[마이크로서비스프로그래밍] Lecture04 - Virtualization & Container Technology

경희대학교 이성원 교수님의 마이크로서비스 프로그래밍 수업을 기반으로 정리한 글입니다.

 

Learning Objective

• virtualization & container technology의 핵심 개념

 

Virtualization

• computer science에서의 Virtualization -> 무언가의 virtual version을 만드는 행위
• Virtual computer, hardware platforms, storage divices, computer network resources

Reference: https://resources.infosecinstitute.com/11-points-consider-virtualizing-security/#gref

-> virtual machine - sofrware 기반으로 구현된 것

1. Types of Virtualization

• Software
• Memory
• Storage
• Data
• Network

 

2. Role of Virtualization

• 하나의 컴퓨터 위에서 multiple OS instances를 동시에 실행 가능하도록 하는 역할
• Host OS에서 hardware를 분리하는역할

Reference: http://techxposer.com/2018/01/30/understanding-virtualization-hypervisors/

 

3. Hypervisor 

- Hypervisor Virtualization

• Hypervisor: Host OS(Type 2. Hosted) or Hardware(Type 1. Bare Metal) 위에 추가되는 new layer
• Hypervisor는 host machine 위에서 multiple VM machines를 실행할 수 있음
• 각 VM은 서로 다른 Guest OS 세트를 실행할 수 있음 -> Guest OS는 application을 실행

Reference: https://www.how2shout.com/tools/8-free-best-open-source-bare-metal-hypervisors-foss.html

 

- Hypervisor Software

• Hypervisor Software -> virtual machine monitor
• Hypervisor Software: virtual machines를 생성하고 실행하는 process
• 하나의 host computer가 multiple guest VMs를 실행할 수 있게 해줌 -> memory & processing 같은 자원을 가상으로 공유 

 

- Hosted Hypervisor Architecture

• Host OS 위에서 동작 -> device support & physical resource management

Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/Hypervisor

 

- Benefits of Using Hypervisors

• Cost Efficient -> 각각의 physical machine은 multiple VMs로 나눠짐 -> cost effective
• Easy to scale
  • cloud environment에 배포된 VM's는 scale 조절이 쉽다 -> 필요한 개수 만큼 만들어낼 수 있다.
  • physical machines를 주문하거나 구성할 필요가 없음 -> 간단하게 VM 추가 가능

4. Problems of Virtual Machine

• 각 VM은 os, application, binaries and libraries의 full copy를 포함 -> 수십 GBs
• slow to boot
• "(Guest) Linux over (Host) Linux" problem -> data center의 Host os와 user가 필요로 하는 Guest os가 중복되는 문제
  • 굳이 linux os 위에 linux os를 더 올릴 필요가 없음 -> 비효율적

Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/Hypervisor

• Computer를 빌려서 사용하는 것이 목적 X -> multiple applications를 실행하는 것이 본래 목적
• N개의 computers -> N개의 applications에 집중
• 기존에 여러 개이 application을 동시에 실행하는 개념 -> Unix: multi-user 방식으로, user를 삭제하면 설치하기 이전 상태로 깔끔하게 복구 -> 여기서 더 발전시킨 것이 Container Linux -> 그러나 Linux에만 적용됨 
• application 하나를 실행할 때, 필요한 모든 것을 container에 담았다가, 다 쓰면 삭제 
• Docker -> window, unix, ... 다양한 os에 적용 가능

 

Container

1. Container vs Virtual Machine

Reference: https://www.docker.com/resources/what-container

-> Virtual machine 방식은 Guest os가 Host os와 같은 상황이 발생하면 비효율적

-> Containerized Applications - 각 application은 VM과 유사하게 스스로의 rousources(disk, network, ..)를 가진 것처럼 인식됨 -> but, VM 만큼 무겁진 않음

 

- Execution Time

Reference: https://arxiv.org/pdf/1807.01842.pdf

 

- Memory Usage

Reference: https://arxiv.org/pdf/1807.01842.pdf

-> docker가 vm에 비해 상대적으로 매우 적은 memory 사용량을 가짐 

- CPU Utilization

Reference: https://arxiv.org/pdf/1807.01842.pdf

-> 키고 끄는 것이 빠르다.

 

2. Container

• 필요한 프로그램을 설치하고, 나중에 깨끗하게 지울 수 있음
• Container: code와 dependencies를 패키지화한 app layer의 추상적 개념
• Multiple Containers는 같은 machine에서 동작
  • OS kernel을 other containers와 공유 -> server 환경에서 생성되기 때문에, user space에서 다른 container와 분리된 processes 
  • 같은 os를 공유하지만, 서로 다른 memory, disk, network를 가짐
• VM 보다 작은 공간을 차지함 -> typically 수십 MBs (images)
• 더 적은 VMs와 OS를 요구 -> 더 많은 applications를 다룰 수 있음 
• operating system level에서 가상화됨
• Containers are far more lightweight 
  
  • 같은 OS kernel을 공유
  • 시작이 더 빠름
  • 전체 OS를 부팅하는 것보다 메모리 사용량이 적음

 

3. Challenges of Container

• Staff education
• Re-architecting applications
• Platform issues