가상 환경에서 실행되고 최종 사용자 디바이스의 OS는 평소와 같이 실행된다는 점에서 완전한 데스크톱 가상화와 다릅니다.

애플리케이션 가상화에는 다음과 같은 세 가지 유형이 있습니다.

• 로컬 애플리케이션 가상화: 이 경우 전체 애플리케이션이 엔드포인트 디바이스에서 실행되지만, 네이티브 하드웨어가 아닌 런타임 환경에서 실행됩니다.

• 애플리케이션 스트리밍: 애플리케이션 스트리밍을 사용하면 앱이 서버에 상주하며, 필요할 때 최종 사용자 디바이스에서 실행될 작은 소프트웨어 구성 요소를 전송합니다.

• 서버 기반 애플리케이션 가상화: 여기에서 애플리케이션은 사용자 인터페이스만 클라이언트 장치로 전송하는 서버에서 전적으로 실행됩니다.

데이터 센터 가상화는 데이터 센터의 하드웨어 대부분을 소프트웨어로 추상화하여 관리자가 하나의 물리적 데이터 센터를 여러 클라이언트를 위한 여러 개의 가상 데이터 센터로 분할할 수 있도록 해줍니다.

각 클라이언트는 동일한 기본 물리적 하드웨어에서 실행되는 자체 서비스형 인프라(IaaS)에 액세스할 수 있습니다. 가상 데이터 센터를 사용하면 클라우드 기반 컴퓨팅으로 쉽게 진입할 수 있으므로 기업은 인프라 하드웨어를 구매하지 않고도 완전한 데이터 센터 환경을 신속하게 구축할 수 있습니다.

중앙 처리 장치(CPU) 가상화는 하이퍼바이저, 가상 머신 및 다양한 운영 체제를 가능하게 하는 기본 기술입니다. 이를 통해 단일 CPU를 여러 가상 CPU로 분할하여 여러 가상 머신에서 사용할 수 있습니다.

처음에는 CPU 가상화가 완전히 소프트웨어 정의 방식이었지만 오늘날의 많은 프로세서에는 VM 성능을 향상시키는 CPU 가상화를 지원하는 확장 명령 세트가 포함되어 있습니다.

그래픽 처리 장치(GPU)는 대용량 그래픽 또는 수학 처리를 대신하여 전체 컴퓨팅 성능을 향상시키는 특수 멀티코어 프로세서입니다. GPU 가상화를 사용하면 여러 VM이 단일 GPU의 처리 능력 전체 또는 일부를 사용하여 비디오, AI, 기타 그래픽 또는 수학 집약적인 애플리케이션을 더 빠르게 처리할 수 있습니다.

가상화된 환경에서 사용되는 두 가지 주요 GPU 유형은 다음과 같습니다.

• 패스스루 GPU: 이 GPU를 사용하면 단일 게스트 OS에서 전체 GPU를 사용할 수 있습니다.

• 공유 vGPU: 공유 vGPU는 서버 기반 VM에서 사용할 수 있도록 물리적 GPU 코어를 여러 가상 GPU(vGPU)로 나눕니다.

Linux 에는 자체 하이퍼바이저인 커널 기반 가상 머신(KVM)이 포함되어 있어 Linux 호스트 OS 내에서 x86 기반 가상 머신을 생성하기 위한 Intel 및 AMD의 가상화 프로세서 확장을 지원합니다.

오픈 소스 OS인 Linux는 사용자 지정이 용이합니다. 특정 워크로드에 맞게 조정된 Linux 버전 또는 보다 민감한 애플리케이션을 위해 보안이 강화된 버전을 실행하는 가상 머신을 만들 수 있습니다.

클라우드 컴퓨팅 공급자는 서버, 스토리지 및 기타 물리적 데이터 센터 리소스를 가상화하여 고객에게 다음을 비롯한 다양한 서비스를 제공할 수 있습니다. 

• 서비스형 인프라(IaaS): IaaS 제공 모델은 고객의 요구 사항에 따라 구성할 수 있는 가상화된 서버, 스토리지 및 네트워크 리소스를 제공합니다.

• 서비스형 플랫폼(PaaS):  PaaS 서비스 모델은 가상화된 개발 도구, 데이터베이스 및 기타 클라우드 기반 서비스를 제공하여 사용자가 자체 클라우드 기반 애플리케이션과 솔루션을 구축할 수 있도록 지원합니다.

• 서비스형 소프트웨어(SaaS): 서비스형 소프트웨어는 클라우드에서 호스팅되는 애플리케이션을 의미합니다. SaaS는 가장 널리 사용되는 클라우드 기반 서비스입니다.  

이러한 클라우드 서비스 모델에 대해 자세히 알아보려면 주제 페이지 “IaaS, PaaS, SaaS 비교”를 참조하세요.

서버 가상화는 하드웨어에서 전체 컴퓨터를 재현한 다음 전체 OS를 실행합니다. OS는 하나의 애플리케이션을 실행합니다. 이는 가상화를 전혀 사용하지 않는 것보다 효율적이지만, 실행하려는 각 애플리케이션에 대해 불필요한 코드와 서비스가 여전히 중복됩니다.

컨테이너는 다른 접근 방식을 취합니다. 컨테이너는 기본 OS 커널을 공유하며 애플리케이션과 소프트웨어 라이브러리 및 환경 변수 등의 종속성만 실행합니다. 이 기능을 사용하면 컨테이너를 더 작고 빠르게 배포할 수 있습니다.

블로그 게시물 '컨테이너와 VM: 차이점은 무엇일까요?'에서 자세히 비교해 보세요.

이 동영상 '컨테이너화 설명'에서는 컨테이너화의 기본 사항과 컨테이너화가 VM을 통한 가상화와 어떻게 다른지 설명합니다.

가상화는 수많은 보안 이점을 제공합니다. 예를 들어 멀웨어에 감염된 VM을 감염되지 않고 안정적이었던 시점(스냅샷이라고 함)으로 롤백할 수 있으며, 더 쉽게 삭제하고 다시 생성할 수도 있습니다. 멀웨어는 OS의 핵심 구성 요소에 깊이 통합되어 시스템 롤백 이후에도 지속되는 경우가 많기 때문에 가상화되지 않은 OS를 항상 치료할 수는 없습니다.

VM과 VM의 기본 물리적 하드웨어를 보호하기 위한 보안 기능에는 액세스 제어, 정기 업데이트, 네트워크 세분화 및 암호화가 포함됩니다. 또한 소프트웨어 기반 보안 솔루션은 규정 준수 문제를 해결하고 실시간 위협 탐지 등을 제공하는 가상 머신 모니터링 툴을 제공합니다.

수많은 회사에서 서버, 데스크톱, 애플리케이션 가상화 등 다양한 사용 사례에 맞춘 전문 가상화 솔루션을 제공합니다. 다음은 시장에서 가장 눈에 띄는 몇 가지 솔루션입니다.

• VMware: 서버, 데스크톱, 네트워크 및 스토리지 가상화의 선두 주자인 VMware는 안정성과 기능이 풍부한 툴로 유명합니다. 특히 ESXi 하이퍼바이저는 엔터프라이즈 환경에서 널리 채택되고 있습니다.

• Oracle VirtualBox: Oracle VirtualBox는 오픈 소스 데스크톱 가상화 플랫폼으로, 단일 시스템에서 여러 운영 체제를 실행하려는 개인 및 소규모 기업에서 널리 사용됩니다.

• Citrix: 애플리케이션 가상화 분야의 강자로 잘 알려진 Citrix는 서버 및 가상 데스크톱 솔루션도 제공하여 원격 액세스 및 중앙 집중식 앱 제공이 필요한 조직을 위한 플랫폼을 제공합니다.

• Microsoft Hyper-V:  Microsoft Windows에 내장된 Hyper-V는 비용 효율적인 서버 및 데스크톱 가상화 제품을 제공합니다.

• Red Hat Virtualization: KVM을 기반으로 구축된 Red Hat Virtualization은 오픈 소스 플랫폼에 중점을 둔 서버 및 데스크톱 가상화를 위한 엔터프라이즈급 플랫폼을 제공합니다.