하드웨어 가상화

하드웨어 가상화는 컴퓨터를 완전한 하드웨어 플랫폼, 컴포넌트의 특정 논리 추상화 또는 다양한 운영체제 실행에 필요한 기능만으로 가상화하는 것입니다.가상화는 컴퓨팅 플랫폼의 물리적 특성을 사용자에게 숨기고 추상 컴퓨팅 플랫폼을 ^[1]^[2]제시합니다.원래 가상화를 제어하는 소프트웨어는 "컨트롤 프로그램"이라고 불렀지만 시간이 ^[3]지남에 따라 "하이퍼바이저" 또는 "가상 머신 모니터"라는 용어가 선호되었습니다.

개념.

"가상화"라는 용어는 실험적인 IBM M44/44X ^[3]시스템에서 유래한 용어인 가상 머신(가칭 "의사 머신"이라고도 함)을 지칭하기 위해 1960년대에 만들어졌습니다.가상 머신의 작성과 관리는 최근에는 "플랫폼 가상화" 또는 "서버 가상화"라고 불립니다.

플랫폼 가상화는 호스트 소프트웨어(제어 프로그램)에 의해 특정 하드웨어 플랫폼에서 실행되며, 호스트 소프트웨어에서는 게스트 소프트웨어에 대해 가상 머신(VM)을 시뮬레이트합니다.게스트 소프트웨어는 사용자 애플리케이션에만 국한되지 않습니다.많은 호스트에서 완전한 운영 체제를 실행할 수 있습니다.게스트 소프트웨어는 물리 하드웨어에서 직접 실행되는 것처럼 실행되지만 몇 가지 주의사항이 있습니다.물리적 시스템 리소스(네트워크 액세스, 디스플레이, 키보드 및 디스크 스토리지 등)에 대한 액세스는 일반적으로 호스트 프로세서 및 시스템 메모리보다 더 제한적인 수준에서 관리됩니다.게스트는 가상화 호스트에 의해 구현되는 하드웨어 액세스 정책에 따라 특정 주변기기에 대한 접근이 제한되거나 디바이스의 네이티브 기능의 서브셋으로 제한될 수 있습니다.

가상화는 하이퍼바이저를 실행하는 데 필요한 리소스와 물리 머신에서 네이티브로 실행하는 것에 비해 가상 머신의 퍼포먼스가 저하되어 퍼포먼스 저하를 초래하는 경우가 많습니다.

가상화가 필요한 이유

서버 통합의 경우 CPU나 하드 드라이브 등의 하드웨어 자원의 (비용이 많이 드는) 필요성을 줄이기 위해 다수의 소규모 물리 서버가 하나의 대규모 물리 서버로 대체됩니다.하드웨어는 가상 환경에서 통합되지만 일반적으로 OS는 통합되지 않습니다.대신 물리적 서버에서 실행되는 각 OS는 가상 시스템 내에서 실행되는 개별 OS로 변환됩니다.따라서 대규모 서버는 이러한 다수의 "게스트" 가상 머신을 "호스트"할 수 있습니다.이를 Physical-to-Virtual(P2V) 변환이라고 합니다.
서버 통합은 기기 유지보수에 따른 기기 및 인건비 절감과 더불어 에너지 소비 절감 및 환경 생태 기술 분야의 글로벌 풋프린트 절감이라는 이점도 있습니다.예를 들어, 일반적인 서버는 425^[4] W로 가동되고 VMware는 하드웨어 절감률을 최대 15:^[5]1로 예측하고 있습니다.
가상 머신(VM)은 물리 머신보다 리모트 사이트에서 제어 및 검사가 용이하고 VM 구성이 유연합니다.이는 커널 개발 ^[6]및 최신 하드웨어를 지원하지 않는 레거시 운영 체제 실행 등 운영 체제 교육 과정에 매우 유용합니다.
하드웨어를 미리 구입하지 않고도 필요에 따라 새로운 가상 머신을 프로비저닝할 수 있습니다.
가상 머신은 필요에 따라 물리 머신 간에 쉽게 재배치할 수 있습니다.예를 들어, 고객에게 가는 영업 사원은 물리적 컴퓨터를 전송할 필요 없이 데모 소프트웨어가 포함된 가상 머신을 자신의 노트북에 복사할 수 있습니다.마찬가지로 가상 시스템 내부의 오류가 호스트 시스템에 영향을 주지 않으므로 노트북에서 OS가 충돌할 위험이 없습니다.
이렇게 쉽게 재배치할 수 있기 때문에 가상 머신을 재해 복구 시나리오에서 쉽게 사용할 수 있으며, 리퍼비시 및 장애가 발생한 에너지원에 대한 우려 없이 사용할 수 있습니다.

그러나 여러 VM이 동시에 동일한 물리 호스트에서 실행되고 있는 경우 각 VM의 퍼포먼스가 변화하고 불안정해질 수 있으며 이는 다른 VM에 의해 시스템에 부과되는 워크로드에 크게 의존합니다.이 문제는 가상 시스템 간의 일시적인 분리를 위한 적절한 설치 기술을 통해 해결할 수 있습니다.

플랫폼 가상화에는 몇 가지 방법이 있습니다.

가상화 사용 사례의 예:

호스트 OS에서 지원되지 않는 하나 이상의 애플리케이션을 실행하는 경우: 필요한 게스트 OS를 실행하는 가상 시스템에서 호스트 OS를 변경하지 않고 원하는 애플리케이션을 실행할 수 있습니다.
대체 운영 체제 평가:새로운 OS는 호스트 OS를 변경하지 않고 VM 내에서 실행할 수 있습니다.
서버 가상화:물리 서버의 하드웨어 자원을 보다 완전하게 활용하기 위해서, 1대의 물리 서버상에서 복수의 가상 서버를 실행할 수 있습니다.
특정 환경 복제: 사용하는 가상화 소프트웨어에 따라 가상 머신을 복제하여 여러 호스트에 설치하거나 이전에 백업된 시스템 상태로 복원할 수 있습니다.
보호 환경 구축: VM 상에서 실행되고 있는 게스트 OS가 악성 프로그램을 조사하거나 잘못된 동작의 소프트웨어를 설치할 때 발생하는 등 복구 비용 효율이 높지 않은 방법으로 손상되면 VM이 호스트 시스템에 해를 주지 않고 폐기되고 게스트 재부팅 시 사용되는 클린 복사본이 사용될 수 있습니다.

완전한 가상화

완전한 가상화에 관한 논리도.

완전한 가상화에서는 동일한 명령 집합에 대해 설계된 수정되지 않은 "게스트" OS를 분리하여 실행할 수 있도록 가상 시스템이 충분한 하드웨어를 시뮬레이션합니다.이 접근 방식은 1966년 VM 제품군의 이전 제품인 IBM CP-40 및 CP-67에서 처음 개발되었습니다.

하드웨어 지원 가상화

하드웨어 지원 가상화에서 하드웨어는 가상 시스템 모니터를 쉽게 구축하고 게스트 OS를 ^[7]분리하여 실행할 수 있는 아키텍처 지원을 제공합니다.하드웨어 지원 가상화는 최초의 가상 머신 운영 체제인 VM/370에서 사용하기 위해 1972년에 IBM System/370에 처음 도입되었습니다.

2005년과 2006년에 인텔과 AMD는 가상화를 지원하기 위해 추가 하드웨어를 제공했습니다.Sun Microsystems(현 Oracle Corporation)는 2005년에 UltraSPARC T 시리즈 프로세서에 같은 기능을 추가했습니다.

2006년, 제1세대 32비트 및 64비트 x86 하드웨어 지원은 소프트웨어 ^[8]가상화보다 퍼포먼스가 뛰어난 경우는 거의 없는 것으로 나타났습니다.

반가상화

반가상화에서는 가상 시스템이 반드시 하드웨어를 시뮬레이션할 필요는 없지만 대신 (또는 추가로) "게스트" OS를 수정해야만^{[clarification needed]} 사용할 수 있는 특별한 API를 제공합니다.이를 위해서는 "게스트" OS의 소스 코드를 사용할 수 있어야 합니다.소스 코드를 사용할 수 있는 경우 중요한 명령을 VMM API 호출로 대체하면 됩니다(예:"cli"와 "vm_handle_cli()"를 지정한 후 OS를 다시 컴파일하고 새 바이너리를 사용합니다.하이퍼바이저에 대한 이 시스템 호출은 TRANGO 및 Xen에서는 "Hypercall"이라고 부릅니다. 하이퍼바이저라는 용어의 유래가 된 VM 아래의 IBM^{[clarification needed]} CMS에서 DIAG("진단") 하드웨어 명령을 통해 구현됩니다.

운영 체제 수준의 가상화

operating system 레벨의 가상화에서는, 물리 서버를 operating system 레벨로 가상화하기 때문에, 복수의 격리된 시큐어한 가상화 서버를 1대의 물리 서버상에서 실행할 수 있습니다."게스트" 운영 체제 환경은 호스트 시스템과 동일한 운영 체제 인스턴스를 공유합니다.따라서 동일한 운영 체제 커널이 "게스트" 환경을 구현하는 데도 사용되며, 특정 "게스트" 환경에서 실행되는 애플리케이션은 이를 독립 실행형 시스템으로 간주합니다.