컴퓨터 시스템에서의 가상화

 가상화(Virtualization)란?

가상화는 복잡한 컴퓨터 시스템을 더 단순하고 유연하게 사용할 수 있도록 추상화(Abstraction)하는 기술이에요.
실제 하드웨어를 직접 다루지 않고, 가짜(논리적인) 자원처럼 만들어서 더 효율적으로 활용할 수 있도록 해줘요.

 대표적인 가상화 기술

• 가상 메모리 (Virtual Memory) - 메모리 자원 가상화
• 가상 머신 (Virtual Machine) - 시스템 전체 가상화
• 컨테이너 (Containers) - 경량 가상화 (OS 수준)
• 하드웨어 가상화 (Hypervisor) - 물리 자원 분리
• Java Virtual Machine (JVM) - 언어 실행 환경 가상화

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 왜 가상화가 중요할까?

가상화는 단순히 기술이 멋있어서 쓰는 게 아니라, 현실의 여러 문제를 해결하고, 시스템을 더 효율적으로 운영</strong하게 해줘요.

가상화의 핵심 장점

• 자원의 효율적 활용: 하나의 물리 자원을 여러 작업이 공유함으로써 낭비 줄이기
• 격리 및 보안성 향상: 서로 다른 환경을 안전하게 분리
• 개발과 운영의 일관성: 어디서 실행해도 똑같이 작동하는 환경 제공
• 빠른 배포 및 테스트: 새로운 환경을 몇 초 안에 만들 수 있음
• 비용 절감: 하드웨어 수 줄이고, 유지비용 감소
• 확장성과 유연성: 클라우드 환경과 찰떡궁합!

예전에는 하나의 서버에 하나의 운영체제만 올릴 수 있었지만, 가상화 덕분에 하나의 서버에서 수십 개의 가상 머신 또는 컨테이너를 동시에 운영</strong할 수 있게 되었어요.
덕분에 클라우드 컴퓨팅, DevOps, 마이크로서비스</strong 같은 현대 소프트웨어 개발이 가능해졌죠!

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 가상 메모리 (Virtual Memory)

프로세스가 자신만의 독립적이고 넓은 메모리 주소 공간을 갖는 것처럼 보이게 해주는 기술이에요.
실제로는 가상 주소 → 물리 주소로 변환(address translation)되어 작동하죠.

 가상 메모리의 3가지 주요 기능

1. 효율적인 메모리 사용: RAM과 디스크를 조합해 캐시처럼 사용. 자주 쓰는 데이터만 메모리에 올림.
2. 간단한 메모리 관리: 모든 프로세스가 동일한 주소 구조 사용 (코드, 힙, 스택 등).
3. 보호 기능: 프로세스 간 메모리 침범을 방지해 안정성과 보안 향상.

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;

이 코드에서 p는 arr[0]의 가상 주소를 가리켜요. 우리가 C에서 사용하는 포인터, malloc, 스택, 배열 접근은 모두 가상 메모리 위에서 동작해요.

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가상 머신 (Virtual Machine)

하드웨어 전체(CPU, 메모리, 저장소 등)를 가상으로 흉내내는 시스템이에요.
여러 운영체제를 하나의 물리 머신에서 동시에 실행할 수 있게 해주죠.

예시: VMware, VirtualBox, KVM 등

사용 예시

• 서로 다른 운영체제 동시 실행 (Windows + Linux)
• 개발 환경 격리
• 서버 가상화로 자원 분배 최적화

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 컨테이너 (Containers, 예: Docker)

OS 수준에서 프로세스를 격리하여 실행하는 경량 가상화 기술이에요.
하드웨어 전체를 흉내 내는 VM보다 훨씬 가볍고 빠르게 실행돼요.

컨테이너의 특징

특징	설명
격리성	서로 독립된 환경에서 실행됨 (다른 컨테이너/호스트와 분리)
가벼움	VM보다 작고 빠름. OS 전체를 포함하지 않음
이식성	어디서든 동일한 환경으로 실행 가능
빠른 실행	몇 초 내 실행. 부팅 필요 없음
확장성	마이크로서비스 구조에 적합. 수백 개도 무리 없이 관리

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하드웨어 가상화 (Hardware Virtualization)

하이퍼바이저(Hypervisor)를 이용해 물리적 CPU, 메모리, 디스크 자원을 여러 개의 가상 머신으로 나누어 제공해요.

예시 도구

• KVM, Xen, VMware ESXi
• AWS EC2 같은 클라우드 서비스

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 Java Virtual Machine (JVM)

Java 코드는 바이트코드로 컴파일되고, JVM이라는 가상 머신 위에서 실행돼요.
덕분에 Java 프로그램은 운영체제에 상관없이 실행 가능하죠.

슬로건: Write once, run anywhere!

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요약: 가상화 vs 추상화 차이

• 추상화: 복잡한 내부를 감추고 필요한 것만 보여주는 것 (예: 파일 시스템, 함수)
• 가상화: 물리 자원을 소프트웨어적으로 나누거나 흉내내서 사용하는 것 (예: VM, 컨테이너)

가상화는 추상화의 일종으로 볼 수 있어요. 추상화를 활용해 실제와 다른 환경을 제공하니까요!