Part 2: 가상화 기술의 진화 (1960s-2000s)
가상화 기술의 진화 (1960s-2000s)
One Computer Becomes Many: The Magic of Virtualization
• IBM 메인프레임의 VM/370: 최초의 상업적 가상화 시스템
• 1980-1990년대 가상화 공백기: PC 혁명이 가져온 역설
• VMware의 x86 혁신: 불가능했던 가상화를 가능하게 만든 기술
• 클라우드 컴퓨팅의 토대: 가상화가 AWS, Azure를 만든 과정
I. IBM 메인프레임: 가상화의 탄생 (1961-1988)
1.1 문제의 시작: 너무 비싼 컴퓨터
1960년대 초, IBM System/360 메인프레임은 수백만 달러에 달하는 거대한 기계였습니다. 한 대의 컴퓨터를 여러 사용자가 공유해야 했지만, 기존의 일괄 처리(batch processing) 방식으로는 효율적인 공유가 불가능했습니다.
IBM 가상화 기술 발전사
혁신: 시분할(Time-sharing) 개념 도입
기술: 여러 사용자가 터미널로 하나의 컴퓨터 공유
한계: 사용자 간 완전한 격리 없음
혁신: 최초의 가상 머신 시스템
기술: 각자의 운영체제를 가진 가상 머신
한계: 실험적 프로젝트, IBM 연구소에서만 사용
혁신: 최초의 상업적 가상 머신 시스템
기술: System/370 하드웨어의 완전한 가상화
의미: 가상화가 상업적 기술로 확립됨
1.2 VM/370: 완전한 가상화의 실현
🔬 기술적 혁신: 하드웨어 추상화
Control Program (CP): 하이퍼바이저의 원조, 하드웨어 직접 관리
Conversational Monitor System (CMS): 각 가상 머신의 운영체제
완전한 격리: 가상 머신끼리 서로 영향을 주지 않음
동적 자원 할당: CPU와 메모리를 필요에 따라 배분
메인프레임 가상화 효과
• 하드웨어 활용률: 30-40%
• 작업 대기 시간: 수 시간~수 일
• 동시 사용자: 1명 (배치 작업 단위)
• 개발 생산성: 매우 낮음
• 하드웨어 활용률: 70-80%
• 작업 대기 시간: 수 초~수 분
• 동시 사용자: 수십~수백 명
• 개발 생산성: 대폭 향상
💰 경제적 파급 효과
1970년대 중반, IBM System/370-158 한 대 가격은 약 300만 달러(현재 가치 1,500만 달러)였습니다.
VM/370의 경제적 효과:
• 하드웨어 구매 비용 50-70% 절감
• 운영 비용 40-60% 절감
• 개발자 생산성 200-300% 향상
• 새로운 애플리케이션 개발 가능
“The Virtual Machine facility… provides each user with what appears to be a dedicated computing system, while actually allowing efficient sharing of the physical System/370 among many users.”
II. 가상화의 공백기: PC 혁명의 역설 (1980s-1990s)
2.1 PC 혁명이 가져온 변화
1980년대 개인용 컴퓨터의 등장은 컴퓨팅 패러다임을 완전히 바꿨습니다. 비싼 메인프레임을 공유할 필요가 없어지면서, 역설적으로 가상화 기술에 대한 관심도 사라졌습니다.
가상화가 사라진 이유들
• 1981년 IBM PC: $1,565 (현재 약 500만원)
• 1990년 386 PC: $2,000 (현재 약 400만원)
• 개인이 전용 컴퓨터를 소유하는 시대 도래
• 가상화를 지원하지 않는 CPU 설계
• 특권 명령어(privileged instructions) 처리 불가
• 메모리 보호 메커니즘 부족
• “한 사람, 한 컴퓨터” 개념 확산
• 자원 공유의 필요성 감소
• 가상화를 “메인프레임의 유물”로 인식
2.2 결과: 서버 확산과 비효율성
🏢 1990년대 데이터센터의 문제들
서버 확산(Server Sprawl): 애플리케이션마다 전용 서버
낮은 활용률: 대부분의 서버가 5-15%만 사용됨
높은 운영비: 전력, 냉각, 공간 비용 급증
관리 복잡성: 수백 대의 물리 서버 개별 관리
확장성 문제: 새 서버 도입에 주 단위 시간 소요
1990년대 서버 평균 활용률
유휴 상태 컴퓨팅 자원
대형 기업 연간 서버 비용
🤔 만약에… 가상화가 계속 발전했다면?
• 1980년대부터 효율적인 x86 가상화 기술 확보
• 서버 확산 문제 조기 해결
• 클라우드 컴퓨팅 10년 앞당겨 등장
• IT 비용 구조의 근본적 변화
III. VMware 혁명: x86 가상화의 부활 (1998-2010)
3.1 스탠포드 연구진의 돌파구
1998년, 스탠포드 대학교 연구진들이 설립한 VMware는 “불가능하다”고 여겨졌던 x86 가상화를 현실로 만들었습니다. 핵심은 바이너리 변환(Binary Translation) 기술이었습니다.
VMware 제품 진화사
혁신: 최초의 x86 가상화 소프트웨어
기술: 바이너리 변환으로 특권 명령어 처리
시장: 개발자 워크스테이션과 테스트 환경
혁신: 베어메탈 하이퍼바이저
기술: 하드웨어 직접 제어하는 Type-1 하이퍼바이저
시장: 대기업 데이터센터와 서버 가상화
혁신: 하드웨어 지원 가상화
기술: CPU 차원에서 가상화 명령어 지원
효과: 성능 오버헤드 대폭 감소
3.2 기술적 혁신: 바이너리 변환
🔧 x86 가상화의 기술적 도전
문제: x86 CPU는 가상화를 염두에 두고 설계되지 않음
• 17개의 민감한 명령어가 특권 모드에서만 실행
• 게스트 OS가 이 명령어들을 직접 실행하려 함
해결책: 바이너리 변환으로 실시간 명령어 수정
• 특권 명령어를 안전한 명령어로 동적 치환
• 게스트 OS는 자신이 가상화되고 있다는 것을 모름
• 기존 OS 수정 없이 가상화 환경에서 실행
하이퍼바이저 유형 비교
• 아키텍처: 하드웨어에서 직접 실행
• 장점: 최고 성능, 강력한 보안, 엔터프라이즈 기능
• 단점: 전용 하드웨어 필요, 복잡한 배포
• 용도: 프로덕션 데이터센터
• 아키텍처: 기존 OS 위에서 실행
• 장점: 설치 간편, 하드웨어 호환성 좋음, 저렴
• 단점: 호스트 OS 오버헤드, 제한적 성능
• 용도: 개발, 테스트, 데스크톱 가상화
3.3 시장 반응과 경쟁
📈 VMware의 시장 충격
2003년 마이크로소프트 참전: Virtual PC/Virtual Server 출시
2008년 Hyper-V 등장: Windows Server에 내장된 무료 가상화
오픈소스 대응: Xen, KVM 등 오픈소스 하이퍼바이저
결과: 가상화 기술의 대중화와 비용 하락
2008년 가상화 시장 규모
2010년 x86 서버 가상화 적용률
평균 가상화 통합 비율
가상화 후 하드웨어 활용률
IV. 클라우드 컴퓨팅의 토대: 가상화에서 서비스로 (2006-현재)
4.1 아마존 EC2: 가상화의 상품화
2006년 아마존이 출시한 EC2(Elastic Compute Cloud)는 가상화 기술을 완전히 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 가상 머신을 “서비스”로 판매하기 시작한 것입니다.
클라우드 가상화 발전사
혁신: 가상 머신을 시간당 서비스로 판매
기술: Xen 하이퍼바이저 기반 IaaS
의미: 인프라를 전기처럼 사용하는 시대 개막
혁신: 엔터프라이즈 클라우드 플랫폼
기술: Hyper-V 기반 가상 머신
의미: 기업들의 클라우드 채택 가속화
혁신: 경량 OS 수준 가상화
기술: 컨테이너 기반 애플리케이션 격리
의미: 가상화의 4세대 시작
혁신: 컨테이너 오케스트레이션
기술: 분산 시스템으로 컨테이너 자동 관리
의미: 현대 애플리케이션 플랫폼 완성
4.2 가상화 세대별 진화
가상화 기술 4세대 진화
• 기술: 하드웨어 기반 가상화
• 효율성: 70-80% 하드웨어 활용률
• 용도: 비싼 하드웨어의 멀티유저 시분할
• 기술: 소프트웨어 기반 가상화
• 효율성: 60-80% 하드웨어 활용률
• 용도: 데이터센터 통합과 비용 절감
• 기술: 서비스 기반 가상화
• 효율성: 80-95% 자원 활용률
• 용도: 온디맨드 컴퓨팅과 글로벌 스케일
• 기술: OS 수준 가상화
• 효율성: 90-98% 자원 활용률
• 용도: 마이크로서비스, CI/CD, 현대 애플리케이션
4.3 경제적 파급 효과
가상화의 경제적 혁명
• 하드웨어 비용: 60-80% 절감
• 전력 비용: 70-90% 절감
• 공간 비용: 80-95% 절감
• 관리 비용: 50-70% 절감
• 배포 시간: 주 단위 → 분 단위
• 확장성: 탄력적 스케일링
• 가용성: HA/DR 기능 내장
• 혁신 속도: 빠른 개발/테스트
2022년 글로벌 클라우드 시장
글로벌 기업 클라우드 사용률
컨테이너 기술 도입률
🌐 현대적 예시: Netflix의 가상화 활용
Netflix는 전 세계 2억 명의 사용자에게 서비스를 제공하기 위해 AWS의 가상화 인프라를 활용합니다:
• 10만 개 이상의 가상 머신 동시 운영
• 자동 스케일링으로 트래픽 변화 대응
• 마이크로서비스 아키텍처로 700개 이상 서비스 분산
• 컨테이너 기술로 초당 수천 건의 배포
V. 가상화의 유산과 미래: 60년 혁신의 결실
5.1 지속되는 핵심 원칙들
1965년 IBM CP-40부터 2024년 쿠버네티스까지, 가상화 기술의 핵심 원칙은 변하지 않았습니다. 추상화, 격리, 캡슐화라는 기본 개념이 60년간 일관되게 발전해왔습니다.
불변의 가상화 원칙들
물리적 하드웨어를 논리적 자원으로 변환
1965 IBM → 2024 Kubernetes까지 동일한 개념
각 가상 환경을 완전히 분리하여 안전성 보장
VM부터 컨테이너까지 모든 가상화 기술의 기본
애플리케이션과 환경을 하나의 패키지로 묶음
이식성과 관리 편의성의 핵심
물리적 자원을 효율적으로 분배하여 활용도 극대화
모든 가상화 기술의 경제적 동기
5.2 현대 IT 인프라의 DNA
가상화가 만든 현대 IT 생태계
AWS, Azure, GCP 등 모든 클라우드는 가상화 기술 위에 구축
전 세계 IT 인프라의 90% 이상이 가상화 환경에서 동작
Docker, Kubernetes로 대표되는 컨테이너 기술
마이크로서비스 아키텍처와 DevOps 문화의 기술적 토대
AWS Lambda, Azure Functions 등 FaaS
가상화의 최고 수준인 함수 단위 추상화
IoT, 5G 시대의 분산 컴퓨팅
가상화로 소형 엣지 서버에서도 복잡한 워크로드 처리
5.3 미래 전망: 차세대 가상화
🔮 차세대 가상화 기술들
WebAssembly (WASM): 브라우저를 넘어선 범용 가상화 플랫폼
unikernel: 단일 애플리케이션을 위한 최소한의 OS
Confidential Computing: 메모리 수준에서의 암호화 격리
Quantum Virtualization: 양자 컴퓨터의 가상화
AI-Driven Orchestration: 인공지능이 관리하는 자동화된 가상 인프라
🎯 핵심 통찰 (Key Insights)
🔄 기술의 순환
가상화는 중앙집중(메인프레임) → 분산(PC) → 재집중(클라우드)의 순환을 보여줍니다. 기술 발전은 선형이 아닌 나선형으로 진행됩니다.
💡 추상화의 힘
복잡성을 숨기고 단순한 인터페이스를 제공하는 추상화가 혁신을 가능하게 합니다. 클라우드 버튼 하나로 서버를 만드는 것은 60년 가상화 기술의 결실입니다.
🌍 경제적 필연성
가상화의 모든 혁신은 경제적 효율성에서 출발했습니다. 비싼 메인프레임 공유, 서버 통합, 클라우드 비용 절감 – 기술 발전의 원동력은 경제적 동기입니다.
📚 Primary Sources & Further Reading
주요 1차 자료
• IBM VM/370 System Introduction (1972) – IBM Corporation
• “Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures” – Popek & Goldberg (1974)
• VMware Technical Papers Collection (1998-2010)
• Intel VT-x Architecture Specification (2005)
• Amazon EC2 Service Launch Documents (2006)
핵심 기술서
• Smith, J. & Nair, R. (2005). “Virtual Machines: Versatile Platforms for Systems and Processes”
• Portnoy, M. (2012). “Virtualization Essentials”
• Marshall, D. (2011). “Advanced Server Virtualization”
• Morabito, R. (2015). “Hypervisors vs. Lightweight Virtualization: A Performance Comparison”
역사적 자료
• Computer History Museum – IBM VM/370 Collection
• VMware Corporate History Archives
• ACM Computing Surveys – Virtualization Special Issues
📖 다음 레슨 예고
Part 3: 분산 시스템의 도전과 해결 (1980s-2000s)
“구글이 해결한 불가능한 문제” – 전통적 데이터베이스로는 웹 스케일이 불가능했던 이유와 MapReduce, NoSQL이 만든 혁신을 탐구합니다.