KVM 가상화 입문부터 실전까지: 배포, 관리 및 네트워크 구성

이 글은 KVM 가상화 기술을 체계적으로 소개하며, 발전 역사, 배포 방법, 가상 머신 관리, 네트워크 모드 구성 및 명령줄을 통한 자동 설치를 다룹니다. 모든 명령은 CentOS/RHEL 환경에서 검증되었습니다.

I. KVM 발전 역사

KVM(Kernel-based Virtual Machine)은 오늘날 클라우드 컴퓨팅 분야의 주류 가상화 기술입니다. 그 발전 과정을 이해하면 업계가 왜 결국 KVM을 선택했는지 알 수 있습니다.

가상화 기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다: 폐쇄형 가상화(예: VMware, Microsoft Hyper-V)와 오픈소스 가상화(예: Xen, KVM).

초기 오픈소스 가상화의 대표 주자는 Xen이었습니다. AWS와 알리바바 클라우드는 초기에 모두 Xen 방식을 채택했습니다. 시트릭스의 XenServer 및 데스크톱 클라우드 제품인 FusionAccess(Citrix XenDesktop에 대응)도 Xen을 기반으로 했습니다. 화웨이의 FusionCompute도 6.3 버전 이전에는 Xen을 사용했습니다.

주요 이정표는 다음과 같습니다:

2008년: Red Hat이 KVM을 인수하고 RHEL 5.4에서 정식으로 KVM을 출시했습니다(RHEL 5.0에는 Xen이 탑재되었습니다).
2010년: OpenStack 프로젝트가 탄생했습니다. Red Hat은 IBM, Dell, VMware, Cisco, HP 등과 함께 KVM 오픈소스 커뮤니티를 포용하고 오픈소스 소프트웨어 재단 아래에서 생태계를 구축했습니다. 같은 시기에 시트릭스는 CloudStack 커뮤니티를 추진했습니다.
2014년: RHEL 5.11이 출시되었습니다(RHEL 5.x 시리즈의 수명 종료, 7년의 기술 지원 제공 및 KVM으로의 무료 업그레이드 가능).
2017년 전후: AWS가 KVM 기반 Nitro 플랫폼 인스턴스를 출시했고, 알리바바 클라우드와 전 세계 수많은 업체가 KVM을 전면 채택했습니다.

오늘날 주요 클라우드 서비스 제공업체의 가상화 기반은 기본적으로 KVM입니다. 화웨이의 FusionCompute 6.3도 Xen에서 KVM으로 전환했습니다. 2019년 IBM이 약 340억 달러에 Red Hat을 인수하면서 Ansible, GlusterFS, Ceph 등 Red Hat 생태계 프로젝트가 그 산하에 편입되었으며, 이는 이 기술 노선의 가치를 추가로 입증합니다.

II. KVM이란 무엇인가

KVM은 Kernel-based Virtual Machine의 약자입니다. 핵심 특징은 다음과 같습니다:

커널 업그레이드 불필요: 시스템 자체의 커널을 직접 재사용하며, 각 가상 머신은 하나의 프로세스로 실행됩니다.
경량 가상화 플랫폼: 기존 방식에 비해 더 가볍고 효율적입니다.
통합 관리: Xen/KVM 가상화 플랫폼 모두 통합 관리 플랫폼과 명령줄 도구를 제공합니다.

III. KVM 배포

1. KVM 필수 패키지 설치

전제 조건: 물리 머신 BIOS에서 가상화 지원 VT-x를 활성화합니다(대부분의 컴퓨터에서 기본 활성화됨). VMware 내부에 중첩 설치하는 경우 VMware 설정에서도 VT-x 지원을 활성화해야 합니다.

권장 리소스 구성: CPU 4코어, 메모리 4GB.

1
2


[root@cloud ~]# yum -y groupinstall "Virtualization*"
[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service

2. 그래픽 도구로 가상 머신 설치

이 실습에서는 그래픽 도구 virt-manager를 사용하여 가상 머신을 생성하고 설치합니다.

참고: 그래픽 마법사의 조작 과정은 이 글에서 스크린샷으로 보여드리지 않습니다. 본문은 명령줄 조작을 위주로 하며, 그래픽 인터페이스는 안내에 따라 클릭하면 완료할 수 있습니다. 또한, “호스트 머신"이란 KVM 가상 머신을 실행하는 머신을 의미합니다. 이 실습은 VMware에서 중첩 가상화를 수행하므로 여기서 호스트 머신은 물리 머신이 아닌 VMware 가상 머신입니다.

먼저 시스템 설치 이미지를 준비합니다: /isos 디렉터리를 생성하고 CentOS 8.4 ISO 파일을 복사합니다.

1

[root@cloud ~]# mkdir /isos

그래픽 관리 인터페이스를 실행합니다:

1

[root@cloud ~]# virt-manager

인터페이스에서 새 가상 머신 생성을 클릭하고, /isos에 넣은 ISO를 설치 소스로 선택한 후 마법사에 따라 CPU, 메모리, 디스크를 구성하면 설치가 완료됩니다. 설치된 가상 머신의 디스크 파일은 기본적으로 /var/lib/libvirt/images/ 디렉터리에 server1.qcow2와 같은 이름으로 저장됩니다:

1
2
3


[root@cloud ~]# cd /var/lib/libvirt/images/
[root@cloud images]# ls
server1.qcow2

3. 디스크 생성

이전 단계의 그래픽 설치 시 virt-manager가 자동으로 디스크를 생성합니다. 여기서는 수동 생성 방법을 소개하며, 이는 나중에 클라우드 이미지 제작 및 가상 머신에 디스크 추가 시 사용됩니다. qemu-img를 사용하여 qcow2 형식 디스크를 생성합니다:

1

[root@cloud ~]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/server1.qcow2 10g

팁: 이 방식으로 클라우드 이미지를 생성할 때 용량이 작을수록 생성 속도가 빠릅니다. 이미지를 최소한으로 만드는 방법을 연구해 볼 수 있습니다. 일반적으로 시스템 디스크는 성능 요구사항이 높지 않으며, 실제 성능 병목은 데이터 디스크에 있습니다.

4. 브리지 모드 생성 (업링크가 있는 가상 스위치)

네트워크 구성 디렉터리로 이동하여 기존 네트워크 인터페이스를 기반으로 브리지 구성을 복사합니다:

1
2


[root@cloud ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@cloud network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-br0

브리지 인터페이스 ifcfg-br0 편집:

1

[root@cloud network-scripts]# cat ifcfg-br0

1
2
3
4
5
6
7
8


TYPE=Bridge
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.8.99
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.8.254
DNS1=192.168.8.254

물리 인터페이스 ifcfg-ens33을 br0에 브리지하도록 편집:

1

[root@cloud network-scripts]# cat ifcfg-ens33

1
2
3
4
5


TYPE=Ethernet
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0

네트워크 구성을 다시 로드하고 연결을 재시작합니다:

1
2
3


[root@cloud ~]# nmcli connection reload
[root@cloud ~]# nmcli connection down ens33 ; nmcli connection up ens33
[root@cloud ~]# nmcli connection down br0 ; nmcli connection up br0

브리지 네트워크 구성

5. 클라우드 이미지 제작

요구사항: 사용자 정의 클라우드 머신 이미지를 생성합니다.

KVM 가상 머신 배포 완료 후, 가상 머신에 접속하여 필요한 소프트웨어를 설치합니다:

로컬 yum 저장소 구성
필수 패키지 설치:

1

# yum -y install net-tools vim-enhanced bash-completion cloud-init

/etc/cloud/cloud.cfg 구성 파일 편집, 실제 요구에 따라 매개변수 조정
/etc/ssh/ssh_host* 삭제
init 0으로 종료

마지막으로 이미지를 압축합니다:

1

[root@cloud images]# qemu-img convert -c -O qcow2 /var/lib/libvirt/images/server1.qcow2 /isos/server1.qcow2

IV. KVM 관리

virsh 대화형 인터페이스 진입:

1

[root@cloud ~]# virsh

주요 가상 머신 관리 명령은 다음과 같습니다.

모든 가상 머신 나열:

1
2
3
4


[root@cloud ~]# virsh list --all
  Id   Name      State
-------------------------
  -    server1   shut off

가상 머신 시작 / 종료 / 강제 종료 / 재부팅:

1
2
3
4


[root@cloud ~]# virsh start server1
[root@cloud ~]# virsh shutdown server1
[root@cloud ~]# virsh destroy server1
[root@cloud ~]# virsh reboot server1

6. 가상 머신 콘솔 인터페이스 진입

KVM 가상 머신에 진입하여 가상 머신에 가상 콘솔을 추가함으로써 호스트 머신에서 콘솔 방식으로 가상 머신에 접근할 수 있습니다.

가상 머신 내에서 grub 구성 편집:

1

[root@VM1 ~]# vim /etc/default/grub

GRUB_CMDLINE_LINUX 끝에 console=ttyS0 추가:

1

GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto resume=UUID=94e88e69-fad6-4d1f-99cf-0ba83cc793b5 rhgb quiet console=ttyS0"

grub 구성 재생성 및 재부팅:

1
2


[root@VM1 ~]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
[root@VM1 ~]# reboot

호스트 머신에서 콘솔 연결:

1

[root@cloud ~]# virsh console server1

콘솔 종료 단축키는 Ctrl + ]입니다.

7. 구성을 통한 가상 머신 디스크 추가

(1) 디스크 파일 생성:

1

[root@cloud images]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/disk2.qcow2 5g

(2) 구성 파일로 디스크 추가:

1

[root@cloud ~]# vim /etc/libvirt/qemu/server1.xml

구성에 다음 disk 섹션 추가:

1
2
3
4
5
6


<disk type='file' device='disk'>
  <driver name='qemu' type='qcow2'/>
  <source file='/var/lib/libvirt/images/disk2.qcow2'/>
  <target dev='vdb' bus='virtio'/>
  <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x07' slot='0x00' function='0x0'/>
</disk>

서비스 재시작 및 가상 머신 시작:

1
2
3


[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh start server1
[root@cloud ~]# virsh console server1

KVM 가상 머신 내에서 디스크 확인:

1
2
3


[root@localhost ~]# fdisk -l
/dev/vda
/dev/vdb

비교: Xen 가상화에서 디스크 장치명은 /dev/xvda, /dev/xvdb입니다.

8. KVM 가상 머신 빠른 생성

기존 가상 머신의 XML 구성을 복사하여 빠르게 생성:

1
2
3
4


[root@cloud qemu]# cp server1.xml server2.xml
[root@cloud qemu]# uuidgen
f3ccabc3-ca4c-41f2-8d6f-e99077c24eeb
[root@cloud qemu]# vim server2.xml

name, uuid, 디스크 경로 및 MAC 주소 등 주요 매개변수 수정:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16


<domain type='kvm'>
  <name>server2</name>
  <uuid>f3ccabc3-ca4c-41f2-8d6f-e99077c24eeb</uuid>
  <metadata>
  <disk type='file' device='disk'>
    <driver name='qemu' type='qcow2'/>
    <source file='/isos/server1.qcow2'/>
    <target dev='vda' bus='virtio'/>
    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x04' slot='0x00' function='0x0'/>
  </disk>
  <interface type='bridge'>
    <mac address='52:54:00:96:f6:a2'/>
    <source bridge='br0'/>
    <model type='virtio'/>
    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x01' slot='0x00' function='0x0'/>
  </interface>

서비스 재시작 및 새 가상 머신 시작:

1
2
3


[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh start server2
[root@cloud ~]# virsh list --all

V. KVM 네트워크 구성

KVM에는 일반적으로 세 가지 네트워크 모드가 있습니다: NAT 모드, 호스트 전용 모드(Host-Only), 브리지 모드.

1. NAT 모드

iptables 주소 변환(MASQUERADE)을 통해 NAT를 구현합니다:

1

# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.122.0/24 ! -d 192.168.122.0/24 -j MASQUERADE

또는 SNAT으로 소스 주소를 지정:

1

# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.122.0/24 ! -d 192.168.122.0/24 -j SNAT --to-source 192.168.8.99

NAT 모드 네트워크 토폴로지

NAT 규칙 확인:

1

[root@cloud ~]# iptables -t nat -nL

기본 네트워크 구성 파일은 /etc/libvirt/qemu/networks에 위치:

1
2
3


[root@cloud networks]# pwd
/etc/libvirt/qemu/networks
[root@cloud networks]# vim default.xml

2. 호스트 전용 모드

호스트 전용 모드에서는 가상 머신이 호스트 머신과만 통신할 수 있으며 외부 네트워크에 접근할 수 없습니다.

호스트 전용 모드 네트워크 토폴로지

3. KVM 가상 머신에서 인터넷 접근 허용

(1) VMware 호스트 머신에 인터넷 접근이 가능한 네트워크 인터페이스를 추가합니다.

(2) 호스트 머신 운영체제에 진입하여 이중 브리지를 구성합니다.

ifcfg-br0(내부망 브리지):

1
2
3
4
5
6


TYPE=Bridge
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.8.99
PREFIX=24

ifcfg-br1(외부망 브리지, DHCP):

1
2
3
4
5


TYPE=Bridge
NAME=br1
DEVICE=br1
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=dhcp

ifcfg-ens33을 br0에 브리지:

1
2
3
4
5


TYPE=Ethernet
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0

ifcfg-ens37을 br1에 브리지:

1
2
3
4
5


TYPE=Ethernet
NAME=ens37
DEVICE=ens37
ONBOOT=yes
BRIDGE=br1

서비스 재시작 및 가상 머신 종료:

1
2
3
4
5


[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh shutdown server1
Domain server1 is being shutdown
[root@cloud ~]# virsh shutdown server2
Domain server2 is being shutdown

KVM 내 server1 가상 머신의 네트워크 인터페이스를 br1에 브리지하도록 수정하고, VM1 내에서 IP 획득 방식을 DHCP로 변경:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


[root@VM1 ~]# nmcli connection modify enp1s0 ipv4.method auto autoconnect yes
[root@VM1 ~]# nmcli connection down enp1s0 ; nmcli connection up enp1s0
[root@VM1 ~]# ifconfig
enp1s0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.31.158  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.31.255
        inet6 fe80::5054:ff:fe96:f6a1  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 52:54:00:96:f6:a1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1253  bytes 279527 (272.9 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 119  bytes 17932 (17.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

외부 네트워크 연결 테스트:

1
2
3
4
5


[root@VM1 ~]# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (183.2.172.17) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=1 ttl=52 time=23.6 ms
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=2 ttl=52 time=24.3 ms
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=3 ttl=52 time=23.5 ms

VI. 명령줄로 KVM 가상 머신 설치

kickstart 자동 설치 스크립트를 활용하여 무인 방식으로 가상 머신을 일괄 설치할 수 있습니다.

1. 디스크 생성

1

[root@cloud images]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/server3.qcow2 10g

2. 자동 설치

virt-install로 설치 소스와 kickstart 파일을 지정:

1
2
3
4
5


[root@cloud ~]# virt-install -n server3 --memory 2048 --vcpu 2 \
  --disk /var/lib/libvirt/images/server3.qcow2 \
  --network bridge=br1 \
  -l http://192.168.31.96/pub \
  -x inst.ks=http://192.168.31.96/ks/ks01.cfg --vnc

kickstart 구성 파일 ks01.cfg 예시:

1

# vim /var/www/html/ks/ks01.cfg

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47


#version=RHEL8
# Use text install for fully unattended
text

repo --name="AppStream" --baseurl=http://192.168.0.107/pub/AppStream
repo --name="BaseOS" --baseurl=http://192.168.0.107/pub/BaseOS
reboot

%packages
@^minimal-environment
kexec-tools

%end

# Keyboard layouts
keyboard --xlayouts='us'
# System language
lang en_US.UTF-8

# Network information
network --bootproto=dhcp --activate --hostname=server3 --onboot=yes

# Use network installation media
url --url=http://192.168.0.107/pub/BaseOS

# Run the Setup Agent on first boot
firstboot --disable

ignoredisk --only-use=vda
clearpart --all --initlabel
autopart
# System timezone
timezone Asia/Shanghai --utc

# Root password
rootpw --iscrypted $6$c31XqEglO8ECIli0$enF8T.LW3OknT.178Vb9m2HHYD6dqRdKF2QZia5.G5Tv/zMD//04S2h61oBOKihJZwPIUmWxLc7oXuWtkHQy10
user --name=admin --password=$6$Ey847S5bcqYg8ktk$sd4BJeFF01IFsGOaFwRoqXoYuZ5H1RV3bLC6n6gQGa1tNAjplFDhTnm3Cjw2pgwltIE.xr27X7E/ro4gF2JSG1 --iscrypted --gecos="admin"

%addon com_redhat_kdump --enable --reserve-mb='auto'

%end

%anaconda
pwpolicy root --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --notempty
pwpolicy user --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --emptyok
pwpolicy luks --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --notempty
%end

참고: 위 설치 소스 주소(192.168.0.107), 호스트명(server3) 및 rootpw, user 뒤의 비밀번호 해시는 예시입니다. 실제 사용 시 자신의 환경 주소와 생성한 비밀번호 암호문으로 교체하십시오.

I. KVM 발전 역사#

II. KVM이란 무엇인가#

III. KVM 배포#

1. KVM 필수 패키지 설치#

2. 그래픽 도구로 가상 머신 설치#

3. 디스크 생성#

4. 브리지 모드 생성 (업링크가 있는 가상 스위치)#

5. 클라우드 이미지 제작#

IV. KVM 관리#

6. 가상 머신 콘솔 인터페이스 진입#

7. 구성을 통한 가상 머신 디스크 추가#

8. KVM 가상 머신 빠른 생성#

V. KVM 네트워크 구성#

1. NAT 모드#

2. 호스트 전용 모드#

3. KVM 가상 머신에서 인터넷 접근 허용#

VI. 명령줄로 KVM 가상 머신 설치#

1. 디스크 생성#

2. 자동 설치#