interplanetary detour

Application

• 애플리케이션은 컴퓨팅 연산의 로직을 제공하는 컴퓨터 프로그램이다.
• 데이터 센터를 이용하여 서비스되는 일반적인 애플리케이션 
  • Business Applications : email, enterprise resource planning(ERP), decision support system(DSS)
  • Management Applications : 리소스 관리, 성능 튜닝, 가상화
  • Data Protection Applicstions : backup(데이터를 보관하기 위함), replication(가용성을 위해서, 미리 복제해 준비해 둔 서버를 통해 문제가 생겨도 서비스가 중지되지 않게 함)
  • Security Applications : authentication, antivirus
• 애플리케이션의 주요 I/O 특성
  • Read intensive vs. Write intensive
  • Sequential vs. Random
  • I/O size

Application Virtualization

Isolated(독립된, 고립된) 환경에서 필요한 Application을 사용하도록 제공한다.

• 운영 체제와 리소스를 애플리케이션 가상화 컨테이너로 결합하여 제공한다.
• 가상화 애플리케이션은 독립 환경에서 실행되기 때문에 OS나 기타 애플리케이션은 잠재적인 위험으로부터 보호된다.
• 다른 응용 프로그램 또는 동일한 응용 프로그램의 서로 다른 버전 간의 충돌을 방지한다.

Logical Components (가상 애플리케이션 환경의 시스템 구조)

Traditional : 전통적인 방식으로는 하드웨어부터 Device Drivers, Volume Manager, File System, OS, Application 순으로 순차적으로 올라가는 방식으로 구성되며, OS가 직접 물리적인 엘리먼트들로부터 리소스를 가져와서 애플리케이션에게 제공한다.

Virtual Machines : VMware 등의 가상화 프로그램에서 애플리케이션을 구동하는 경우인데, 물리적 서버 윗단에 Hypervisor라고 하는 OS의 역할을 하는 소프트웨어가 자리 잡고 있으며 이 Hypervisor가 각 가상 머신의 GuestOS에게 물리적 서버에서 가져온 리소스를 전달하는 방식으로 제공한다. Hypervisor가 일괄적인 처리를 맡으며 실제 OS의 역할이 줄어들었기에 Traditional에 비해 OS가 가벼워지고 그에 따른 퍼포먼스 측면에서의 이점이 있다.

Containers : Docker 등의 컨테이너에서 애플리케이션을 구동하는 경우이다. Virtual Machines에서 한 단계 더 진화해 아예 GuestOS 조차 없애고 애플리케이션이 필요로 하는 리소스를 Docker Engine이 HostOS로부터 받아와 각 컨테이너에 할당해준다.

Device Driver → OS → Application

Device Driver는 OS로 하여금 물리적인 엘리먼트들을 인식하게 하는 소프트웨어이다. Device Driver를 통해 장치를 인식한 OS는 그 리소스들을 Application의 요청에 맞게 할당한다.

Memory Virtualization

메모리 가상화는 호스트의 물리적 메모리(RAM)를 가상화해주는 운영 체제의 기능이다.

가상 메모리 관리자(Virtual Memory Manager : VMM)가 디스크 스토리지에 있는 공간 중 일부를 사용해 스왑 공간(Swap space)으로 만들고 RAM에서 당장 실행 중이 아닌 프로세스들을 실제 메모리에서 스왑 공간으로 이동시킨다.

이로 인해 물리적 메모리의 효율적인 사용이 가능하고 디스크 스토리지의 놀고 있던 공간도 활용할 수 있게 된다. 만약 스왑 파일의 데이터 액세스 속도가 느려지게 되면 플래시 드라이브를 사용한다.

LVM(Local Volume Manager)

LVM은 파일 시스템과 물리 디스크의 중간에 있는 레이어로, Physical Volumes, Volume Groups, Logical Volumes로 구성되어 있다. 일반적으로 운영 체제의 일부 또는 타사 호스트 소프트웨어로 제공되며, 파일 시스템 용량을 동적으로 확장할 수 있고 효율적인 스토리지 관리를 할 수 있다는 특징이 있다.

Volume Groups

볼륨 그룹은 1개 이상의 물리 볼륨을 그룹화해서 만든다(고유 물리적 볼륨 아이디 할당). 이 볼륨 그룹으로 논리적 볼륨을 생성할 수 있으며 여기서 볼륨 그룹은 디스크, 논리적 볼륨은 디스크 파티션이라고 생각할 수 있다.

정리하자면 LVM에서 물리적 볼륨들을 모아 하나의 큰 pool을 만들고 그 pool을 구성하는 작은 block들로 논리적인 볼륨을 생성하고 애플리케이션에 할당하는 것이다. 또한 이렇게 만들어진 논리적 볼륨은 데이터 가용성을 높이기 위해 복제될 수 있다.

LVM을 통해 물리적인 볼륨을 Partitioning 또는 Concatenating해서 하나의 물리적 볼륨을 여러 개의 논리적 볼륨으로 분할하거나 여러 개의 물리적 볼륨을 하나의 논리적 볼륨으로 합치는 등의 작업을 할 수 있다.

File System

• 파일은 관련 레코드의 집합, 또는 이름을 가진 단위로 저장된 데이터를 말한다.
• 파일 시스템은 파일의 계층 구조를 말한다.
• 파일 시스템은 디렉토리를 이용해서 데이터를 계층 구조로 관리한다.
• 디렉토리는 여러 파일에 대한 포인터를 저장하는 컨테이너이다.
• 파일 시스템은 디스크 드라이브나 디스크 파티션, 논리적 볼륨에 저장된 데이터 파일에 액세스할 수 있게 한다.
• 파일 시스템은 논리적 구조와 파일 액세스를 조정하는 소프트웨어 루틴으로 구성한다.
• 파일 시스템 종류 : FAT 32, NTFS, UNIX FS, EXT 2/3

Compute Virtualization

컴퓨팅 가상화는 운영 체제로부터 물리적 하드웨어를 감추는 기술이다. 단일 또는 클러스터 머신에서 여러 운영 체제를 동시에 운영할 수 있다.

• 각 VM은 고립된 방식으로 운영 체제와 애플리케이션을 실행한다.
  • VM은 실제 컴퓨터처럼 보이고 행동하는 논리적 엔티티.
• 하드웨어와 가상 머신 사이의 가상화 레이어를 이용해 컴퓨팅 가상화를 실현한다. 이 레이어는 Hypervisor라고 불린다.
• Hypervisor는 CPU와 메모리, 네트워크 같은 하드웨어 리소스를 가상 머신에 제공한다. 물리적인 서버의 하드웨어 사양에 따라 한 서버 안에 많은 가상 머신을 만들 수 있다.
• Hypervisor의 관점에서 가상 머신은 VM 설정 파일과 데이터 파일 등의 독립적인 파일의 집합입니다.

Desktop Virtualization

데스크탑 가상화는 하드웨어와 OS, 애플리케이션, 사용자 프로파일, 설정 간의 의존성을 없애 준다.

조직이 데스크탑을 호스팅하고 중앙집중적으로 관리할 수 있다.

• 조직은 데이터 센터 안에서 가상 머신으로 데스크탑이 운영되기 때문에 유출이나 도난의 위험을 줄여준다.

데스크탑 가상화의 장점

• thin clients의 활성화 → 유연한 액세스
• 향상된 데이터 보안
• 간소화된 데이터 백업 및 PC 유지 관리

Connectivity

Connectivity란 호스트 간 또는 호스트와 프린터, 스토리지 디바이스 등의 주변기기와의 연결을 말한다.

연결은 다음과 같이 이루어진다.

Host Interface Card(Network Interface Card : NIC) ↔ Port ↔ Cable ↔ Port ↔ Disk

아래에서 대표적인 프로토콜 몇 가지를 알아보겠다.

IDE/ATA & Serial ATA(SATA)

• Integrated Device Electronics(IDE) / Advanced Technology Attachment(ATA)
  • IDE/ATA는 디스크 드라이브와 CD-ROM 드라이브 같은 스토리지 드라이브를 연결하는 데에 사용하는 인터페이스 프로토콜 표준이다.
  • 가격 대비 성능이 좋다.
  • 저렴한 비용으로 스토리지를 연결할 때 사용한다.
  • Internal Connectivity에 사용한다.
  • ATA의 Ultra DMA/133 버전은 초당 133MB의 전송량을 지원한다.
• Serial Advanced Technology Attachment(SATA)
  • IDE/ATA 직렬(serial) 버전은 단일 비트 직렬 전송을 지원한다.
  • SATA는 성능이 좋고 가격이 낮기 때문에 IDE/ATA를 대체하고 있다.
  • SATA 리비전 3.0은6Gb/s의 전송 속도를 제공한다. 
  • Hot-pluggable(장치를 제거하려면 PC를 종료해야 함)이다.

SCSI & Serial SCSI(SAS)

• Parallel SCSI(Small Computer System Interface)
  • 일반적으로 host와 peripheral device를 연결하기 위한 표준 방식이다.
  • IDE/ATA에 비해 가격이 높다. 개인용 데스크탑에서는 잘 사용되지 않는다.
  • SCSI는 하이엔드 컴퓨터에서 선호되는 연결 프로토콜이다.
  • SCSI는 1개의 버스에 최대 16개의 디바이스를 지원하고 데이터 전송 속도는 640MB/s (Ultra-640)이다.
• Serial Attached SCSI(SAS)
  • SAS는 포인트 간 직렬 프로토콜로, 병렬 SCSI의 대안이 되고 있다.
  • 새로운 버전의 직렬 SCSI(SAS 2.0)은 6Gb/s의 데이터 전송 속도를 지원한다.

Fibre Channel & IP

• Fibre Channel(FC)
  • 파이버 채널은 스토리지 디바이스에 대한 초고속 통신을 지원하는 프로토콜이다.
  • 동선과 광섬유를 통한 직렬 데이터 전송을 지원한다.
  • 파이버 채널 최신 버전의 표준에서는 속도가 최대 128Gb/s로 향상되었다.
    • 8, 16, 32Gb/s 버전도 사용 중
• Internet Protocol(IP)
  • 전통적으로 IP는 호스트 간 통신에 사용하는 네트워크 프로토콜이다.
  • 새로운 기술의 등장으로 IP 네트워크를 호스트와 스토리지 간의 통신에 사용할 수 있게 됐다.
  • IP는 비용과 기술의 성숙도 면에서 큰 장점을 지니고 있으며, 조직이 갖고 있는 IP 기반 네트워크를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
    • iSCSI와 FCIP 프로토콜

데이터 센터의 주요 요소

애플리케이션 : 컴퓨팅 연산의 로직을 제공하는 컴퓨터 프로그램.

데이터베이스 관리 시스템 (RDBMS) : 서로 연관된 논리적 테이블에 데이터를 저장하기 위한 구조적인 방법을 제공한다.

호스트 또는 컴퓨터 : 애플리케이션과 데이터베이스를 실행하는 컴퓨팅 플랫폼.

네트워크 : 여러 네트워크 디바이스 간의 통신을 위한 데이터 이동 경로.

스토리지 : 데이터를 영속적으로 저장하기 위한 디바이스.

데이터 센터 요소에 대한 주요 요구 사항

Availability(가용성) : 언제 어디서든 서비스에 접근 가능해야 한다(정보를 즉시 제공해야 한다).

Security(보안) : 데이터 센터는 인증된 사람만 정보에 액세스할 수 있도록 정책과 절차를 수립하고 핵심 요소를 통합해야 한다.

Capacity(용량) : 데이터 센터 운영에는 많은 양의 데이터를 효율적으로 저장하고 처리하기 위한 적절한 리소스가 필요하다.

Scalability(확장성) : 필요 시 비즈니스 운영의 중단 없이 리소스를 확장할 수 있어야 한다.

Performance(성능) : 데이터 센터의 모든 요소는 서비스 레벨에 기반해 최적의 성능을 제공해야 한다.

Data Intergrity(데이터 무결성) : 데이터를 전송받는대로 올바르게 저장하고 추출되는지를 보장해야 한다.

(내결함성 : 하드웨어적인 요소들의 문제로 서비스가 중지되면 안 된다. 이 때문에 모든 부품들은 예비 용도로 이중화 처리가 되어 있다.)

데이터 센터 관리

모니터링 : 데이터 센터의 여러 엘리먼트와 수행되는 서비스들에 대해 지속적으로 정보를 수집해야 한다. 모니터링해야 할 것으로는 보안과 성능, 가용성, 용량이 있다.

보고 : 서로 연관된 논리적 테이블에 데이터를 저장하기 위한 구조적인 방법을 제공한다.

공급 : 애플리케이션과 데이터베이스를 실행하는 컴퓨팅 플랫폼.

네트워크 : 여러 네트워크 디바이스 간의 통신을 위한 데이터 이동 경로.

스토리지 : 데이터를 영속적으로 저장하기 위한 디바이스.

ex) 하드 디스크의 수명이 거의 다 되었을 때 모니터링을 통해 확인하고 보고함으로써 데이터의 손실을 방지할 수 있다.

Information Lifecycle Management

정보화 시대에 돌입하면서 데이터와 정보들이 폭발적으로 증가하고 있고 고가용성을 보장하기 위한 데이터의 복제 및 용도 변경도 정보 증가에 큰 영향을 끼치고 있다. 이렇게 폭증한 정보들은 비즈니스적 측면에서 성공의 여부를 좌우하는 중요한 역할을 하고 시장에서 경쟁 우위를 가지게 하는데, 이러한 정보의 가치는 계속 변화하고 있기 때문에 정보를 효율적으로 운용하기 위해서는 정보 수명주기 동안 정보의 가치를 이해해야 한다.

아래는 시간이 지남에 따라 변화하는 주문 정보의 가치를 나타낸 이미지이다.

Virtualization

가상화(Virtualization)는 물리적 리소스를 추상화하여 논리적 리소스로 보이게 하는 기술이다.

    - 물리적 디스크의 파티션

가상화는 여러 개의 물리적 리소스를 모아 하나로 합친 형태로 제공할 수 있다.

    - 스토리지 가상화

    - 컴퓨터 가상화

여러 개의 물리적 리소스를 모아 풀(pool)을 구성한 후, 여기서 가상 리소스를 만들어 공급할 수 있다.

    - 스토리지 풀에서 지정한 크기의 가상 디스크

    - 특정 CPU 파워와 메모리를 가진 가상 서버를 컴퓨터 풀에서 만들 수 있다.

클라우드 컴퓨팅의 특징

• 클라우드 컴퓨팅은 개인 및 조직이 IT 리소스를 네트워크를 통한 서비스로 사용할 수 있도록 지원한다.
• 클라우드 컴퓨팅은 완전히 자동화된 요청 및 공급 프로세스를 통해 셀프 서비스로 필요한 것을 요청할 수 있게 한다 (사용자가 컴퓨팅 리소스 사용을 신속하게 확장 또는 축소할 수 있다).
• 클라우드 컴퓨팅에서는 사용량 기반의 비용 청구가 가능하다 (사용자는 CPU 사용 시간과 데이터 전송량, 저장한 데이터의 용량 등 자신이 사용한 리소스에 대한 비용만 지불하면 된다).
• 클라우드 인프라 스트럭쳐는 보통 리소스 풀링과 빠른 리소스 공급을 제공하는 가상화된 데이터 센터를 기반으로 구축된다 (빠르게 서비스를 시작하고 경쟁해야 하는 프로젝트에서 온프레미스가 아닌 클라우드 서비스를 이용할 경우 이점이 있다).

가상화 프로그램은 HostOS 위에서 GuestOS를 실행시켜 동시에 여러개의 OS를 사용할 수 있게 해주는 프로그램이다. Megazone Cloud에서 제공해 준 랩탑은 Windows 10 환경이며, 여러 가상화 프로그램 중 무료로 사용 가능한 VMWare의 VirtualBox를 통해 CANONICAL 사에서 Linux 기반으로 개발한 Ubuntu Desktop을 설치한다고 한다. 강사님이 Ubuntu Desktop과 Ubuntu Server 두 가지가 있다고 하시는데 내가 아직 잘 모르기 때문에 그 부분은 추후에 정리하기로 하고 일단 설치와 셋업을 진행해보자.

www.virtualbox.org  주소로 들어가면 나오는 화면. 큼지막한 다운로드 버튼을 클릭해준다.

VirtualBox 6.1.26 platform packages에서 본인의 OS에 맞는 것으로 선택해 다운로드한다. 

또한 VirtualBox 6.1.26 Oracle VM VirtualBox Extension Pack에서 OS에 구애받지 않는 확장팩도 다운로드한다.

다운로드한 exe파일을 실행하면 VirtualBox Setup이 시작된다. 설치 경로, 설치 옵션 등을 원하는대로 선택한 후 설치를 끝낸다.

Extension Pack도 설치가 완료되었다.

바탕화면에 생긴 VirtualBox 아이콘을 눌러 실행시키면 나오는 초기화면이다. 파일 -> 환경설정으로 들어간다.

여기서 일반, 입력, 확장 이 3가지 부분을 세팅해 줄 것이다.

기본 머신 폴더의 경로를 지정해 줄 것이다. 가상 머신(ex Ubuntu, CentOS...)을 인식할 기본 위치인데, 가상화 프로그램을 포토샵 프로그램이라고 가정했을 때 이 가상 머신은 .psd 파일이 된다. 가상화 프로그램에서 가상 머신 파일을 실행시켜 GuestOS를 동작시키는 것이다.

C 드라이브에 새 폴더인 My Virtual Machines를 만들어 준 후에 그 위치를 잡아준다.

다음은 입력 설정이다. 가상 머신 탭으로 이동한 뒤 '호스트 키 조합'에 대응하는 키를 확인한다.

기본값은 Right Control로 되어 있을 것이다. 우리 교육 과정에서는 데스크탑과 별도의 키보드가 아닌 랩탑을 사용하기 때문에 Right Control 키가 없어 따로 재지정해주게 되었다. 강사님 말씀으로는 잘 안 쓰이는 키를 사용하는 편이 충돌을 막을 수 있다고 하신다.

확장 설정이다. 오른쪽에 작게 보이는 +버튼을 클릭한다.

아까 다운로드한 Extension Pack 파일이 잡힐 것이다. 이걸 선택해서 열기버튼을 누르면 된다.

가상화 프로그램 설치는 끝났으니 실행할 파일인 우분투를 다운로드 해야 한다.

www.ubuntu.com 에 접속하여 Download -> Ubuntu Desktop -> 20.04 LTS 를 클릭한다.

잠시 기다리면 다운로드가 시작된다. 용량이 어느 정도 있어서 설치에 시간이 좀 걸릴 것이다. iso 확장자명은 디스크 이미지를 말하는데 CD와 비슷한 개념이라고 생각하면 될 것 같다.

우분투 디스크 이미지의 다운로드가 완료되면 아까 설정을 마친 VirtualBox의 툴바에서 '새로 만들기'를 클릭한다.

머신 폴더는 아까 잡아둔 경로로 잡힐 것이고, 이름과 종류, 버전을 설정하면 되는데 이런 식으로 이름에 핵심 키워드가 들어오면 종류와 버전에서 자동으로 인식을 해 준다.

Ubuntu Desktop에 할당해 줄 메모리 크기이다.

우리 과정에선 지급받은 랩탑의 RAM이 16GB이므로 여유있게 4GB로 잡았다.

'만들기' 클릭

VirtualBox를 사용하고 있으므로 VDI로 선택하고 진행한다.

예를 들어 가상 하드 디스크의 크기를 100GB로 설정할 경우 '동적 할당'을 사용하면 초기에는 용량을 적게 잡아 먹고, Ubuntu Desktop에 프로그램, 파일 등이 설치됨에 따라 그만큼 늘어나는 용량을 가변적으로 커버해서 맥시멈 100GB까지 늘린다는 뜻이다. '고정 크기'는 말 그대로 시작부터 100GB를 할당해 주어서 용량이 많이 차기 전까지는 단편화(용량 낭비)가 많이 생긴다고 볼 수 있겠다.

가상 하드 디스크의 용량은 최대 100GB, 동적 할당으로 설정해 주었다.

성공적으로 사양 설정을 완료했다. 툴바에서 주황색 '설정' 버튼을 눌러 추가 설정을 하도록 하자.

시스템, 디스플레이, 저장소, 네트워크 총 4가지의 설정을 건드릴 것이다.

'시스템' 메뉴에 들어와 '마더보드' 탭의 '부팅 순서' 체크 리스트에서 '플로피'를 해제한다.

다음으로 '프로세서' 탭에 들어와서 프로세서 개수를 2개로 바꾼다. 듀얼 코어로 사용하기 위함이다.

'디스플레이' 메뉴에서 비디오 메모리를 최대인 128MB로 설정한다. GUI 환경에서 우분투를 사용하기 때문이다.

'저장소' 메뉴 -> 컨트롤러: IDE에서 비어 있음 선택 -> '광학 드라이브'는 'IDE 세컨더리 마스터' 선택 -> 옆의 파란색 디스크 아이콘 클릭 -> 디스크 파일 선택

다운로드했던 디스크 이미지 파일을 선택해서 열기를 누른다. 탐색기가 알아서 잡아주지 않을텐데 대체로 다운로드 폴더에 있다. 그렇지 않으면 파일 탐색기에 이름을 검색해서 찾으면 된다.

성공적으로 경로가 잡힌 모습.

마지막으로 '네트워크' 메뉴에서 '어댑터 1' 탭에 진입, 네트워크 어댑터 사용하기 체크 및 '다음에 연결됨'을 NAT로 설정해 주면 된다.

가상화로 시동되는 GuestOS가 인터넷에 접근하기 위해선 HostOS를 통해 Network Address Translation 과정을 거쳐 라우터를 통해 접근하는 NAT 방법과 직접 라우터를 통해 인터넷에 접근하는 Bridge가 있다고 한다.

툴바의 '시작' 버튼을 클릭한다.

상큼한 소리와 함께 우분투의 부팅이 완료되면 최초 세팅이 시작된다.

언어는 English 선택 후 Install Ubuntu를 클릭한다.

English(US) -> English(US) -> Continue

서드파티 소프트웨어도 설치하겠다는 체크박스만 추가적으로 선택한다.

Something else -> Continue

::: 중요한 부분 진입 :::

New Partition Table... 클릭 -> Continue

새로 생성된 free space 선택 -> 좌측의 +버튼 클릭 -> 화면에 보이는 것과 같이 swap area 할당.

같은 방식으로 /boot 할당.

*두 번째 파티션부터는 Type for the new partition이 기본적으로 Logical로 되어 있기 때문에 주의*

같은 방식으로 사이즈 건드리지 않고 나머지 공간 파티셔닝. 여기서도 Primary 부분을 잘 확인해야 한다.

사진과 같이 파티셔닝이 잘 되었는지 확인 후 Install Now -> Continue

지역 선택 - Seoul로 자동으로 잡힐 것이다. Next. (스크린샷은 못 찍음)

Your name - 본인 이름

Your computer's name - 우분투 리눅스를 사용한다는 점과 Desktop 버전임을 표기하면 알아보기 좋다.

username - 본인이 사용할 아이디

password - 비밀번호. 강력하게 설정하는 편이 좋지만 실습이기 때문에 간단하게 했다.

Continue;

패키지 인스톨이 끝나면 리스타트 창이 뜬다. 재시동이 되면 만들었던 계정으로 로그인하고 Welcome to Ubuntu라고 안내해주는 사항, 리포트 옵션 등을 선택하고 넘기면 세팅이 끝난다.

세팅 완료 후 뜨는 업데이트 창, X 버튼을 누른다.

이로써 모든 설치 과정과 설정이 끝났다.