오픈네뷸라

1. 개요

오픈네뷸라는 2005년 이그나시오 M. 요렌테와 루벤 S. 몬테로에 의해 연구 벤처로 시작된 오픈 소스 클라우드 컴퓨팅 플랫폼이다. 분산 인프라에서 가상 머신 관리를 위한 효율적인 솔루션을 제공하며, KVM, VMware, Xen 등 다양한 하이퍼바이저를 지원한다. 2008년 첫 공개 릴리스 이후, 오픈네뷸라는 지속적인 업그레이드를 통해 기능을 확장해왔으며, 스토리지, 네트워크, 가상화, 모니터링, 보안 기술을 통합하여 다계층 서비스 배포 및 확장을 지원한다. 아마존 EC2 쿼리, OCCI 등 다양한 클라우드 인터페이스를 제공하며, 클라우드 제공업체, 통신, 정보 기술 서비스 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.

2. 역사

오픈네뷸라 프로젝트는 2005년 이그나시오 M. 요렌테와 루벤 S. 몬테로에 의해 연구 벤처로 시작되었다. 2008년에 첫 번째 공개 릴리스가 발표되었다. 연구의 목표는 분산 인프라에서 가상 머신을 관리하기 위한 효율적인 솔루션을 만드는 것이었다. 또한 이러한 솔루션이 높은 수준으로 확장할 수 있는 능력을 갖는 것이 중요했다. 오픈 소스 개발과 활발한 개발자 커뮤니티는 그 이후 프로젝트를 성숙시키는 데 기여했다. 프로젝트가 성숙해짐에 따라 점점 더 많이 채택되기 시작했고, 2010년 3월에는 프로젝트의 주요 저자들이 C12G Labs를 설립했는데, 현재는 오픈네뷸라를 채택하거나 활용하는 기업에 부가가치 전문 서비스를 제공하는 OpenNebula Systems로 알려져 있다.

주요 업그레이드는 일반적으로 3~5년마다 이루어지며, 각 업그레이드에는 일반적으로 3~5개의 업데이트가 포함된다. OpenNebula 프로젝트는 주로 오픈 소스이며, 프로젝트를 지원하는 활발한 개발자 및 번역가 커뮤니티 덕분에 가능합니다. 버전 5.12부터 업그레이드 스크립트는 폐쇄 소스 라이선스 하에 있으며, 구독 없이는 비영리 클라우드를 운영하거나 프로젝트에 상당한 기여를 했다는 것을 증명하지 않는 한 버전 간 업그레이드가 불가능하다.

2.1. 릴리스 역사

오픈네뷸라는 여러 버전의 릴리스를 거치며 기능을 확장하고 개선해왔다.

* TP 및 TP2 버전은 Xen 하이퍼바이저 기반으로 호스트 및 VM 관리 기능을 제공하는 기술 미리보기였다.
* 버전 1.0은 최초의 안정적인 릴리스로, KVM 및 EC2 드라이버를 도입하여 하이브리드 클라우드를 지원했다.
* 버전 1.2는 문서 구조를 개선하고 하이브리드 기능을 추가했다.
* 버전 1.4는 퍼블릭 클라우드 및 가상 네트워크 관리를 구축하기 위해 oned 위에 퍼블릭 클라우드 API를 추가했다.
* 버전 2.0은 MySQL 백엔드, LDAP 인증, 이미지 및 가상 네트워크 관리 기능을 추가했다.
* 버전 2.2는 통합 가이드, 갱글리아(ganglia) 모니터링 및 OCCI(이후 릴리스에서 애드온으로 변환됨), API용 Java 바인딩 및 Sunstone GUI를 추가했다.
* 버전 3.0은 이전 버전에서 마이그레이션 경로, VLAN, 가상 네트워크를 위한 ebtables 및 OVS 통합, ACL 및 회계 서브시스템, VMware 드라이버, 가상 데이터 센터 및 데이터 센터 간 페더레이션을 추가했다.
* 버전 3.2는 VM용 방화벽 기능을 추가했다(나중에 보안 그룹에 의해 더 이상 사용되지 않음).
* 버전 3.4는 iSCSI 데이터 저장소, 클러스터를 일급 시민으로, 할당량을 도입했다.
* 버전 3.6은 가상 라우터, LVM 데이터 저장소 및 퍼블릭 OpenNebula 마켓플레이스 통합을 추가했다.
* 버전 3.8은 서비스 관리를 위한 OneFlow 구성 요소와 애플리케이션 통찰력을 위한 OneGate를 추가했다.
* 버전 4.0은 Ceph 및 Files 데이터 저장소와 onedb 도구를 지원한다.
* 버전 4.2는 새로운 셀프 서비스 포털(Cloud View) 및 VMFS 데이터 저장소를 추가했다.
* 버전 4.4는 2014년에 출시되었으며, 오픈 클라우드에서 여러 혁신을 가져왔고, 클라우드 버스팅을 개선했으며, 스토리지 로드 정책을 위해 여러 시스템 데이터 저장소의 사용을 구현했다.
* 버전 4.6을 통해 사용자는 지리적으로 분산된 서로 다른 데이터 센터에서 OpenNebula의 여러 인스턴스를 가질 수 있었는데, 이를 OpenNebula의 페더레이션이라고 한다. 또한 클라우드 소비자를 위한 새로운 클라우드 포털이 도입되었으며, App 마켓에서 OVA 가져오기 지원이 제공되었다.
* 버전 4.8은 마이크로소프트 애저 및 IBM에 대한 지원을 제공하기 시작했다. 개발자들은 또한 Cloud View에서 OneFlow에 대한 지원을 통합하여 플랫폼을 지속적으로 발전시키고 개선했다. 이는 최종 사용자가 이제 가상 머신 애플리케이션과 서비스를 탄력적으로 정의할 수 있다는 것을 의미했다.
* 버전 4.10은 Sunstone GUI와 지원 포털을 통합했다. 로그인 토큰도 개발되었으며, VMS 및 vCenter에 대한 지원이 제공되었다.
* 버전 4.12는 보안 그룹을 구현하고 vCenter 통합을 개선하기 위한 새로운 기능을 제공했다. 또한 여러 부서로 인해 클라우드를 추적하고 분석하기 위해 Show back 모델이 배포되었다.
* 버전 4.14는 새롭게 재설계되고 모듈화된 그래픽 인터페이스 코드인 Sunstone을 도입했다. 이는 코드 가독성을 향상시키고 새로운 구성 요소 추가 작업을 용이하게 하기 위한 것이었다.
* 버전 5.0 '마법사(Wizard)' 는 서로 다른 OpenNebula 인스턴스 간에 이미지를 공유하는 수단으로 마켓플레이스를 도입했다. Sunstone에서 네트워크 토폴로지 시각 도구를 사용하여 가상 라우터를 관리한다.
* 버전 5.2 '과잉(Excession)' 은 네트워크 통합을 돕기 위한 IPAM 서브시스템을 추가했으며, LDAP 그룹 동적 매핑을 추가했다.
* 버전 5.4 '메두사(Medusa)' 는 vCenter에 대한 전체 스토리지 및 네트워크 관리를 도입했으며, VM과 하이퍼바이저 간의 선호도를 정의하기 위한 VM 그룹에 대한 지원을 제공했다. 컨트롤러의 HA를 위한 자체 RAFT 구현.
* 버전 5.6 '블루 플래시(Blue Flash)' 는 확장성 향상과 UX 개선에 중점을 두었다.
* 버전 5.8 '엣지(Edge)' 는 인프라 컨테이너에 대한 LXD 지원, 자동 NIC 선택 및 DDC(Distributed Datacenters)를 추가하여 베어 메탈 공급자를 사용하여 엣지 및 하이브리드 클라우드 환경에서 원격 클러스터를 구축할 수 있게 했다.
* 버전 5.10 '부메랑(Boomerang)' 은 NUMA 및 CPU 고정, NSX 통합, 0MQ를 기반으로 하는 개편된 훅 서브시스템, DPDK 지원 및 Sunstone에 대한 2FA 인증을 추가했다.
* 버전 5.12 '불꽃놀이(Firework)' 업그레이드 스크립트 제거, AWS Firecracker 마이크로 VM에 대한 지원 추가, Docker Hub와의 새로운 통합, 보안 그룹 통합(NSX), Sunstone에 대한 여러 개선 사항, 개편된 OneFlow 구성 요소 및 개선된 모니터링 서브시스템.
* 버전 6.0 '무타라(Mutara)' "Edge Clusters"를 기반으로 하는 새로운 멀티 클라우드 아키텍처, 향상된 Docker 및 Kubernetes 지원, 새로운 FireEdge webUI, 개편된 OneFlow, 새로운 백업 기능.
* 버전 6.2 '레드 스퀘어(Red Square)' LXC 드라이버 개선, 워크로드 이식성에 대한 새로운 지원, 새로운 Sunstone GUI의 베타 미리보기.
* 버전 6.4 '아르케온(Archeon)' 온-프레미스 인프라 또는 AWS 베어 메탈 리소스를 사용하여 Ceph를 기반으로 하는 엣지 클러스터의 자동 배포 및 관리에 대한 새로운 지원, 네트워크 상태 개념 추가, 새로운 Sunstone GUI, LXC 드라이버 및 VMware vCenter와의 통합 개선, WHMCS용 새로운 모듈(EE 전용).
* 버전 6.6 '일렉트라(Electra)' 새로운 Prometheus 통합으로 새로운 Grafana 대시보드 세트와 결합된 고급 모니터링(EE 전용), 데이터 저장소 백엔드를 기반으로 하는 증분 백업에 대한 새로운 기본 지원과 restic(EE 전용) 및 rsync용 새로운 드라이버 개발, 가상 네트워크 및 VNF의 향상된 관리를 포함하여 통신 클라우드 환경에 대한 여러 개선 사항.
* 버전 6.8 '로제트(Rosette)' FireEdge Sunstone GUI에 새로운 가상 데이터 센터(VDC) 및 사용자 탭(예: 회계 및 쇼백 정보 표시), 여러 VM에서 통합 백업 정책을 생성하기 위한 백업 작업 도입, KVM 드라이버의 여러 개선 사항(예: CPU 플래그 미세 조정, 디스크 최적화, VM 비디오 사용자 지정 또는 Windows 성능 향상).
* 버전 6.10 '버블(Bubble)' 향상된 백업 기능(증분 백업, 제자리 복원, 선택적 디스크 복원, 사용자 지정 위치), 개선된 PCI 패스스루(장치 관리 단순화, 확장된 GPU 지원), 전원이 꺼지거나 일시 중지된 VM에 대한 더 나은 복구, 멀티 테넌시 업그레이드(사용자 지정 할당량, 제한된 속성) 및 Ubuntu 24 및 Debian 12에 대한 지원. 추가 개선 사항으로는 커뮤니티 에디션의 새로운 구성 요소(엔터프라이즈 에디션의 Prometheus 통합 및 Restic 백업 지원), 단순화된 배포(OpenNebula 클라우드 설정을 위한 새로운 플레이북 및 역할) 및 효율적인 VMware 마이그레이션(vCenter Server에서 OpenNebula 클라우드로의 간소화된 마이그레이션을 위한 향상된 OneSwap 도구)이 있다. 또한 FireEdge Sunstone UI는 이제 고급 기능과 최신 기술 스택으로 업데이트되었다.

3. 내부 아키텍처

3.1. 기본 구성 요소

오픈네뷸라는 다음과 같은 기본 구성 요소로 이루어져 있다.

* 호스트: 지원되는 하이퍼바이저를 실행하는 물리적 머신이다.
* 클러스터: 데이터 저장소와 가상 네트워크를 공유하는 호스트 풀이다.
* 템플릿: 가상 머신 정의이다.
* 이미지: 가상 머신 디스크 이미지이다.
* 가상 머신: 인스턴스화된 템플릿이다. 가상 머신은 하나의 라이프 사이클을 나타내며, 단일 템플릿에서 여러 가상 머신을 생성할 수 있다.
* 가상 네트워크: VM이 IP 주소를 자동으로 획득하기 위해 사용할 수 있는 IP 임대 그룹이다. 이는 물리적 네트워크를 매핑하여 가상 네트워크를 생성할 수 있도록 한다. 호스트의 해당 브리지를 통해 VM에서 사용할 수 있다. 가상 네트워크는 다음 세 가지 부분으로 정의할 수 있다.
# 물리적 네트워크 인프라의 기반.
# 사용 가능한 논리적 주소 공간(IPv4, IPv6, 듀얼 스택).
# 컨텍스트 속성(예: 넷 마스크, DNS, 게이트웨이). OpenNebula는 또한 DHCP, DNS 등과 같은 네트워킹 서비스를 제공하는 가상 라우터 어플라이언스와 함께 제공된다.

3.2. 배포 모델

오픈네뷸라 프로젝트의 배포 모델은 다음과 같은 고전적인 클러스터 아키텍처와 유사하다.

* 프런트 엔드 (마스터 노드)
* 하이퍼바이저가 활성화된 호스트 (워커 노드)
* 데이터 저장소
* 물리적 네트워크

=== 프런트 엔드 머신 ===
마스터 노드는 프런트 엔드 머신이라고도 하며, 모든 오픈네뷸라 서비스를 실행한다. 이 머신은 실제로 오픈네뷸라가 설치되는 머신이다. 프런트 엔드 머신의 오픈네뷸라 서비스에는 관리 데몬(oned), 스케줄러(sched), 웹 인터페이스 서버(선스톤 서버), 기타 고급 구성 요소가 포함된다. 이러한 서비스는 클러스터의 다른 머신에 작업을 대기, 스케줄링 및 제출하는 역할을 한다. 마스터 노드는 또한 전체 시스템을 관리하는 메커니즘을 제공한다. 여기에는 가상 머신 추가, 가상 머신의 상태 모니터링, 저장소 호스팅, 필요시 가상 머신 전송 등이 포함된다. 이 많은 기능은 호스트 상태, 성능, 용량 사용량과 같은 정보를 수집하는 모니터링 서브 시스템 덕분에 가능한다. 이 시스템은 확장성이 뛰어나며 실제 서버의 성능에 의해서만 제한된다.

=== 하이퍼바이저 활성화 호스트 ===
작업 노드, 즉 하이퍼바이저가 활성화된 호스트는 마스터 노드에 의해 제출된 모든 작업을 처리하는 데 필요한 실제 컴퓨팅 리소스를 제공한다. 오픈네뷸라 하이퍼바이저가 활성화된 호스트는 Vmware, Xen 또는 KVM과 같은 가상화 하이퍼바이저를 사용한다. KVM 하이퍼바이저는 기본적으로 지원되며 기본적으로 사용된다.

가상화 호스트는 가상 머신을 실행하는 물리적 머신이며, 다양한 플랫폼을 오픈네뷸라와 함께 사용할 수 있다. 가상화 하위 시스템은 마스터 노드에서 필요한 작업을 수행하기 위해 이러한 호스트와 상호 작용한다.

=== 스토리지 ===

데이터스토어는 가상 머신의 기본 이미지를 저장한다. 데이터스토어는 프런트 엔드에서 접근 가능해야 하며, NAS, SAN, 또는 직접 연결 스토리지와 같은 다양한 기술을 사용하여 이를 달성할 수 있다.

오픈네뷸라에는 시스템 데이터스토어, 이미지 데이터스토어 및 파일 데이터스토어의 세 가지 데이터스토어 클래스가 포함되어 있다. 시스템 데이터스토어는 가상 머신을 실행하는 데 사용되는 이미지를 저장한다. 이미지는 사용되는 스토리지 기술에 따라 원본 이미지의 전체 복사본, 델타 또는 심볼릭 링크일 수 있다. 이미지 데이터스토어는 디스크 이미지 저장소를 저장하는 데 사용된다. 가상 머신이 배포되거나 조작될 때 이미지 데이터스토어의 이미지가 시스템 데이터스토어로 이동하거나 이동된다. 파일 데이터스토어는 일반 파일을 위해 사용되며 커널, 램 디스크 또는 컨텍스트 파일에 자주 사용된다.

=== 물리적 네트워크 ===
물리 네트워크는 원격 위치에 있는 스토리지 서버와 가상 머신 간의 상호 연결을 지원하는 데 필요하다. 또한 프런트 엔드 머신이 모든 작업 노드 또는 호스트에 연결할 수 있는 것도 필수적이다. 최소한 두 개의 물리 네트워크가 필요한데, 오픈네뷸라는 서비스 네트워크와 인스턴스 네트워크를 필요로 하기 때문이다. 인스턴스 네트워크를 통해 가상 머신은 서로 다른 호스트에서 연결할 수 있다. 오픈네뷸라의 네트워크 서브 시스템은 기존 데이터 센터에 쉽게 적응할 수 있도록 쉽게 사용자 정의할 수 있다.

3.2.1. 프런트 엔드 머신

마스터 노드는 프런트 엔드 머신이라고도 하며, 모든 오픈네뷸라 서비스를 실행한다. 이 머신은 실제로 오픈네뷸라가 설치되는 머신이다. 프런트 엔드 머신의 오픈네뷸라 서비스에는 관리 데몬(oned), 스케줄러(sched), 웹 인터페이스 서버(선스톤 서버), 기타 고급 구성 요소가 포함된다. 이러한 서비스는 클러스터의 다른 머신에 작업을 대기, 스케줄링 및 제출하는 역할을 한다. 마스터 노드는 또한 전체 시스템을 관리하는 메커니즘을 제공한다. 여기에는 가상 머신 추가, 가상 머신의 상태 모니터링, 저장소 호스팅, 필요시 가상 머신 전송 등이 포함된다. 이 많은 기능은 호스트 상태, 성능, 용량 사용량과 같은 정보를 수집하는 모니터링 서브 시스템 덕분에 가능합니다. 이 시스템은 확장성이 뛰어나며 실제 서버의 성능에 의해서만 제한된다.

3.2.2. 하이퍼바이저 활성화 호스트

작업 노드, 즉 하이퍼바이저가 활성화된 호스트는 마스터 노드에 의해 제출된 모든 작업을 처리하는 데 필요한 실제 컴퓨팅 리소스를 제공한다. 오픈네뷸라 하이퍼바이저가 활성화된 호스트는 Vmware, Xen 또는 KVM과 같은 가상화 하이퍼바이저를 사용한다. KVM 하이퍼바이저는 기본적으로 지원되며 기본적으로 사용된다.

가상화 호스트는 가상 머신을 실행하는 물리적 머신이며, 다양한 플랫폼을 오픈네뷸라와 함께 사용할 수 있다. 가상화 하위 시스템은 마스터 노드에서 필요한 작업을 수행하기 위해 이러한 호스트와 상호 작용한다.

3.2.3. 스토리지

데이터스토어는 가상 머신의 기본 이미지를 저장한다. 데이터스토어는 프런트 엔드에서 접근 가능해야 하며, NAS, SAN, 또는 직접 연결 스토리지와 같은 다양한 기술을 사용하여 이를 달성할 수 있다.

오픈네뷸라에는 시스템 데이터스토어, 이미지 데이터스토어 및 파일 데이터스토어의 세 가지 데이터스토어 클래스가 포함되어 있다. 시스템 데이터스토어는 가상 머신을 실행하는 데 사용되는 이미지를 저장한다. 이미지는 사용되는 스토리지 기술에 따라 원본 이미지의 전체 복사본, 델타 또는 심볼릭 링크일 수 있다. 이미지 데이터스토어는 디스크 이미지 저장소를 저장하는 데 사용된다. 가상 머신이 배포되거나 조작될 때 이미지 데이터스토어의 이미지가 시스템 데이터스토어로 이동하거나 이동된다. 파일 데이터스토어는 일반 파일을 위해 사용되며 커널, 램 디스크 또는 컨텍스트 파일에 자주 사용된다.

3.2.4. 물리적 네트워크

물리 네트워크는 원격 위치에 있는 스토리지 서버와 가상 머신 간의 상호 연결을 지원하는 데 필요하다. 또한 프런트 엔드 머신이 모든 작업 노드 또는 호스트에 연결할 수 있는 것도 필수적이다. 최소한 두 개의 물리 네트워크가 필요한데, 오픈네뷸라는 서비스 네트워크와 인스턴스 네트워크를 필요로 하기 때문이다. 인스턴스 네트워크를 통해 가상 머신은 서로 다른 호스트에서 연결할 수 있다. 오픈네뷸라의 네트워크 서브 시스템은 기존 데이터 센터에 쉽게 적응할 수 있도록 쉽게 사용자 정의할 수 있다.

4. 기능

오픈네뷸라는 스토리지, 네트워크, 가상화, 모니터링 및 보안 기술을 통합하여 분산 인프라에서 가상 머신으로 다계층 서비스(컴퓨팅 클러스터)를 배포하고 확장한다. 데이터 센터 리소스와 원격 클라우드 리소스를 결합하여 할당 정책에 따라 리소스를 최적화한다.

이 툴킷은 통합 관리, 확장성, 보안 및 회계 기능을 제공한다. 사용자 및 그룹 관리, 접근 제어, 데이터 보호 기능을 통해 보안을 강화하고, 자원 사용량 추적 및 보고를 통해 회계를 지원한다.

클라우드 사용자와 관리자는 아마존 EC2 쿼리, OGF 오픈 클라우드 컴퓨팅 인터페이스, vCloud 등 다양한 클라우드 인터페이스를 선택할 수 있다. 또한, VMware vCenter, KVM, [https://linuxcontainers.org LXD/LXC], [https://firecracker-microvm.github.io AWS Firecracker] 등 다양한 하이퍼바이저를 지원하여 데이터 센터의 여러 하드웨어 및 소프트웨어 조합을 수용할 수 있다. 이러한 특징은 표준화, 상호 운용성, 이식성을 제공한다.

오픈네뷸라는 오픈네뷸라 시스템즈(구 C12G)에서 후원하며, 클라우드 제공업체, 통신, 정보 기술 서비스, 정부, 은행, 게임, 미디어, 호스팅, 슈퍼컴퓨팅, 연구소 및 국제 연구 프로젝트 등 다양한 산업에서 널리 사용된다.

5. 활용 분야

6. 한국 상황과 오픈네뷸라