Ubuntu에서 본격 가상화! KVM 환경 구축·운용·문제 해결 가이드 (초·중급자용)

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KVM와 다른 가상화 기술의 비교

주요 가상화 기술의 종류

• KVM（Kernel-based Virtual Machine） KVM은 Linux 커널에 내장된 가상화 기능으로, 호스트 OS가 Linux인 것이 전제입니다. 하드웨어 가상화 지원 기능(Intel VT 및 AMD‑V)을 이용함으로써 가상 머신의 성능이 높고, 실제 운영에도 충분히 견딜 수 있는 것이 큰 특징입니다. 명령어 조작 및 관리 도구(virt‑manager 등)를 사용하여 유연하게 운영할 수 있습니다。
• VirtualBox VirtualBox는 Oracle사가 제공하는 데스크톱용 가상화 소프트웨어로, Windows, Mac, Linux 등 다양한 플랫폼에서 동작합니다. 인터페이스가 이해하기 쉬워 개인 용도나 학습 목적에 많이 사용됩니다. 다만, KVM에 비하면 상용 환경이나 고부하 용도에는 다소 부적합한 면도 있습니다。
• VMware（VMware Workstation/ESXi등） VMware는 업무용으로도 많이 사용되는 상용 가상화 제품입니다. 기능이 풍부하고 지원도 충실하지만, 유료 라이선스가 필요하다는 점이 큰 차이점입니다. 특히 대규모 기업 반면, 비용 부담이 있습니다。

KVM의 장점

• 높은 성능과 안정성 KVM은 Linux 커널의 일부로 동작하기 때문에 리소스 효율이 좋고, 가상 머신마다 할당되는 CPU와 메모리 제어도 세밀하게 할 수 있습니다. 실제 업무 시스템 운영에도 견딜 수 있는 안정성이 매력입니다。
• 오픈소스이며 비용이 들지 않는다 KVM은 완전히 오픈소스이며, 라이선스 비용이 들지 않습니다. 저비용으로 가상화 기반을 구축하고자 할 때에도 최적입니다。
• 다양한 관리 도구와 자동화 명령줄 도구(virsh 및 virt‑install)와 GUI 관리 도구(virt‑manager) 등, 용도에 맞는 다양한 관리 방법이 있습니다. 자동화와 스크립트화도 용이하여 DevOps 및 인프라 관리에 적합합니다。

KVM의 단점

• 호스트 OS가 Linux에 한정됨 KVM은 Linux 커널을 전제로 하기 때문에 Windows나 Mac 호스트 환경에서는 사용할 수 없습니다。
• 초기 설정 및 문제 해결에 Linux 지식이 필요 GUI 도구도 제공되지만, 네트워크 설정 및 세밀한 튜닝에는 명령어 조작이나 Linux 고유의 지식이 요구되는 경우가 있습니다。

어떤 경우에 KVM을 선택해야 할까?

• 물리 서버의 자원을 효율적으로 활용하고 싶을 때
• 본격적인 업무 시스템이나 서버 용도로 가상화를 이용하고 싶을 때
• 비용을 절감하면서 본격적인 가상화 기반을 구축하고 싶을 때
• Linux 서버 운영 및 인프라 관리를 자동화하고 싶을 때

Ubuntu에서 KVM 환경 구축【설치 및 초기 설정】

필요한 요건 및 사전 확인

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

KVM 및 필요한 패키지 설치

sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager

• qemu-kvm：KVM 가상화의 본체
• libvirt-daemon-system, libvirt-clients：가상 머신 관리 서비스
• bridge-utils：네트워크 브리지용 도구
• virt-manager：GUI로 가상 머신을 관리할 수 있는 도구

사용자 그룹 설정 및 권한 부여

sudo usermod -aG libvirt $(whoami)
sudo usermod -aG kvm $(whoami)

KVM 서비스 동작 확인

sudo systemctl status libvirtd

virsh list --all

가상 머신 생성 및 기본 작업

virt-manager(GUI)를 사용한 가상 머신 생성

1. “애플리케이션”이나 명령줄에서 virt-manager를 실행합니다.
2. 화면 왼쪽 위의 “새로 만들기” 버튼을 클릭합니다.
3. 설치 미디어(ISO 이미지 등)의 위치를 지정하고, 게스트 OS 종류(예: Ubuntu, Windows)를 선택합니다.
4. 가상 머신에 할당할 CPU 수, 메모리, 디스크 용량 등을 설정합니다.
5. 설정 내용을 확인하고, “완료”를 클릭하면 가상 머신이 생성되고, 설치 화면이 표시됩니다.

virt-install(CLI)를 이용한 가상 머신 생성

sudo virt-install 
  --name ubuntu-vm 
  --memory 2048 
  --vcpus 2 
  --disk size=20 
  --cdrom /path/to/ubuntu.iso 
  --os-type linux 
  --os-variant ubuntu20.04 
  --network network=default 
  --graphics vnc

• --name: 가상 머신 이름
• --memory: 할당할 메모리(MB 단위)
• --vcpus: 할당할 CPU 코어 수
• --disk size=20: 가상 디스크 용량(GB 단위)
• --cdrom: 설치에 사용할 ISO 이미지 경로
• --os-type, --os-variant: OS 종류 및 버전 지정
• --network: 연결할 네트워크
• --graphics: 그래픽 모드(VNC 등)

가상 머신 시작·정지·삭제·스냅샷 생성

• 가상 머신 시작

  virsh start <가상 머신 이름>

• 가상 머신 정지

  virsh shutdown <가상 머신 이름>

• 가상 머신 강제 정지

  virsh destroy <가상 머신 이름>

• 가상 머신 삭제(디스크도 함께 삭제할 경우 주의)

  virsh undefine <가상 머신 이름>

• 스냅샷 생성

  virsh snapshot-create-as <가상 머신 이름> <스냅샷 이름>

네트워크 설정 및 확장

기본 NAT(virbr0)와 브리지 네트워크의 차이

• virbr0(NAT 방식)의 특징
• 가상 머신은 외부 인터넷에 접근할 수 있다
• 하지만, 호스트나 다른 네트워크에서 가상 머신으로 직접 접근하려면 포트 포워드 등의 설정이 필요하다
• 가정이나 개발 환경, 테스트 용도에 적합하다

• 브리지 네트워크의 특징
• 가상 머신이 호스트와 동일한 네트워크 세그먼트에 참여할 수 있다
• 물리 PC나 다른 서버에서도 가상 머신에 직접 접근 가능하다
• 사내 서버나 서비스 공개 등 본격 운영에 최적이다

커스텀 브리지 구축·설정 절차(LAN 접근용)

1. bridge-utils 설치(이미 설치된 경우는 불필요)

   sudo apt install bridge-utils

2. 네트워크 설정 파일 편집 Ubuntu 18.04 이후는 Netplan이 사용됩니다. /etc/netplan/01-netcfg.yaml 등의 설정 파일을 편집합니다. 예:

   network:
     version: 2
     renderer: networkd
     ethernets:
       eth0:
         dhcp4: no
     bridges:
       br0:
         interfaces: [eth0]
         dhcp4: yes

3. 설정 적용

   sudo netplan apply

4. KVM 측에서 새로운 브리지(br0)를 네트워크에 추가 virt-manager나 virsh를 사용해 가상 머신의 네트워크 어댑터를 br0로 전환합니다.

가상 머신의 IP 주소 고정·포트 포워드 설정

• IP 주소 고정 가상 머신의 OS 측에서 정적 IP 주소를 설정하거나, DHCP 서버에서 MAC 주소별로 고정 할당을 하는 것이 일반적입니다.
• 포트 포워드 설정(NAT 사용 시) virsh 명령이나 libvirt의 XML 설정으로 특정 포트(예: SSH나 웹 서버)를 호스트→가상 머신으로 전달할 수 있습니다. 예(SSH를 22번 포트로 전달):

  virsh nat-forward --network default --add-port tcp:2222:22

스토리지 관리와 디스크 조작

가상 디스크(qcow2, raw)의 종류와 용도

• qcow2 형식
• KVM의 표준 가상 디스크 포맷
• 스냅샷 획득 및 디스크 압축, 공간 절약에 대응
• 유연한 운영 및 검증 환경에 최적
• raw 형식
• 데이터 변환이나 압축이 이루어지지 않는 단순한 포맷
• 성능을 중시하거나 스토리지 IO 성능을 최대화하고 싶을 때 유효

스토리지 풀 생성·관리

• 기본 스토리지 풀 설치 직후는, /var/lib/libvirt/images/가 기본 스토리지 풀입니다. 가상 디스크는 이 디렉터리 내에 생성됩니다.
• 새 스토리지 풀 생성(예)

1. 디렉터리를 준비 sudo mkdir /data/kvm-images sudo chown libvirt-qemu:kvm /data/kvm-images
2. virt-manager 또는 virsh 명령으로 새 풀을 추가 (virsh인 경우): virsh pool-define-as --name mypool --type dir --target /data/kvm-images virsh pool-autostart mypool virsh pool-start mypool

가상 디스크 확장·스냅샷 활용

• 가상 디스크 확장 디스크 용량을 늘리고 싶을 경우, qemu-img 명령으로 확장이 가능합니다(qcow2, raw 모두 지원).

  sudo qemu-img resize /var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2 +10G

• 스냅샷 활용 qcow2 형식의 디스크에서는 스냅샷을 생성하여 원하는 시점의 상태를 저장할 수 있습니다.

  virsh snapshot-create-as <가상 머신 이름> <스냅샷 이름>

게스트 OS 설치 및 운영

대표적인 게스트 OS 도입 절차

• Ubuntu의 경우

1. Ubuntu 공식 사이트에서 최신 ISO 이미지를 다운로드합니다.
2. virt-manager를 사용하는 경우, “새 가상 머신 만들기” 화면에서 “로컬 설치 미디어”를 선택하고 다운로드한 ISO 파일을 지정합니다.
3. 가상 머신의 CPU·메모리·디스크 용량을 설정하고 설치를 시작합니다.
4. 화면 안내에 따라 일반적인 Ubuntu 설치 작업을 진행합니다.

• Windows의 경우

1. Microsoft 공식 사이트에서 Windows 평가판 ISO 이미지 등을 얻습니다.
2. virt-manager 또는 virt-install을 사용해 새 가상 머신을 만들고 ISO 파일을 선택합니다.
3. Windows인 경우 “virtio 드라이버”를 설치하면 디스크와 네트워크 성능이 향상됩니다. virtio ISO도 가상 CD 드라이브에 마운트하여 설정 시 적용하면 좋습니다.

ISO 이미지 획득 및 로드

• 게스트 OS 설치에는 공식 사이트에서 다운로드한 ISO 이미지를 사용합니다.
• 가상 머신 생성 시 ISO 파일 경로를 지정하면 가상 CD/DVD로 마운트할 수 있습니다.
• 필요에 따라 여러 ISO(OS와 드라이버)를 동시에 마운트하는 것도 가능합니다.

게스트 OS 운영 시 팁·성능 향상 방안

• 리소스 할당 최적화 가상 머신에 할당하는 CPU와 메모리를 적절히 설정합시다. 필요 이상으로 리소스를 할당하면 호스트 OS나 다른 가상 머신에 영향을 미칩니다。
• virtio 드라이버 도입 게스트 OS가 Windows이거나 오래된 Linux인 경우, virtio 드라이버를 설치하면 디스크와 네트워크 성능이 크게 향상됩니다。
• 불필요한 서비스 중지 게스트 OS에서 사용하지 않는 서비스나 상주 프로그램을 비활성화함으로써 리소스를 효율적으로 활용할 수 있습니다。
• KVM 게스트 도구 활용 QEMU Guest Agent를 도입하면 가상 머신의 정보 조회 및 셧다운 등 작업이 보다 정확해집니다。

실전 활용 사례와 자동화 팁

서버 용도의 활용 사례

• 개발·테스트 환경의 분리 프로젝트마다 가상 머신을 준비하여, 소프트웨어 버전 및 구성을 자유롭게 전환할 수 있는 환경을 구현할 수 있습니다. 새로운 버전의 OS나 소프트웨어를 시험할 때에도, 프로덕션 환경에 영향을 주지 않고 검증할 수 있는 것이 큰 장점입니다.
• 사내 서비스 구축 파일 서버, Web 서버, 데이터베이스 서버 등 여러 서비스를 가상 머신 단위로 분리하여 운영함으로써, 장애 발생 시 영향 범위를 제한할 수 있습니다。 또한, 가상 머신 단위의 백업 및 스냅샷도 용이합니다.

CLI 및 Ansible 등을 이용한 자동 구축 예시

• CLI에 의한 가상 머신 자동 생성 스크립트를 사용하여virt-install와virsh 명령을 자동 실행하면, 여러 가상 머신을 일괄적으로 생성·관리할 수 있습니다. 예: 쉘 스크립트를 이용한 가상 머신 생성

  for i in {1..5}
  do
    virt-install --name test-vm-$i --memory 1024 --vcpus 1 
      --disk size=10 --cdrom /path/to/ubuntu.iso 
      --os-type linux --os-variant ubuntu20.04 --graphics none --network network=default --noautoconsole
  done

• Ansible에 의한 가상 환경 구축 인프라 자동화 도구 “Ansible”을 활용하면, 플레이북을 작성하기만 하면 KVM 가상 머신의 생성 및 초기 설정, 애플리케이션 도입까지 일괄 자동화할 수 있습니다。 서버 대수가 많거나, 구성 관리의 일관성을 중시하는 경우에 특히 유효합니다。

클라우드와 같은 운영을 위한 팁

• 가상 머신 템플릿화 자주 사용하는 초기 상태의 가상 머신을 템플릿으로 저장해 두면, 새로운 서버의 배포가 순식간에 완료됩니다。
• API 연동·Web 기반 관리 도구 활용 libvirt에는 API도 제공되므로, 독자 도구나 다른 관리 시스템과 연동하는 것도 가능합니다. 대규모 환경에서는 Web 기반 관리 도구(Cockpit 등)를 활용하면, 시각적으로 가상 환경을 관리할 수 있습니다。

문제 해결·자주 발생하는 오류 해결

KVM에서 발생하기 쉬운 문제 예시

• 가상 머신이 부팅되지 않음/생성되지 않음
• 가상화 지원 기능(Intel VT, AMD-V)이 비활성화되어 있음
• 할당된 메모리나 디스크 용량이 부족함
• 스토리지 풀이나 ISO 이미지 경로가 잘못되어 있음
• 네트워크 연결이 안 됨
• 가상 머신의 네트워크 어댑터가 올바르게 설정되지 않음
• 브리지나 NAT 설정 오류, DHCP 할당 불량
• 방화벽 및 보안 설정의 영향
• 성능이 극도로 낮음
• 리소스 할당 과다/부족
• Virtio 드라이버가 도입되지 않음(특히 Windows 게스트)
• 디스크 I/O가 병목 현상이 되고 있음

로그 확인 방법·기본적인 해결 흐름

• 시스템 로그 확인

  sudo journalctl -xe

• libvirt 로그 확인 /var/log/libvirt/ 아래에 있는 로그 파일(예: libvirtd.log)도 유용합니다.
• 가상 머신별 로그 virt-manager와 virsh로 가상 머신 상태를 확인하고, “상세” 및 “로그” 탭에서 오류 내용을 조사합니다.
• 네트워크 상태 확인

  ip a
  brctl show
  virsh net-list --all

1. 상황을 정리하고, 언제부터 문제가 발생했는지 파악한다
2. 위 로그와 설정을 확인한다
3. 필요에 따라 설정 파일을 수정하고, 서비스 재시작이나 가상 머신 재생성을 시도한다

공식 문서 및 커뮤니티 활용법

• 공식 문서 Ubuntu 공식 KVM 문서 libvirt 공식 문서
• 커뮤니티 포럼·Q&A 사이트
• Ubuntu Forums
• Ask Ubuntu
• Stack Overflow
• 오류 메시지로 검색 발생한 오류 메시지를 일본어·영어 모두로 Google 검색하면 많은 사례를 찾을 수 있습니다.

보안·성능 최적화

가상화 환경 보안 강화 방안

• 불필요한 서비스 중지·최소 구성 가상 머신 내에서 사용하지 않는 서비스는 비활성화하고, 공격 대상을 최소화합시다. 또한, 호스트 OS도 마찬가지로 불필요한 서비스를 중지합니다.
• 방화벽 및 접근 제한 철저 호스트·게스트 양쪽에서 방화벽(예: ufw와 firewalld)을 적절히 설정하여 외부의 불법 접근을 차단합니다. SSH 접근은 포트 번호 변경, 공개키 인증, fail2ban 등으로 보호하는 것이 권장됩니다.
• 가상 머신 간 격리(네트워크 세그먼트 분리) 중요한 서버끼리는 가상 네트워크를 분리하거나 물리적으로 네트워크를 분리함으로써, 만일의 침해 시 피해 확대를 방지할 수 있습니다.
• 정기적인 업데이트 철저 호스트 OS·게스트 OS 모두 보안 패치와 소프트웨어 업데이트를 꾸준히 수행합시다.

리소스 할당 최적화(CPU/메모리/디스크 I/O)

• 리소스 관리 기본 가상 머신마다 CPU와 메모리를 적절히 배분하고, 호스트 측에 여유를 남겨 전체 안정성을 유지합니다. 과도한 리소스 할당은 호스트·다른 가상 머신 양쪽의 성능 저하를 초래합니다.
• 디스크 I/O 최적화 스토리지 성능이 병목이 되기 쉬우므로, 중요한 가상 머신에는 고속 SSD 스토리지를 할당하는 것이 효과적입니다. 또한, qcow2 형식의 스냅샷을 많이 사용하면 성능 저하 원인이 될 수 있으니 운영 균형을 고려합시다.
• virtio 드라이버 활용 게스트 OS에 virtio 드라이버를 도입하면 디스크와 네트워크 성능이 크게 향상됩니다.

백업·스냅샷 자동화

• 스냅샷 정기 획득 운영 중인 가상 머신은 정기적으로 스냅샷을 확보함으로써 장애 시 신속한 복구가 가능합니다.
• 가상 디스크 및 설정 파일 백업 가상 디스크 이미지(qcow2 또는 raw 파일)와 libvirt 설정 XML 파일은 정기적으로 별도 스토리지나 외부 서버에 백업합시다.
• 자동화 도구와 연계 cron이나 Ansible 등의 자동화 도구를 사용하면 백업 및 스냅샷 획득을 정기적으로 실행할 수 있습니다.

요약·향후 학습 리소스

이 글의 요약

• KVM의 개요와 장점 KVM은 오픈소스이면서 고성능 가상화 기술이며, Ubuntu 서버를 중심으로 다양한 상황에서 사용됩니다.
• 설치부터 운영까지의 흐름 CPU 가상화 지원 기능 확인부터 필요한 패키지 설치, 사용자 권한 설정, 가상 머신 생성 및 기본 조작까지, 단계별로 설명했습니다.
• 네트워크·스토리지·운용 실전 포인트 기본 NAT와 브리지 등 용도에 맞는 네트워크 구성, 스토리지 풀 관리와 디스크 확장, 스냅샷 활용 방법도 배웠습니다.
• 문제 대응 및 보안 자주 발생하는 오류에 대한 대처법, 로그 확인 방법, 그리고 안전하고 효율적인 운영을 위한 보안·최적화 포인트도 소개했습니다.

향후 단계·추천 학습 리소스

• 공식 문서
• Ubuntu 공식 KVM 가이드
• libvirt 공식 문서
• Ask Ubuntu
• Qiita KVM 태그
• Stack Overflow(영어)

명령어 빠른 참고표 및 자주 사용하는 설정 예시（치트시트）

KVM/virsh/virt-manager 주요 명령어 목록

• 가상 머신 목록 표시

  virsh list --all

• 가상 머신 시작

  virsh start <가상머신명>

• 가상 머신 종료

  virsh shutdown <가상머신명>

• 가상 머신 강제 정지

  virsh destroy <가상머신명>

• 가상 머신 생성（virt-install）

  virt-install --name <이름> --memory <MB> --vcpus <코어수> 
    --disk size=<GB> --cdrom <ISO파일경로> 
    --os-type linux --os-variant ubuntu20.04

• 가상 머신 삭제(설정만)

  virsh undefine <가상머신명>

네트워크·브리지 관련 설정 예시

• 현재 네트워크 목록 표시

  virsh net-list --all

• 새로운 네트워크 생성（XML 예시） /etc/libvirt/qemu/networks/배치에 XML 파일을 배치하고, virsh net-define <파일명>, virsh net-start <네트워크명>로 활성화

스토리지 관리·디스크 작업 예시

• 스토리지 풀 목록

  virsh pool-list --all

• 가상 디스크 확장

  sudo qemu-img resize /path/to/disk.qcow2 +10G

• 스냅샷 생성

  virsh snapshot-create-as <가상머신명> <스냅샷명>

자주 사용하는 기타 팁

• 가상 머신 자동 시작 설정

  virsh autostart <가상머신명>

• 가상 머신 상세 정보 조회

  virsh dominfo <가상머신명>

• virt-manager 실행(GUI 환경)

  virt-manager

FAQ(자주 묻는 질문)

Q1: KVM과 VirtualBox 및 VMware의 차이점은 무엇인가요?

Q2: 가상 머신의 백업 및 복구는 어떻게 하면 좋나요?

Q3: 가상 머신에서 USB 장치를 사용하려면?

Q4: 가상 머신을 호스트 부팅 시 자동으로 시작하려면?

Q5: 가상 머신의 동작이 느릴 경우, 어떻게 해야 하나요?

Q6: 네트워크 설정이 잘 안 됩니다. 어떻게 해야 하나요?

Q7: KVM으로 클러스터 및 HA 구성을 할 수 있나요?