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1강 클라우드 컴퓨팅과 API의 역할

1.1 클라우드 컴퓨팅

클라우드 컴퓨팅의 탄생
"필요한 IT 자원을 즉시 사용할 수 있는 환경" → 클라우드 컴퓨팅이 제대로 실행

공용 클라우드와 사설 클라우드의 차이

사설 클라우드

• 해당 기업의 사용자만 접근할 수 있도록 통제
• 각종 하드웨어 자산들을 확보 필요 
• 초기 투자 비용 발생 

일정규모의 리소스 활용 예측이 가능할 시

공용 클라우드

• 멀티 테넌트로 상호 간의 간섭 없이 여러 기업의 사용자가 독립적인 형태로 사용
• 초기 투자 비용 없음
• 리소스가 필요할 때마다 필요한 만큼만 확보해서 이용

리소스 총량에 큰 변화가 예상되거나 수요 추이 예측이 어려울 시

공용 클라우드는 리소스의 사용량에 따라 과금되기 때문에 보통 비용이 선형적으로 증가
사설 클라우드는 리소스가 고갈되기 전까지는 추가 투자가 없기 때문에 단계적으로 증가

" Iaas, Paas, Saas "

SaaS Software as a Service

역사적으로 클라우드 서비스는 saas로 부터 시작해 다양해졌다.

애플리케이션 환경을 클라우드의 형태로 서비스한다. ( ex. 개인용 이메일 )

PaaS Platform as a Service

애플리케이션 개발 환경이나 운영 환경등을 제공한다. ( 데이터베이스, 개발 프레임워크, 컴파일러 )

• 신속한 개발 착수 가능
• 특정 클라우드 서비스에서만 제공하는 고유 프레임워크나 데이터 저장소 사용 가능
• 기존에 사용하던 프레임워크나 데이터베이스를 클라우드 환경에서도 똑같이 사용 가능

IaaS Infrastructure as a Service

서버, 네트워크, 스토리지 등의 IT 인프라에 필요한 다양한 가상화된 인프라 제공

자신만의 전용 테넌트 환경 제공

SaaS와 달리 리소스가 물리적 환경과 독립된 형태로 제공이 필요한 IaaS는 가상화 되어 있다.

1.2 클라우드가 실현하는 인프라의 표준화

클라우드에 의한 시스템 구축 절차의 표준화

• Iaas형 클라우드 골치아픈 물리적 장비의 설정 방법이나 기능의 차이 의식이 필요 없다.
• 물리적 장비의 차이에 상관 없이 몇 번이든 같은 방법으로 시스템을 구축할 수 있다.
• 시스템 재구축이 필요한 상황에서도 시행착오 없이 이전의 경험을 살려 효율적 작업 가능
• 기존 클라우드 인프라의 시스템을 새로운 클라우드 인프라로 옮기는 작업 또한 수월

인프라의 표준화를 위한 컴포넌트의 추상화

• 클라우드 환경에서 시스템의 구축 과정을 표준화 할 수 있는 것 -> 시스템 구성 컴포넌트들이 추상화 되어있기 때문
• 클라우드의 컴포넌트들이 철저하게 사용자가 필요로 하는 기능에 충실하도록 만들어졌다.
• 물리적 환경에 의존적인 내용엔 신경을 줄이게 되고, 본질적인 설계에 집중할 수 있음
• 가상 머신 준비시 세부적인 부분 생각 안 해도 된다.

API에 의한 제어 방법의 표준화

• 한번 정의한 작업 절차에 따라 몇번이든 반복 구축 가능 -> 물리적 인프라 작업 필요 없음
• 같은 시스템 구축을 위한 여러 번의 작업을 자동화 할 수 있음 --> API를 사용한 제어 방식

1.3 클라우드 컴퓨팅의 활용

• 컴포넌트들이 추상화 되어있다 -> 사용자가 원하는 기능을, 원하는 시기에 바로 사용할 수 있다.
• 시스템을 구축하는 과정이 표준화 되어 있다. -> API사용한 자동화를 통해 빠른 구축.. 신세계

2강 클라우드의 대표적인 컴포넌트

2.1 클라우드 환경의 전체 그림

테넌트

• 사전적인 의미로 세입자 (AWS 계정)
• 클라우드 서비스 이용자는 자신만의 테넌트 환경 가짐

테넌트 설계시 고려사항
1. 공용 클라우드에서는 테넌트 별로 리소스의 사용량이 합산되어 테넌트별로 사용료가 청구된다.
2. 테넌트별로 사용 가능한 리소스의 상한선이 정해져있다.
3. 같은 테넌트에 속한 가상 네트워크, 가상머신 인스턴스. 가상 스토리지들끼리만 서로 연결될 수 있다.

리전

• 지리적으로 멀리 떨어진 지역에 여러개의 클라우드 인프라 분산 운영
• 국가나 지역을 식별할 수 있도록 이름을 짓는다 ex. 서울리전, 시드니리전
• 각 리전들은 서로 독립된 환경 -> 여러 리전에 걸친 가상 네트워크 못 만든다.
• 사용자 계정이나 테넌트 정보는 여러 리전에 걸칠 수 있다. ->DR환경 만들 수 있음

DR Disaster Recover
재해발생시 다른 리전으로 시스템을 옮겨 사용
사용자가 직접 변경된 리전의 공인 IP 주소로 바꿔 호출하거나 DNS가 변경된 공인 IP 주소를 반환하도록 도메인 등록 정보를 갱신해 주어야 한다.
다른 리전에서도 데이터를 이어 사용할 수 있게 미리 복제해 두어야 하는데, 이때 오브젝트 스토리지를 사용한다.

         (* 오브젝트 스토리지는 모든 리전에서 공통으로 사용 가능하다 )

오픈스택 - 리전기능 O , 클라우드와 기준이 다름
AWS와 같이 여러 나라에 클라우드 인프라를 준비해두고 각 지역 단위로 구성할 수도
or 국내에 여러 개의 데이터 센터를 두고 각 데이터 센터 단위로 리전을 구성할 수도

가용 영역

• 한 리전의 클라우드 인프라는 다른 주변 지역의 여러 데이터 센터에 분산될 수 있다 -> 이 데이터 센터는 가용영역!
• 다른 AZ에 있는 가상 머신 인스턴스와 블록 스토리지는 서로 연결 못함
  • 그 기능을 쓰고 싶다면 복제 기능으로 사용 다른 AZ의 블록 스토리지를 만들어 쓰면 된다.

오픈 스택 - AZ 개념 O
가용 영역 범위 내로 제한되지 않고 여러 가용 영역에 걸쳐서 더 넓은 범위로도 구성 가능
1. AWS으로 같은 방식으로 데이터 센터 단위로 가용 영역을 구성할 수 있음
   데이터 센터 사이의 네트워크 대역이 충분하지 않으면, 인스턴스 간의 거리가 멀어 원하는 통신 속도 안 나옴
2. 같은 데이터 센터에서 서로 다른 플로어나 랙과 같이 더 작은 단위로 가용영역을 구성할 수 있다.

2.2 네트워크 리소스

라우터

• 테넌트 안의 가상 네트워크 + 물리적인 외부 네트워크  이 둘을 연결하기 위한 가상 라우터
• 기본적으로 가상 네트워크 하나당, 하나의 가상 라우터 배치

스위치 (서브넷)

• 가상 라우터와 가상 머신 인스턴스의 가상 NIC 연결되는 접점
• 하나의 가상 스위치에 하나의 서브넷이 할당된다.
  • 서브넷 : 가상 머신 인스턴스가 사용할 수 있는 사설 IP 주소의 범위
  • AWS에선 가상 스위치와 서브넷을 하나의 통합된 형태로 취급하며, 서브넷으로 부른다.
• 하나의 가상 스위치(서브넷)가 하나의 가용 영역에 배치된다.
• 가상 스위치는 논리적으로 접속 포트 개수를 늘릴 수 있기 때문에 여러 개를 연결할 필요 없다.
  • 가상 스위치에 접속 포트를 추가하면 그 포트에 서브넷 범위 내에 이용가능한 IP 주소 할당

공인 IP 주소

• 가상 네트워크 사용하는 사설 IP 주소는 네트워크 내부에서 사용 가능하지만, 외부에서는 불가능하다.
• 외부와 통신할 때 가상 라우터의 NAT기능을 사용하여 사설 IP를 공인 IP로 변환 ( 2가지 방법이 있다! )

방법 1 ) IP 마스커레이딩
가상 인스턴스가 외부 네트워크로 접속할 때 가상 라우터가 할당 받은 공인 IP를 공유하는 방식
ex. 가정용 LAN에 연결된 초고속 PC
cf. 가상머신 인스턴스가 가상 스위치에 연결되어 있고 이 가상 스위치가 다시 가상 라우터에 접속되어 있을 때
    내부에서 외부 O |  외부에서 내부 X

방법 2 ) 엘라스틱 IP
미리 확보해 둔 공인 IP 주소를 가상 머신 인스턴스에 할당하는 방식
내부에서 나가는 통신과 들어오는 통신 모두 가능
cf. 한 리전에서 확보한 IP를 다른 리전에서 사용 못함

시큐리티 그룹

• 가상 머신 인스턴스가 주고 받을 네트워크 패킷에 대해 필터링 기능을 제공하는 역할
• "모든 가상 머신 인스턴스에 공통으로 적용할 시큐리티 그룹"
• "웹 서버에 추가 적용할 시큐리티 그룹"
• 특정 목적에 맞는 공통적 규칙을 미리 정의 해두고 비슷한 역할을 하는 가상 머신에 미리 만들어둔 시큐리티 그룹을 재활용 할 수 있다.
• 가상 머신 인스턴스와 가상 스위치의 접속 포트 사이에서 이뤄짐

2.3 서버 리소스

템플릿 이미지

1. 가상 머신 인스턴스를 기동하려면 게스트 OS가 설치된 기동 디스크가 필요
2. 기동 디스크 만들 땐, 사전에 준비된 템플릿 이미지를 선택함
3. 선택된 템플릿 이미지는 다운로드되어 가상 디스크 형태로 만들어짐
4. 가상 머신 인스턴스는 이 가상 디스크를 연결하여 사용

* 템플릿 이미지는 클라우드 서비스 제공자가 미리 준비해두기도 하지만, 이용자가 직접 만든 것을 활용할 수 있음

인스턴스 유형

• 가상 머신의 컴퓨팅 성능 및 용량을 결정
• 각 타입별로 가상 CPU의 개수나 가상 메모리의 용량, 가상 디스크의 용량 등이 정해져 있음
• AWS에서는 새로운 인스턴스 유형을 사용자 정의로 직접 만들지 못함

오픈스택에서는 테넌트의 권리 권한이 있는 사용자인 경우, 해당 테넌트에서 사용할 인스턴스 유형을 직접 만들거나 변경 할 수 있다. 

설정 가능한 인스턴스 유형의 항목
1. 가상 CPU : 가상 CPU의 개수
2. 메모리 : 가상 메모리의 용량
3. 루트 디스크 : 기동 디스크의 크기
4. 임시 디스크 : 임시 디스크의 크기
5. 스왑 디스크 : 스왑 영역의 크기

네트워크 접속과 시큐리티 그룹

• 가상 머신 인스턴스의 가상 NIC가 네트워크에 연결되려면...
  • 가상 스위치와 연결되어야 하고 시큐리티 그룹이 설정되어야 함
    • 여러 개의 가상 스위치에 연결하고 싶다면, 가상 스위치별로 가상 NIC 여러개 준비!
    • NIC 별로 서로 다른 시큐리티 그룹을 적용하고 싶다면 개별적 설정을 해주면 된다.

로그인 인증과 키 페어

• 가상 머신 인스턴스의 게스트 OS에 로그인할 떄 사용자 인증이 필요
• 기본적으로 SSH의 공개 키 인증 방식이 사용된다.
• 전용 키 페어를 만들어야 한다. (전용 키 페어 : 공개 키 + 개인 키)
• 이러한 인증 관련 설정 처리는 게스트 OS안의 Cloud - init을 통해 이루어진다.
  • Cloud - init은 게스트 OS가 처음 기동될 때 지정된 공개키를 받아 SSH의 인증 정볼륨보를 설정하는 역할을 함

2.4 블록 스토리지 리소스

블록 스토리지의 기본 기능

블록 스토리지에서 가상 머신 인스턴스 기동하기

앞선 가상 머신 인스턴스 기동시에 템플릿 이미지 복제한 루트 디스크를 사용하는 방법을 살펴보았다.

• 블록 스토리지의 볼륨에 있는 게스트 OS로 가상 머신 인스턴스를 기동하는 방법이 있다.
• EBS Boot라 한다.
  • 템플릿 이미지를 복제한 볼륨을 미리 만들어둔다
  • 가상 머신 인스턴스를 기동할 때 미리 복제해둔 볼륨을 지정한다
  • 가상 머신 인스턴스를 종료하더라도 OS 영역의 데이터가 삭제되지 않는다. 재사용 가능~!

2.5 오브젝트 스토리지 리소스

오브젝트 스토리지의 기본 기능

• 오브젝트 스토리지는 파일 단위로 데이터를 저장하는 기능 제공
• 덮어쓰기를 통한 갱신 불가능... -> 파일을 삭제하고 새로 변경된 파일을 저장
  • 매우 단순
  • 가용성 높고 처리율 우수
    • 동영상과 같은 정적 콘텐츠 파일(오브젝트)을 저장하는데 적합
• 오브젝트 스토리지는 장소나 지역에 상관 없이 인터넷을 통해 접속하여 이용 가능
• 오브젝트 스토리지 서비스를 Amazon S3라 한다. 
• 보통 오브젝트 보존 영역인 S3 버킷을 리전별로 만든다.  ( 다른 리전의 인스턴스도 사용 가능 )

오브젝트 스토리지에 파일 저장
오브젝트를 담을 수 있는 그릇, 컨테이너S3를 생성해야한다,
각 오브젝트는 key  - value 형식의 메타 데이터를 부여할 수 있는데, 이를 활용하면 특정 목적으로 사용할 파일들을 쉽게 선별할 수 있다.

버저닝과 정적 웹 호스팅

버저닝 Versioning

• 컨테이너에 저장된 오브젝트에 버전 번호를 붙여 관리하는 기능
• 오브젝트 스토리지에 같은 이름의 파일 저장해도 새로운 번호로 저장되어 기존 파일 유지 가능

정적 웹 호스팅

• 오브젝트 스토리지를 간이 웹 서버처럼 사용하는 기능
  
  • 컨테이너의 접근 권한을 누구나 읽을 수 있는 공용으로 설정한다.
  • 그 안에 정적 HTML 파일들을 저장한다.
  • 이후 웹 브라우저 같은 client가 이 오브젝트에 할당된 url로 접근하면 저장된 html 파일 내용이 나온다.

오브젝트 스토리지의 백업

• 블록 스토리지의 볼륨을 백업하는 용도로 사용 가능한 오브젝트 스토리지
  • 블록 스토리지의 볼륨 전체를 일정 크기의 볼록으로 분할한다.
  • 분할된 각각의 조각들을 하나의 파일 형태로 간주하고 오브젝트 스토리지에 저장한다.
• 여러 리전과 가용 영역에서 지리적 제약이 없으므로 리전과 가용 영역 간의 볼륨 복제에도 활용 가능

2.6 웹 애플리케이션 시스템의 구축 예

여러 개의 가용 영역으로 가용성을 확보하기

오브젝트 스토리지를 사용하여 데이터 보호하기

•  가상 머신 인스턴스가 장애 발생해 DB 서버가 정지된 경우에도, 데이터가 유실되지 않게 하려면
  • 데이터 블록 스토리지에 저장
  • 오브젝트 스토리지에 정기적으로 백업

백업 전 해당 볼륨을 가상 머신 인스턴스에서 분리해야 함
-> 이때 데이터베이스 사용을 못한다.
    이 시간을 줄이고자 스냅샷을 만들고 스냅샷에서 복제한 볼륨을 백업하면 된다.
혹은, 인스턴스에 백업용 볼륨을 미리 연결해둔 다음, 데이터베이스 소프트웨어의 백업 기능으로 백업용 볼륨에 백업하게 만든다.

• 장애가 발생해 AZ-1에서 AZ-2로 전환해야 하는 경우
  • 블록 스토리지의 볼륨 역시 가용 영역별로 분리 되어 있다.
  • 따라서 오브젝트 스토리지에 저장한 최신의 백업을 AZ-2의 볼륨으로 복원한 후 서버에서 사용하도록 만들어준다.