가상화

I. 정보 시스템의 자원 사용 효율화, 가상화의 개요
    가. 가상화의 개념

• 물리적으로 서비스, 장비 등을 통합하고 논리적으로 재구성하여 다른 물리적인 객체와 호환되도록 만드는 기술
• 물리적으로 다른 시스템을 논리적으로 통합하거나 하나의 시스템을 논리적으로 분할해 자원을 효율적으로 사용하게 하는 기술
• 사용자에게 리소스의 물리적 속성이나 영역이 감춰진 채 제공되는 리소스의 모음
• 실제 지니고 있는 IT 자원의 물리 구조에 적당한 계층을 개입시킴으로써 사용자에게 사용자에게 일관성 있고 편리한 더 좋은 논리 구조를 갖게 하는 기술
• 사용자에게 컴퓨터 자원을 사용함에 있어 단순하고 일관성 있으며, 편리한 논리구조를 갖게 하여 비용 및 인프라 관리를 향상시키는 기술
• 물리적 자원의 논리적 뷰
• 서로 다른 논리적 자원의 논리적인 뷰
• 이 기종 복제나 마이그레이션 서비스를 가능하게 하는 서비스
• 특정 OS와 어플리케이션 기능들간의 관계를 무관하게 만들어 주는 소프트웨어 기술, 즉 OS의 특성에 상관없이 어플리케이션 기능들을 자유롭게 사용할 수 있도록 하는 소프트웨어 기술
• IT자원 사용자들로부터 그 자원들의 경계와 물리적 속성을 감추는 방법을 통해 IT자원들을 하나의 풀(pool)로 만드는 기술

 

    나. 가상화의 필요성
 

• 실제 국내 기업 전산실의 CPU 사용량은 총 활용 가능량의 20~30% 실정이며, 이는 피크 사용량을 기준으로 서버를 도입하여 운영한 결과임
• 낮은 자원 활용율은 총 소유 비용을 증대시키며 결국 기업의 경쟁력을 감소시키는 원인을 제공함
• 유휴 자원을 효율적으로 사용하고, 이에 따른 도입 및 운영 비용을 절감하기 위하여 가상화 기술이 대두됨
• 분산 자원의 통합을 위한 핵심 기술로 가상화 기술의 중요성 인식과 On Demand 전산 환경에서 자원 사용률을 극대화하고 총 소유 비용을 줄이기 위해 가상화 기술은 필수적임

 

    다. 가상화의 효과

종류	특징
친환경 구현	열발생, 탄소발생을 원천적으로 줄임으로써 친환경 구현에 기여
TCO 절감	잔여자원(메모리, CPU, Cache)의 재사용을 통해 별도 투자발생을 줄임
개인정보 유출 위험 저하	논리적 가상화는 기밀정보의 유출을 원천적으로 차단하는 효과를 제공

 

 

    라. 가상화의 목적

종류	특징
Performance	- IT 자원들을 하나의 풀로 묶어서 컴퓨팅 파워를 향상.
Scalability	- 더 큰 어플리케이션, 트래픽, DB 지원
Availability, Reliability, Resiliency	-데이터, 어플리케이션, 컴포넌트들의 다중 카피들을 생성하여 높은 가용성 확보.
Flexibility, Agility	-어플리케이션과 OS의 인스턴스들을 필요에 따라 빠르게 만들고 폐지.
Resource Optimization	-시스템의 물리적 재구성 없이 다양한 비즈니스 어플리케이션에 맞게 IT자원들을 최적으로 구성.

• 최근 환경보호 및 지속 가능한 성장 추구를 위한 국제사회의 다양한 규제에 대응하는 Green IT의 수단으로 각광받고 있음
• 글로벌 금융위기에 따른 IT 투자 감소로 인하여, 운영비 절감을 위한 효과적인 대안으로 제시되고 있음
• 무선통신망의 성능향상에 따라 최근 IT 환경은 SBC(Server Based Computing) 및 클라우드 컴퓨팅에 주목하고 있으며, 이를 실현할 수 있는 주요 기술요소로 부각되고 있음

 

 
II. 가상화의 원리 및 유형
    가. 가상화의 원리

원리	설명	관련기술
Sharing	물리적으로 위치한 자원을 사용자에게 나누어 사용할 수 있도록 함	- 파티셔닝 - VLAN
Aggregation	분산자원을 통합하여 논리적으로 단순화 하여 자원의 활용을 높이고 관리를 용이하게 함	- 클러스터링
Emulation	가상화로 인한 논리적 객체는 물리적인 객체와 동일한 기능의 수행이 가능함	- VTL - 에뮬레이터
Insulation	물리적인 자원의 교체나 변경에도 서비스를 안정적으로 유지함	- RAID,HA, L4 스위치

 

 

    나. 가상화 기술의 모델
 

• 가상화 기술은 IT를 바라보는 관점에 따라 다르게 표현하고 있지만, 다음과 같은 프레임워크로 모델을 설명할 수 있음

    다. 가상화의 유형

• 가상화 적용하는 대상에 따라 네트워크 가상화, OS 가상화, 서버가상화, 데스크탑 가상화 등으로 구분

 

 
 
    라. 가상화 기술의 구분

구분	유형	가상화 기술
인프라  자원	서버가상화	파티셔닝, 가상I/O, 하이퍼바이저
	스토리지가상화	블록 가상화, 가상 테이프라이브러리
	네트워크 가상화	L2~L7 활용, VPNs, VLANs
정보	파일 가상화	클러스터 파일, 그리드 파일 시스템
	데이터 가상화	데이터 연합 및 콘솔리데이션
워크 로드	트랜잭션 가상화	JVM 로드 밸런싱
	태스크 가상화	컴퓨팅 그리드
	프레젠테이션 가상화	서비스 기반 컴퓨팅(SBC)
운영 환경	전사적 워크로드	Enterprise Workload Manager
	전력/냉각 효율화	Hibernation, Partition Mobility
	유틸리티 서비스	Metering, Provisioning
	백업 가상화	VTL 백업, 테이프 라이브러리 기반 백업
	클라이언트 데스크탑 가상화	PC가상화, 서버기반 컴퓨팅(SBC), VDI(Virtual Desktop Infrastructure)

 

 

III. 대표적인 가상화 유형별 구현 기법
     가. 데스크탑 가상화
    1) 개념

• PC(데스크탑, 랩탑PC)에서 이루어지는 모든 작업이 사실상 중앙 가상화 서버에서 이루어지게 하여 중앙서버에서만 실행/저장/호출 되도록 한 기술
• 특정 OS와 어플리케이션 기능들간의 관계를 무관하게 만들어 주는 소프트웨어 기술, 즉 OS의 특성에 상관없이 어플리케이션 기능들을 자유롭게 사용할 수 있도록 하는 소프트웨어 기술

 

    2) 효과

• 보안측면: 논리적으로 망을 분리함으로써 개인정보 및 기업정보 유출을 원천적으로 차단하는 효과
• Mobile Office 측면 : 개인 PC를 가지고 다니지 않아도 언제 어디서든 인터넷에 접속가능한 단말에서 간단한 접속절차(예:ID+PW+OTP)만으로 거의 모든 사내업무를 수행할 수 있음

 

    3) 적용원리
 

• 사용자는 모든 데이터를 중앙 가상화 서버에 저장하고, 중앙의 가상화 서버로부터 사용자에게 각 실행/처리화면의 이미지 값만 전송시켜 논리적으로 망을 분리하여 구성하는 효과를 제공

 

    4) 솔루션화 사례

• SBC(Server Based Computing), Thin Client, 네트워크 컴퓨팅

 

    나. 서버 가상화 (하드웨어 가상화)
    1) 개념

• 서버의 물리적인 자원 (CPU, 메모리, HDD 등)들을 논리적으로 통합하여 마치 하나의 서버를 통해 서비스를 받는 것처럼 느껴지게 하는 기술
• 기존 서버에 비해 공간 및 운영 비용의 절감 가능.
• 대부분의 서버가 10% 미만의 사용률 -> 60~80% 사용률 향상.

 

 
        - Partition을 통해 여러 개의 서버를 단일 서버에 구축함으로써 서버 Consolidation 구축 가능
        - 가상화 기술을 사용함으로써 자원(특히 CPU)에 대한 공유가 가능하므로 비용 효율적임.
 
    2) 효과

• 친환경 측면: 전력/열/공간/탄소배출 감소, 서버투자 및 관리 비용 효율성 증대
• 재무적 측면: 유휴 서버 자원 재사용을 통해 가동률의 향상 및 별도의 투자부담을 최소화

 

    다. 네트워크 가상화

• 개념 : 라우터, 방화벽, 스위치와 같은 물리적 네트워크 자원들을 마치 하나의 자원처럼 사용하는 기술
• 효과: 단일한 네트워크가 여러 개의 가상 네트워크로 구성할 수 있으며, 서로 여향을 주지 않고 네트워크 자원에 액세스 하며, 일관성 있는 관리 및 보안 정책을 유지할 수 있음
• 사례 : VPN(Virtual Private Network), VLAN(Virtual LAN), MPLS(Multiprotocol Label Switching) 등

 

    라. OS 가상화

• 개념: 운영체제 종류에 상관없이 하나의 서버나 PC에 서로 다른 운영체제를 설치/사용하는 기술
• 효과: 전력사용절감, 시스템 유지관리의 복잡성 간단화
• 사례: VM웨어(linux와 Windows 가상화용), Xen(젠), MED-V

 

    마. 프로세스 가상화(OS 가상화, 소프트웨어 가상화)

• 1대의 컴퓨터에서 여러 운영체제(OS)가 동시에 가동할 수 있는 기술
• 특징: MS의 경우 최대 4개의 OS를 가질 수 있음
• 라이선스 준수 확인 여부가 관권

 
 
 

    바. 스토리지 가상화

• 서로 다른 이 기종의 OS와 칩, 복잡한 아키텍처를 쓰는 서버 분야 보다 간단하고 수준이 높음.
• 소프트웨어(어플라이언스), 서버(HOST) 기반, 스토리지 기반이 있음.

IV. 가상화의 효과
    가. 유형 효과

유형효과	설명	절감효과
물리적인 서버의 감소	- 물리적인 서버를 가상 서버로 대체 - 가상서버의 사용으로 서버 신규 구매 요구 급감, 유휴 서버의 재활용	높음
네트워크 장비 도입 감소	- 서버수의 물리적 감소로 물리적인 스위치, 라우터 대수 감소. - 가상 스위치/vLAN/가상이중화 등으로 대체 - 유휴 장비로 추가 이중화 가능하여 신뢰도 제고	높음.
전력 비용 감소	- 장비 자체 소모 및 냉방 관련 소비전력의 대폭감소	적음
하드웨어 상면 감소	- 고가의 상면 비용 절감	보통
하드웨어 유지비용 감소	- H/W 유지보수 비용 대폭감소 및 운영 비용 감소.	높음
소프트웨어 관리비용 감소	- License 다운그레이드 한 경우 유지보수 비용 감소. - OS 비용은 거의 변화 없음.	적음
네트워크 관리 비용 감소	- 네트워크 장비 감소에 따른 비용감소	적음
가상화 S/W 관련 비용 발생	- VMWare, Microsoft Virtual Server License 비용 추가	비용발생

    나. 무형 효과

무형효과	설명	절감효과
물리적인 서버의 감소	- 물리적인 서버를 가상 서버로 대체 - 가상서버의 사용으로 서버 신규 구매 요구 급감, 유휴 서버의 재활용	높음
장비 도입절차의 신속성	- 가상서버, 스위치, 디스크, NIC 등을 즉시 생성 및 복제	높음
운영의 편리성	- 운영의 편리성으로 기회비용 발생	보통
시스템 가용성 증가	- SAN 및 NIC 이중화, VM 이동(Vmotion) 등의 기능으로 다운타임 감소. - 효율적인 클러스터링	높음
현업요구에 즉시 대응	- 장비공급 및 서비스 정책 변화, 신규업무 도입 등에 대해 신속히 대응.	높음
개발/테스트/운영 생산성	- 협업기능 극대화, VM 라이브러리 화 가능 - VM Template, Snapshot, Cloning 등	보통
효율적인 DR 및 HA 구성	- 저비용의 N+1 Redundancy 구성 - 편리한 시스템 백업 및 복구	높음

V. 가상화 기술을 활용한 정보시스템의 효율화
    가. 가상화 기술을 활용하여 Real Time Enterprise 환경 확보

• 관리 및 실행의 노력을 줄여 최신의 정보환경을 유지하는 것을 목표로 하며, RTE를 구현하기 위해서 가상화는 기반 기술로써 활용 가능함

 

• 가상화 기술을 활용한 정보시스템 활용화

    나. 가상화 기술을 활용하여 자원의 유연성 확보 

• TCO절감
• 동일 물리적인 서버 위에서 다중의 애플리케이션 서버들이 독립적으로 운영되는 하드웨어 가상화를 지원함.
• 이렇게 유연한 서버, 스토리지 자원은 하나의 서버에 많은 시스템을 탑재 가능하게 되어 중복적인 HW, SW 도입을 하지 않아도 되어 TCO를 절감하는 효과를 가져옴.

 

• 가상화 기술을 활용한 인프라 자원의 활용.

    다. 가상화 기술을 활용하여 그린 IT기술의 실현

• 여러 개의 하드웨어 자원에서 사용하는 전력량을 가상화 기술을 활용하여 통합할 경우 획기적으로 전력사용량을 절감할 수 있음

    라. 가상화 기술을 활용하여 가상 어플라이언스 실현

• 유연성 확보, TCO절감
• 가상 어플라이언스는 애플리케이션의 실행 환경을 포함한 솔루션으로 그 활용도는 그리드 컴퓨팅, 클라우드 컴퓨팅에서부터 SaaS, 보안에 이르기까지 가상 환경에 도입될 수 있는 분야에 다양하게 활용 가능함.
• 이 부분 기술은 그림과 같이 실행 환경에 적합한 가상 어플라이언스 생성을 위해 운영체제를 최소화하고, 하이퍼바이저를 경량화하는 기술 도입, 즉시 실행 가능한 애플리케이션의 자동구성 기술 등 특정 업무를 위해 맞춤형 제품을 가능하게 할 수 있음

 

• 가상화 기술을 활용한 유연한 어플라이언스

    마. 가상화 기술을 활용하여 클라우드 컴퓨팅 환경의 실현

• 유연성확보, TCO절감
• 최근 구글, IBM, 마이크로소프트 등 소프트웨어 플랫폼을 주도하는 업계 중심으로 방대한 컴퓨팅 자원들의 효율적인 관리에 최적화된 클라우드 컴퓨팅 기술이 부각되고 있음.  
• 클라우드 컴퓨팅은 저마다의 방식으로 효율적인 가상화 컴퓨팅 환경을 제공하며 개방형 표준, 오픈 소프트웨어, 차세대 컴퓨팅 기술 및 서비스를 적용하며 발전하고 있음.

   

• 클라우드 컴퓨팅이 가상화와 1:1로 개념 매칭이 되는 것은 아니지만 실시간 자원을 프로비져닝하고 필요한 자원을 배분하고 관리하기 위해서는 근간에 가상화 기술이 핵심적으로 적용되어야만 함.

VI. 가상화 기술 적용 전망
    가. 그린IT

• 친환경 저전력 소비를 위한 서비스와 시스템의 보급으로 순간적으로 자원을 점유하고 해제하여 컴퓨팅의 자원 이용률을 높이는 기술로 가상화 기술이 주목 받고 있음

    나. 가상 어플라이언스

• 가상 어플라이언스는 애플리케이션의 실행 환경을 포함한 솔루션으로 그 활용도는 그리드 컴퓨팅, 클라우드 컴퓨팅에서부터 SaaS, 보안에 이르기까지 가상 환경에 도입될 수 있는 분야에 다양하게 활용 가능

     다. 소프트웨어 유통

• 소프트웨어를 서비스 형태로 이용하는 개방형 소프트웨어 산업 생태계를 지향하는 SaaS 산업이 소프트웨어 유통 산업의 주류로 등장

    라. 클라우드 컴퓨팅

• 최근 구글, IBM, 마이크로소프트 등 소프트웨어 플랫폼을 주도하는 업계 중심으로 방대한 컴퓨팅 자원들의 효율적인 관리에 최적화된 클라우드 컴퓨팅 기술이 부각

    마. 임베디드 가상화

• 서버 이외의 컴퓨팅 기기 발전에 의한 자원 활용성, 이식성, 호환성, 안전성, 민첩성 등을 고려하여 최근 임베디드 분야에서도 적용 가능성의 움직임이 일고 있음

VII. 정보시스템 효율화를 이루는 가상화 기술의 진화
    가. 가상화는 인프라자원의 혁신

• 가상화의 목표는 결국 인프라의 혁신’임. 가상화는 물리적인 경계의 한계가 있는 인프라를 좀 더 유연하게 만들고, 활용도를 높이고, 더 단순하게 만들기 위한 기술이며, 이미 많은 성과를 거두고 있음.

    나. 가상화는  ‘Pay per use’, ‘On-Demand Computing’의 핵심기술

• 사용자가 사용한만큼 지불하는 Utility Computing서비스를 구사하기 위해서는 근간에 가상화 기술이 핵심적으로 적용되어야 유연하게 서비스를 제공할 수 있음. 이러한 이유로 지속적으로 가상화 기술이 확대 적용될 예정임.

[스토리지 가상화]
I. 스토리지 가상화의 개요
    가. 스토리지 가상화 개념

• 복잡하게 구성되어 있는 스토리지 자원들을 사용자가사용하기 편하고 간단한 파일이나 볼륨 또는 다른 형태의 저장매체로 보이도록 해 주는 기술

    나. 발전 과정
 

• 스토리지 가상화의 발전 추이는 직접접속에서 NAS/SAN사용에서 이 기종간 통합 관리가 가능한 스토리지 가상화로 발전되어 짐

    다. 기존 스토리지 기술의 문제점

• 낮은 스토리지 활용도 (평균 48% 정도: 통계치)
• 특정 업체에 의존적 ( 이기종 스토리지 간 호환 문제 )
• 관리의 복잡성 ( 기종간 벤더 간 커맨드가 상이하고 호환이 않됨 )
• 유지보수 작업 시 업무 중단 발생

II. 스토리지 가상화의 구성 및 구성요소

   가. 스토리지 가상화의 구성
 
    나. 스토리지 가상화 구성요소

구분	내용
블록단위 가상화	호스트가 물리적인 LUN을 인식하는 것이 아니라 가상화 솔루션이 제공하는 가상 스토리지 LUN을 인식하므로 개별 스토리지 장비에 종속되지 않음.
스토리지 디바이스 자원 관리	하나의 화면에서 기종,업체에 상관없이 모든 관리 작업(RAID구성,패스설정,장비상태확인 등)을 수행할 수 있는 솔루션
블록단위 파일공유	NAS를 이용한 이기종간 파일 공유를 초월하여 대용량의 고속 I/O 블록처리를 위한 SCSI 레벨의 블록 공유

 III. 스토리지 가상화 구현 방식
    가. 설치위치에 따른 가상화 구축 방식

구 분	내용
네트워크 중심	-여러 개의 디스크를 연결하는 네트워크에 별도의 시스템을 두는 방법 -SAN스위치에 가상화 애플리케이션이 구동되는 별도의 서버를 설치하는 네트 워크 중심의 가상화 방법
스토리지 중심	-스토리지 자체가 가상화 기능을 보유
서버 중심	-서버에 가상화 소프트웨어를 설치해 사용하는 방법

    나. 처리방식에 따른 가상화 구축 방식

구분	내용
Out-of-Band방식	-서버와 디스크간 I/O에 가상화 장비가 개입하지 않는 방식 -데이터는 물리적 스토리지로 부터 호스트로 직접 전송되며, SAN대역폭을 완전하게 사용가능 하므로 성능 저하가 없음
In-Band방식	-서버와 디스크간 I/O에 가상화 장비가 개입하는 방식

    다. 서비스 종류

구분	내용
블록단위 가상화	-호스트가 물리적인 LUN을 인식하는 것이 아니라 가상화 솔루션이 제공하는 가상 스토리지 LUN을 인식하므로 개별 스토리지 장비에 종속되지 않음.
스토리지 디바이스 자원관리	-하나의 화면에서 기종, 업체에 상관없이 모든 관리 작업을 수행할 수 있는 솔 루션
블록단위 파일 공유	- NAS를 이용한 이기종간 파일 공유를 초월하여 대용량의 고속 I/O블록 처리 를 위한 SCSI레벨의 블록 공유

IV. 가상화에 의한 통합 관리 개념 및 스토리지 가상화의 효과
    가. 가상화에 의한 통합 관리 개념

• 디스크 어레이와 같이 다른 성능이나 특성을 가진 장치를 애플리케이션에  적절한 성능수준에 맞춰 동적으로 지정할 수 있음
• 리소스 할당 자동화가 가능해 최소한의 직접 조작으로 서비스 품질(QoS) 수준을 만족시킬 수도 있음
• 부서 등 기업의 사용자 그룹이 사용하는 저장 리소스를 쉽게 모니터할 수 있음

    나. 스토리지 가상화의 효과

• 통합적 측면 : 모든 관리가 가능
• 운영적 측명 : 볼륨을 어떻게 관리할 지, 백업 및 복구를 어떻게 구현할 지, 콘텐츠를 어떻게 보호하고, 유저가 원하는대로 스토리지 환경을 어떻게 구성할 지에 대한 대안을 제시

구분	내용
인프라 운영자 측면	- 스토리지 인프라를 통합함으로써 산재된 스토리지에 대한 자원 활용의 효율성 - 통합된 스토리지에 대한 Problem, Configuration Mnagement의 일원화 - 전반적인 스토리지 자원에 대한 Capacity/Finance Planing 용이함
Data 관리자 측면	- Data 분류에 따른 보관 및 접근 정책을 설정하고 이에 따라 효과적인 스토리지에 저장되게 함으로써 빠른 접근 및 안정적 보관 가능 - Data 관리에 대한 규제 및 Compliance준수에 용이 - 비즈니스 중심 Data(Master Data)에 대한 안정적 관리 - 공인 전자문서 사업과 연관되어 문서 (Data) 보관에 대한 획기적 비용 절감
비즈니스 측면	- 비즈니스의 급속한 변화에 대해 빠른 인프라 대응 가능 - 신규 비즈니스 사업에 대해 Historical한 의사 결정 Data 제시를 통한 비즈니스 민첩성 향상

V. 스토리지 풀을 포함 스토리지 가상화 구현 시 고려 사항

• Data의 양 및 비즈니스 정책에 따른 적절한 스토리지 인프라를 선정 하여야 함
• 스토리지 Data 손실시 복구를 위해 백업 시스템 구축시 Data의 중요도에 따른 백업 우선 순위 정책
• 이 기종 시스템 및 스토리지가 통합 될 수 있는 가상화 솔루션 도입 검토가 중요