[virtualization] 하이퍼바이저, 전가상화, 반가상화
- 3 mins하이퍼바이저(hypervisor)
하이퍼바이저는 가상화를 구현하기 위한 기반이 되는 기술이다.
물리머신위에 가상머신을 돌리려면, 물리머신의 자원을 적절히 가상머신에 할당해야한다.
그리고 각 가상머신에서 수행하는 명령을 해석해서 하드웨어가 올바른 동작을 할 수 있어야한다.
윈도우와 리눅스 가상머신이 동시에 돌아가고있다고 생각해보자.
각 OS는 커널이라는 녀석이 자원관리와 명령 해석을 포함한 거의 모든것을 컨트롤하는데,
문제는 이 커널에서 사용하는 규칙이 OS마다 모두 다르다는 것이다.
각 가상머신에서는 자원을 사용하기 위해 커널에서 여러가지 명령을 날릴텐데, 그 규칙이 모두 다르다는 것이다.
하드웨어는 어떤 장단에 맞추어야 할까?
이런 것들을 중재해주는 녀석이 바로 하이퍼바이저다.
쉽게말해서,
하이퍼바이저 덕분에 맥북에서 윈도우랑 리눅스를 쓸 수 있는거다.
virtual box, vmware, parallels같은 가상 머신들도 모두 하이퍼바이저라고 보면 된다.
하이퍼바이저의 종류는 크게 Type1, Type2 두 가지로 나뉜다.
하이퍼바이저 Type1
하이퍼바이저 Type1은 native, 혹은 bare-metal이라고도 부른다.
하이퍼바이저가 OS에 종속되지 않고 하드웨어에 직접 설치되는 구조이다.
bare-metal은 “어떤 소프트웨어도 담져있지 않은 하드웨어”를 의미한다.
보통은 OS를 설치하면 해당 OS가 하드웨어를 컨트롤하는데,
이 방식은 하이퍼바이저 자체에서 직접 하드웨어를 제어할 수 있기때문에 상대적으로 오버헤드가 적다.
당연히 직접 관리하기때문에 리소스 관리도 유연하다.
하지만 자유에는 항상 대가가 따른다.
하드웨어를 컨트롤할 OS가 없기 때문에 별도의 관리 기능이 필요하다.
하이퍼바이저 자체에는 별도의 관리 기능이 없기 때문이다.
때문에 bare-metal 방식에서는 하이퍼바이저 구동시 DOM0이라는 관리 머신이 같이 구동된다.
DOM0에서 얼마나 많은 일을 처리하느냐에 따라 크게 두 가지로 나누는데,
바로 전가상화와 반가상화이다.
전가상화
앞서 “커널에서 사용하는 규칙이 OS마다 모두 다르다” 라고 했었다.
마치 나라마다 사용하는 언어가 모두 다른 것 처럼,
같은 명령이라도 각 가상머신마다 표현하는 방식이 다르니 하드웨어는 알아먹을 방법이 없다.
이렇게 각기 다른 명령 방식을 해석해서 하드웨어에 전달하는 것이 바로 하이퍼바이저의 역할이다.
alice님의 블로그에 이를 매우 잘 표현한 그림이 있어서 업어(?)왔다.
윈도우, 리눅스, 맥에서 날아오는 각기 다른 명령을 하이퍼바이저가 해석해서 하드웨어에 전달하고있다.
(Supervisor라고 쓰여져있는것은 원문에서 실수라고 언급하고 있다)
사실 이를 더 내부적으로 들여다보면, 앞서 언급했던 DOM0이 그 역할을 하고있다.
각 가상머신은 DOM0에게 명령을 전달하고, DOM0에서 이를 해석해 하이퍼바이저에게 알려준다.
그럼 하이퍼바이저는 다시 하드웨어에게 번역된 최종 명령을 전달하는 것이다.
즉, 모든 명령에 대해 DOM0이 개입하기 때문에 성능이 반가상화에 비해 비교적 느리다.
반가상화
반가상화는 전가상화에서 DOM0이 수행했던 ‘번역’의 역할을 각 가상머신에서 처리하는 것이다.
각 나라의 언어를 번역가가 중간에서 해석하는 것이 아니라,
명령을 던지는 사람이 직접 번역을 해서 전달한다는 것이다.
그리고 미리 번역된 명령을 DOM0을 통해서가 아닌 하이퍼바이저에게 직접 전달한다.
이 때 쓰는 명령을 Hyper-Call이라 부른다.
이 역시 alice님의 블로그에서 예시 그림을 업어왔다.
위에서 “더해라!” 라고 하는 부분을 Hyper-Call이라고 보면 된다.
근데, 기본적으로 커널은 이러한 Hyper-Call에 대한 지식이 없어서 이를 직접 구현해주어야 한다.
즉, 가상OS의 커널을 직접 수정해야 하는 것이다.
중국인과 일본인에게 명령을 직접 한국말로 번역해서 보내라고 한다면, 일단 한국말을 가르쳐야 하지 않겠는가?
위 그림에서 확성기로 표현되어있는 부분이 각 OS의 커널이며,
OS마다 서로 다른 표현(Add, ADD, add)을 “더해라!” 라는 하드웨어가 알아들을 수 있는 언어(Hyper-Call)로 번역하고있다.
이는 매우 복잡하고 어렵겠지만,
DOM0을 경유하는 횟수가 현저히 줄어들기때문에 전가상화에비해 상대적으로 성능이 좋다.
하이퍼바이저 Type2
Type2는 우리가 일반적으로 사용하는 가상머신을 생각하면 된다.
하드웨어에 OS를 먼저 설치하고 그 위에 하이퍼바이저를 설치하는 구조이다.
이 때 설치되는 OS를 호스트OS라고 한다.
호스트OS가 bare-metal(하드웨어)을 알아서 관리해주기 때문에, DOM0과 같은 관리툴이 따로 필요없다.
하지만 호스트OS위에서 하이퍼바이저가 구동되고,
다시 그 위에 가상머신을 띄우는 방식이기때문에 오버헤드가 크다.
윈도우를 설치하고(호스트OS),
virtual box를 설치한 다음(하이퍼바이저),
CentOS를 구동하는것(가상머신)을 생각하면 된다.
참고로 이 때 가상머신에서 구동되는 OS를 게스트OS라고 한다.
코딩장이
-장이: [접사] ‘그것과 관련된 기술을 가진 사람’의 뜻을 더하는 접미사.