가상화(Virtualization): VM과 컨테이너, 그리고 Docker

in Blog / CS on 운영체제

가상화(Virtualization) 는 하드웨어 자원을 소프트웨어적으로 추상화해, 하나의 물리 컴퓨터를 여러 개의 독립된 시스템처럼 쓰는 기술이다. 이를 통해 하나의 물리 컴퓨터 위에서 여러 운영체제(OS) 와 여러 애플리케이션 환경 을 서로 격리된 상태로 실행할 수 있다.

1. 가상화의 두 종류: VM vs 컨테이너

항목 VM (Virtual Machine) Docker (Container)
OS 포함 VM마다 Guest OS 포함 호스트 커널 공유, 별도 OS 없음
부팅 속도 느림 (분 단위) 매우 빠름 (초 단위)
성능 비교적 낮음 거의 네이티브 수준
자원 사용 무거움 (OS 단위로 메모리 사용) 가벼움 (커널 공유)
격리성 강력함 비교적 약함 (커널 공유)
이미지 크기 수 GB 수 MB ~ GB
사용 사례 전체 OS 시뮬레이션, 강한 격리 마이크로서비스, CI/CD, 빠른 배포

전통적인 VM 구조

하드웨어 위에 하이퍼바이저(Hypervisor)를 두고, 각 VM이 Guest OS를 통째로 포함한다.

계층 내용
4. 가상 머신 VM 1 / VM 2 / VM 3 — 각각 Guest OS + App + Libs
3. 하이퍼바이저 Hypervisor
2. 호스트 OS Host OS
1. 물리 하드웨어 Hardware

각 VM이 운영체제 전체를 포함하므로 리소스가 무겁다.

컨테이너(Docker) 구조

컨테이너는 Guest OS 없이 호스트 OS의 커널을 공유하고, 애플리케이션과 라이브러리만 담는다.

계층 내용
4. 컨테이너 Container 1 / 2 / 3 — 각각 App + Libs (Guest OS 없음)
3. 컨테이너 엔진 Docker Engine
2. 호스트 OS Host OS (Linux 등)
1. 물리 하드웨어 Hardware

불필요한 OS가 없어 가볍고 빠르며, 자원을 효율적으로 쓴다.

2. 가상화가 필요한 이유

이유 설명
리소스 효율화 서버 1대를 여러 대처럼 나눠 쓰며 하드웨어 낭비를 줄인다
격리성(Isolation) 서로 다른 환경을 완전히 분리해, 한 앱이 죽어도 다른 앱에 영향이 없다
테스트/배포 자동화 개발 → 테스트 → 배포까지 동일한 환경을 유지한다 (특히 Docker)
보안성 서로 다른 사용자·프로세스를 독립적으로 운영할 수 있다

3. 가상화의 장점과 단점

장점

장점 설명
자원 효율성 물리 서버 하나로 여러 작업 수행
유연성 필요한 환경만 골라 빠르게 생성
테스트 용이 다양한 OS·설정을 실험 가능
격리성 보장 하나가 망가져도 다른 프로세스에 영향 없음
배포 자동화 Dockerfile로 같은 환경을 어디서든 재현

단점

단점 설명
성능 오버헤드 특히 VM은 OS 전체를 돌려 무겁다
복잡도 증가 관리·설정·보안에서 신경 쓸 게 많다
네트워크/디스크 이슈 가상화 계층이 개입되면 속도 손해 가능성
커널 의존성 (Docker) 호스트 커널에 의존 → 커널 레벨 취약점에 노출

4. C 개발에 Docker를 쓰는 이유

4-1. 개발 환경 일관성

시스템마다 컴파일러 버전·라이브러리·경로가 달라 “내 컴퓨터에선 되는데 다른 데선 안 되는” 문제가 생긴다. Dockerfile에 환경을 정의해두면 어디서든 동일한 환경에서 C 코드를 실행할 수 있다.

FROM gcc:latest
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN gcc main.c -o main
CMD ["./main"]

이렇게 하면 어디서 빌드해도 gcc 빌드 환경이 동일해진다.

4-2. 빌드 & 테스트 자동화

Makefile, CMake 빌드 시스템을 컨테이너에 넣어두면 코드를 푸시할 때 자동으로 빌드된다. GitHub Actions, Jenkins 같은 CI/CD와도 연동이 쉽다.

4-3. 실행 환경 호환 문제 해결

리눅스에서만 도는 코드라도, 맥이나 윈도우에서 Docker로 리눅스 환경을 띄우면 그대로 실행된다. 특정 라이브러리나 커널 기능이 필요한 프로젝트도 해당 환경을 그대로 재현할 수 있다.

4-4. 강의 / 과제 제출용

실습 환경이 제각각이면 문제가 생기므로 Docker로 통일하면 편하다. 팀원이나 교수에게 “이 Dockerfile 돌리면 됩니다”라고 전달하면 끝이다.

4-5. 보안성

악성 코드 실험이나 위험한 시스템 호출도 Docker의 격리된 환경에서 안전하게 테스트할 수 있다.

© 2022 JeongHwan Yun.