클라우드 컴퓨팅 기술

🏛️ 가상화 기술 개념

가상화 란?

• 컴퓨터 리소스의 추상화를 일컫는 광범위한 용어

• 물리적인 컴퓨터 리소스의 특징을 다른 시스템, 응용 프로그램, 최종 사용자들이 리소스와 상호 작용하는 방식으로부터 감추는 기술

VMM(Virtual Machine Monitor) 혹은 하이퍼바이저

• VM을 생성/제공

• 물리적 자원의 복잡함을 숨기고 단일하고 일관된 가상자원 제공

• 하이퍼바이저 : VMWare, VirtualBox

가상화 장점

• 통합 효과 : 서버의 이용률 향상과 관리 부하 감소
  VM 이용하여, 다양한 응용들과 시스템 SW를 하나의 시스템에서 통합 운영
  가상화 층에서 통합관리 가능 → 관리 부하 감소
  
  
• 고립화 효과 : 각 사용자의 수행환경을 다른 환경들로부터 고립
  VM 에 의한 사용자별 고립 → 신뢰성 향상
  
  
• 집계/통합 효과 : 여러 물리자원을 단일하 가상자원으로 통합 → 대용량화, 병렬화
  
  
• 이동성 증가 : 동일한 가상자원을 이용한다면, 물리적 자원과 독립적으로 응용과 OS의 이주가 가능
  결합감내, 가용성, 부하균등, 확장성, 신속한 중단/재개, 다양한 HW의 연동을 향상

클라우드 컴퓨팅에서 가상화의 필요성

• 가상머신 동적관리 : VM은 동적인 생성/소멸/복사/이동백업이 용이
  →   클라우드 컴퓨팅의요구사항에 부합

• 하드웨어 독립성 : VM은 HW에 독립, 다양한 물리적 서버에 이동 가능
  →   부하 분산, 확장성, 장애극복, 회복력

• 서버 통합 : 다중 VM들의 협업가능, 동질/이질 물리서버들을 통합
  →   리소스 풀링, 요구 기반 자원할당 (on-demand resource assignment)

• 경제성 : 저비용, 하드웨어 이용률 증가, 다운타임 감소, 관리의 효율성

가상화 분류

1. 가상화 소프트웨어 구현층에 따른 분류

• Hardware 기반 가상화

  • Bare Machine 에서 Hypervisor가 HW 자원 가상화
    
    
  • 가상화부하 최소화하나 HW 호환성 이슈 제한
    
    
  • ex) Xen, VMWare의 ESX Server

• OS 기반 가상화 (실습)

  • OS 가 하드웨어 자원 가상화

  • HostOS 지원, 가상 HW 사용

  • 가상화 부하로 인한 성증 저하

  • ex) Virtual Box, VMWare Workstaion, Linux KVM ..

• Middleware 기반 가상화

  • 프로그래밍 언어 또는 런타임 라이브러리 수준에서 가상 머신을 제공

  • ex) 오라클의 JAVA VM, MS의 CLR

2. 가상화 소프트웨어 구현 방법에 따른 구분

• GuestOS 와 Hypervisor의 요구 충돌
  GuestOS : 물리자원을 기존과 동일한 방식으로 접근
  가상화SW(Hypervisor) : GuestOS의 동작을 제어, 자원 접근 통제 필요

• Full Virtualization , 전가상화
  가상화 SW는 범용적인 가상화 자원 제공 GuestOS를 수정없이 사용가능
  VMWare ESX Server, HP Integrity Server

• Para Virtualization , 반가상화
  GuestOS와 가상화SW간에 의존관계, GuestOS를 수정 필요
  Xen, Virtual Iron, Denali

3. 가상화 목표에 따른 분류

• 서버 가상화 : 하드웨어 가상화를 통한 다른 OS의 동시 수행 → 이용률 향상

• 스토리지 가상화 : 복수 스토리지를 단일 스토리지 공간으로 집계하여, I/O 성능개선과 신뢰성

• 네트워크 가상화 : 독립된 가상화 네트워크(VPN)으로 파티션하여, 접근제어와 통제방법 연구

• 임베디드 가상화 : 다양한 내장형 장치를 표준화된 인터페이스로 접근하여 이동성과 호환성을 개선

Xen Architecture

• Domain0 : 관리와 장치제어를 담당하는 가상머신

  • 콘트롤 플레인 SW : 가상머신 생성, 종료, 자원할당

• 도메인U : Domain0 이외의 가상머신

  • PVM = Para Virtual Machine

  • HVM = Hardware Virtualized Machine

가상화 핵심 기술

1. CPU 가상화 : 물리 CPU를 논리적인 CPU로 추상화, 가상머신에게 공평하고 효율적으로 할당

2. 메모리 가상화

3. 입출력 가상화

   • 운영체제 기반 I/O 가상화
   • GuestOS가 물리적 장치를 직접 접근하는 방법
   • 특정한 가상머신을 통해 I/O 를 처리

☁️ 클라우드 서비스 및 네트워크

가상 네트워크 외벽 기술

• VPN : 인터넷과 같은 공용망상에서 보호되는 네트워크를 구성하는 기술
• 가상 네트워크 외벽
  • 공용망과 개인이 사용하는 네트워크 경게
  • 외벽에는 방화벽, IDS, IPS 를 활용하여 구축
  • HoneyPot : 외부 공격자의 주의를 분산하고 행위를 분석할 목적으로 구성된 서버

📀 데이터 센터

데이터 센터 정의 및 시설

< 데이터 센터 > : 하드웨어와 시설을 제공하는 물리적 자원 계층을 대량으로 제공하는 건물

데이터 스토리지, 처리, 전송 서비스를 함께 제공하는 정보 기술과 네트워크 통신장비의 중앙화된 수용, 상호연결과 운영에 특화된 구조 또는 구조의 그룹

데이터 센터 운영의 3대 이슈 => 클라우드 컴퓨팅을 해결

• 자원의 활용성을 높이기 : 가상화 기술로 다양한 가상머신을 만들어 배치 가능

데이터 센터의 성능 및 효율 지표

PUE = Power Usage Effectiveness
숫자가 작을 수록 효율적
구글 1.12
페이스북 1.02

클라우드 데이터 센터

클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하기 위한 목적으로 특화된 데이터 센터

클라우드 데이터 센터의 특징
: 다수의 동종 서버를 클라우드 OS를 이용하여 하나의 컴퓨팅 시스템으로 묶어 온디맨드 방식으로 제공

🌧️ 클라우드 스토리지

• 블록수준 인터페이스 : SAN, FC, iSCSI

• 파일 수준 인터페이스 : NFS, CIFS, NAS

• 데이터셋 수준 인터페이스 : 테이블 기반, 레코드 기반, 데이터베이스 수준 인터페이스

• 객체 수준 인터페이스 : 파일 , 폴더, 디스크 등 객체의 형식은 다양하다.