[Kernel] 커널의 구조

🤔 커널이란? 

커널은 운영체제의 핵심 부분으로, 컴퓨터 자원을 직접적으로 관리하는 역할을 한다.
사용자와는 직접적으로 상호작용하지 않기 때문에, 사용자의 명령어를 해석하여 커널로 전달하는 번역기(셸, Shell)이 있다. 
 

systemcall을 통해 프로세스에서 커널에게 도움을 요청하고, 커널이 CPU, Memory, Devices등에 접근해서 작업한 후 다시 프로세스에게 그 결과를 돌려준다.

 

 

아래는 32bit 시스템에서 커널 공간과 사용자 공간의 구분이다. 

이처럼 둘은 서로 분리되어있고 접근 권한도 다르다.

32bit 아키텍처메서의 메모리 공간 구분

 

 

자세한 내용은 아래 링크를 참고하자.
[🖥️ Computer Science/System] - [Pwnable] 시스템콜(syscall), 셸, 커널모드 vs 유저모드

[Pwnable] 시스템콜(syscall), 셸, 커널모드 vs 유저모드

 
 

😆 커널의 구성요소

커널은 곧 컴퓨터 자원을 관리하는 관리자이기 때문에, 아래처럼 기능을 나눌 수 있다.
 
1) 태스크(Task) 관리자
  : 물리적 자원인 CPU를 추상적 자원인 태스크로 제공 
 
2) 메모리(Memory) 관리자 
  : 물리적 자원인 메모리를 추상적 자원인 페이지나 세그먼트로 제공
 
3) 파일 시스템(File System) 관리자 
  : 물리적 자원인 디스크를 추상적 자원인 파일로 제공
 
4) 네트워크(Network) 관리자
 : 물리적 자원인 네트워크 장치를 추상적 자원인 소켓으로 제공
 
5) 디바이스 드라이버(Device Driver) 관리자
 : 각종 외부 장치에대한 접근 
 
 

😘 커널의 종류

단일형 구조 커널

초창기의 운영체제 구조로, 핵심 기능을 하는 모듈들 구분없이 하나로 구성되어있다.
마치 main함수 안에 모든 기능들을 구현한 것과 같다.

단일형 구조 커널

장점

• 모듈들 간의 통신 비용이 적음
• 빠름

단점

• 한 모듈에 문제 생기면 다른 것에까지 영향을 미칠 수 있음
• 현대의 복잡한 운영체제를 구현하기에는 어렵다.
• 수정이 어렵다.

 

계층형 구조 커널

비슷한 기능을 하는 모듈끼리 묶어서 하나의 계층으로 만든 커널 구조이다.
대부분의 운영체제가 계층형 구조를 이루고 있다!

장점

• 단일형에 비해 버그나 오류를 쉽게 처리할 수 있다. 오류가 발생 시 해당 계층만 수정하면 되기 때문!
• 디버깅이 쉽다.

단점

• 계층이 존재하기 때문에 하나의 계층에 문제가 생기면  위, 아래 계층도 동작하지 못할 수 있다.
• 운영체제가 커지고 복잡해지면 많은 계층들이 발생하게 되어 커널의 크기도 커지고 하드웨어의 용량도 늘어난다.

 

마이크로 구조 커널

이 구조는 커널에게 IPC, 메모리 관리, CPU 관리 등의 필요한 기능만 부여하고 나머지 기능들은 사용자 모드에 둔다.
 

장점

• 모듈들이 독립되어있어 서로에게 영향 x
• 이식성이 뛰어나다
• 커널이 작고 가벼워 사양이 나는 CPU에도 적용 가능

단점

• IPC overhead 때문에 느림

 
추천 링크 : https://kernelnewbies.org/KernelHacking

Reference

https://butter-shower.tistory.com/28

https://ardor-dev.tistory.com/22
https://5equal0.tistory.com/entry/Linux-Kernel-%EC%BB%A4%EB%84%90%EC%9D%98-%EA%B0%9C%EB%85%90%EA%B3%BC-%EC%BB%A4%EB%84%90%EC%9D%98-%EA%B5%AC%EC%A1%B0
https://sedangdang.tistory.com/173