가상 머신·하이퍼바이저와 GNS3

01가상 하드웨어를 제공한다는 말의 구체적 의미

• CPU·메모리가상 머신은 게스트 운영체제가 자신의 CPU·메모리·디스크·NIC가 있다고 생각하며 실행할 환경이다.
• vCPUvCPU는 호스트가 실행 시간을 배정하는 가상 실행 단위이며 물리 코어를 항상 하나씩 독점한다는 의미는 아니다.
• 게스트 메모리 매핑게스트 물리 메모리도 호스트 메모리에 매핑된다.
• 디스크게스트 디스크는 호스트의 이미지 파일·논리 볼륨·원격 블록 장치 등에 연결될 수 있다.
• CPU하드웨어 가상화 지원은 민감한 CPU 동작과 게스트/호스트 전환을 효율적으로 처리한다.

  • 주소 변환도 게스트 가상주소에서 게스트 물리주소, 다시 호스트 물리주소로 이어지는 계층을 가진다.
• 할당량과 메모리 압박게스트에 8GiB를 배정했다고 애플리케이션에 모두 여유롭게 제공되는 것은 아니며 게스트 OS와 호스트의 오버커밋·메모리 압박이 성능에 영향을 준다.

  • 자원 할당값과 현재 실제 소비량은 다른 수치다.

02전가상화·반가상화·에뮬레이션을 분리하기

• 전가상화·가상 하드웨어전가상화는 게스트 OS를 가상 하드웨어 위에서 실행할 수 있게 하는 접근이다.
• 에뮬레이션장치 에뮬레이션은 실제 하드웨어와 비슷한 레지스터·동작을 소프트웨어로 구현하므로 기존 드라이버를 사용할 수 있지만 처리 비용이 생긴다.
• 반가상화VirtIO 같은 반가상화 I/O는 게스트 드라이버와 호스트가 협력하는 인터페이스를 사용해 이 비용을 줄인다.
• 전가상화·반가상화전가상화 VM에 반가상화 네트워크 드라이버를 함께 쓰는 구성은 모순이 아니다.
• QEMU·CPUQEMU는 장치와 CPU를 에뮬레이션할 수 있으며 Linux KVM과 결합하면 호환되는 게스트의 CPU 실행을 하드웨어 가상화 기능으로 가속할 수 있다.
• CPU·에뮬레이션서로 다른 CPU 아키텍처를 에뮬레이션하는 것과 같은 아키텍처 게스트를 가상화하는 것은 성능·지원 범위가 다르다.
• 하이퍼바이저Type 1과 Type 2 분류는 하이퍼바이저의 위치를 설명하는 출발점이지만 실제 시스템에는 관리 OS와 드라이버 같은 추가 구성 요소가 있다.
• QEMU·KVMlibvirt는 여러 가상화 기능을 관리하는 계층으로, QEMU·KVM과 같은 제품 이름으로 취급하지 않는다.

03가상 NIC의 NAT·브리지·호스트 전용 경로

• 브리지·가상 NIC브리지 모드에서는 가상 NIC를 실제 LAN과 연결된 가상 스위치에 붙여 게스트가 LAN의 별도 호스트처럼 통신하게 한다.
• NAT와 외부 진입NAT 모드에서는 게스트의 출발지 주소 등을 변환해 호스트 쪽 경로로 외부에 나가며, 외부에서 게스트 서비스로 먼저 접속하려면 별도 포트 전달이 필요할 수 있다.
• 호스트 전용 연결host-only는 게스트와 호스트 사이의 내부 네트워크를 구성하는 방식이다.
• IP어느 모드를 선택하든 게스트의 IP·서브넷·기본 경로·DNS와 하이퍼바이저의 가상 DHCP/NAT 설정이 함께 의미를 갖는다.
• NAT와 Listen 주소NAT를 선택했다고 게스트 내부 웹 서버가 반드시 모든 인터페이스에 listen하는 것은 아니다.
• 브리지브리지로 연결한 DHCP 서버나 라우팅 실습 장비의 브로드캐스트는 실제 LAN으로 나갈 수 있으므로 실습 링크가 어느 네트워크에 이어졌는지 구조로 판단한다.

04스냅샷의 기준점과 실제 데이터 쓰기

• 디스크·스냅샷디스크 스냅샷은 특정 기준 상태와 이후 변경을 분리해 되돌릴 수 있게 하는 기능이다.
• copy-on-writecopy-on-write 계열에서는 이후 쓰기가 차이 영역에 쌓이고 읽을 때 변경된 블록과 기준 블록을 함께 참조한다.
• 삭제·병합 I/O스냅샷 삭제나 병합은 화면에서 이름을 지우는 것에 그치지 않고 디스크 블록을 재구성하는 I/O를 유발할 수 있다.

  • 오래 쌓인 스냅샷 체인은 공간과 성능 비용을 가진다.
• 메모리·스냅샷메모리 상태를 포함하는 스냅샷과 디스크만 캡처하는 스냅샷은 복원 의미가 다르다.
• 디스크·캡처실행 중인 DB의 디스크만 순간 캡처하면 애플리케이션 일관성이 확보되지 않아 crash recovery가 필요할 수 있다.
• 스냅샷과 독립 백업스냅샷이 같은 저장 장치에 놓이면 그 장치 고장으로 기준과 차이 데이터가 함께 사라질 수 있으므로 별도 매체의 복원 가능한 백업과 구별한다.

08GNS3 Desktop·서버·장비 프로세스의 연결

• GNS3GNS3 Desktop은 토폴로지를 편집하고 서버 API로 장비 생성·시작·연결을 요청하는 관리 화면이다.
• QEMU실제 네트워크 OS나 QEMU 장비 프로세스는 로컬 서버 또는 GNS3 VM 쪽 자원을 사용한다.
• 콘솔콘솔이 열렸다는 것은 장비의 제어 접속이 가능하다는 의미이고, 토폴로지의 데이터 링크가 올바르게 연결되어 패킷을 전달한다는 검증과는 다르다.
• GNS3·하이퍼바이저GNS3 VM 자체가 다른 하이퍼바이저에서 실행되고 그 안에서 또 하드웨어 가속 게스트를 실행하면 중첩 가상화 지원이 필요할 수 있다.
• Cloud nodeCloud node는 실습망을 호스트 인터페이스나 VMnet에 이어 주는 연결점이지 자동으로 인터넷 서비스를 제공하는 노드가 아니다.

  • Desktop 종료 시 keep running·suspend·stop 선택은 실제 서버/VM의 실행 상태를 바꾸므로 편집 화면과 장비 실행의 생애를 구분한다.
• 이미지·설정의 분리실습 이미지와 설정 파일은 사용 조건 및 재배포 가능 범위를 확인해 관리한다.

systemd-detect-virt
lscpu
ip -br address
# 각 명령은 가상화 환경, 게스트가 본 CPU, 가상 NIC 주소를 보여 준다.

교육용 예시. 결과와 주소는 설명용이며 실제 시스템에서 실행한 기록이 아니다.

09재현 가능한 실습 환경

• 메모리·CPU재현 가능한 실습에는 이미지 종류, 메모리·CPU, 디스크, 네트워크 모드, 장비 설정과 검증 결과가 필요하다.
• 복제 VM의 식별자복제한 VM에서는 중복 식별자·주소·호스트 키가 생기지 않는지도 확인한다.

10게스트의 네트워크 요청이 지나가는 곳

• IP·가상 NIC게스트 프로그램은 게스트 운영체제의 TCP/IP 스택과 가상 NIC를 통해 프레임을 보낸다.
• 가상 스위치·브리지그 뒤 가상 스위치·브리지·NAT 같은 호스트 측 구성에 따라 다음 목적지가 달라진다.
• NAT·브리지의 경로NAT 네트워크에서는 게스트가 인식하는 게이트웨이와 주소 변환 경로를 확인해야 하고, 브리지에서는 연결된 실제 네트워크의 정책과 주소 충돌 조건까지 영향을 받는다.
• 가상 연결의 종류실제 스위치 케이블 한 가닥처럼 가상 연결을 단순히 같은 링크로 취급하지 않는다.
• 호스트 전용 연결host-only는 보통 호스트와 게스트 사이의 독립된 연결을 제공한다.
• 호스트 전용 경로외부로 라우팅하지 않는 구성을 가정하면 게스트끼리와 호스트에는 접근할 수 있어도 인터넷으로는 나가지 못한다.
• 호스트의 추가 라우팅호스트가 별도로 라우팅·NAT를 구성했다면 결과는 달라질 수 있다.

  • 따라서 실습 격리는 네트워크 모드 이름뿐 아니라 가상 인터페이스, 호스트의 전달 기능과 실제 경로를 확인해야 한다.
• 네트워크 실패 구간게스트의 인터넷 접근 실패를 무조건 DNS 문제로 단정하지 않는다.

1. 프레임 송신게스트의 경로에 따라 가상 NIC에서 다음 홉으로 전송한다.
2. 게이트웨이로 전달가상 네트워크가 NAT 처리 경로로 요청을 보낸다.
3. 변환된 요청출발지 변환과 전달 정책을 거쳐 외부로 나간다.
4. 응답 도착외부 서버가 관찰한 연결의 출발지로 응답한다.
5. 게스트에 응답 전달연결 관계에 따라 변환을 되돌려 원래 게스트로 전달한다.

11가상 장비가 켜졌는데 실습이 안 되는 경우

• 가상 NIC가상 머신이 부팅됐다는 사실과 가상 NIC가 올바른 네트워크에 붙었다는 사실을 나누어 확인한다.
• 가상 스위치인터페이스 연결, 게스트 주소·마스크, 경로, 호스트 가상 스위치의 연결 대상을 순서대로 대조한다.
• GNS3GNS3에서도 장비 이미지가 부팅 가능한지, 인터페이스 이름과 개수가 토폴로지의 링크와 맞는지 먼저 확인해야 한다.
• 연결 선연결 선이 존재해도 장비 포트가 비활성화됐거나 VLAN·라우팅 설정이 빠졌다면 통신할 수 없다.

  • 게스트의 CPU·메모리 부족과 호스트의 자원 부족도 구분한다.
• 여러 장비여러 장비를 동시에 올리면 각 게스트 내부의 지표가 낮더라도 호스트 측 자원 경쟁으로 타이머·응답이 지연될 수 있다.
• 스냅샷·IP스냅샷에서 되돌아온 VM은 IP·호스트 키·시간·DB 상태가 이전 값으로 바뀔 수 있으므로 다른 장비와의 관계를 다시 확인한다.
• 환경·버전 기록실습 결과에는 이미지 종류와 자원, 네트워크 모드, 실제 검증 경로를 남겨야 같은 그림만 복제하는 것보다 정확하게 재현할 수 있다.