Linux 커널이란 무엇인가요?

커널은 운영 체제(OS)의 핵심을 형성하고 사용자가 시스템을 구성하는 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 완벽하게 제어할 수 있는 컴퓨터 프로그램입니다. 커널은 시스템의 적절한 기능에 필수적인 중요한 프로세스 간의 충돌을 방지하는 데 도움이 됩니다. 커널 코드는 컴퓨터의 메모리에 보관되며 소프트웨어와 하드웨어 간의 모든 상호 작용을 가능하게 합니다. 예를 들어 인풋/아웃풋(I/O), CPU 및 캐시 사용량, 장치 드라이버, 파일 시스템 및 네트워크 소켓이 있습니다.

Linux 커널은 사용자가 컴퓨터와 직접 상호 작용할 수 있는 최초의 OS 중 하나인 Unix의 무료 대안으로 1991년 Linus Torvalds에 의해 개발되었습니다. 그 이후로 몇 년 동안 Linux 커널과 후속 커널 버전 및 커널 릴리스는 Linux 배포판에 매우 중요해졌습니다. 이는 오늘날 세계 최대의 기술, 소프트웨어 및 컴퓨팅 회사에서 사용하고 있습니다.  

9~10주마다 새 버전의 Linux 커널이 릴리스됩니다. "안정적인 커널"이라고 하는 이러한 버전은 Linux 커널 개발자와 Linux 리포지토리 관리자가 사용하는 경향이 있으며 kernel.org 및 GitHub에서 찾을 수 있습니다.

일부 공급업체는 Debian 및 Red Hat과 같이 자체 프로젝트를 위한 모든 Linux 커널 소스 코드의 모음인 사용자 지정 소스 트리를 유지하는 것을 선호합니다. 이러한 접근 방식은 인공 지능(AI), 엣지 컴퓨팅, 사물인터넷(IoT) 등 많은 현대적 엔터프라이즈 애플리케이션에서 Linux 커널을 사용하는 데 중대한 영향을 미칩니다.

예를 들어, Red Hat 엔터프라이즈 Linux는 맞춤형 보안 및 관리 기능을 갖춘 안정적인 고성능 Linux 플랫폼이며, Red Hat의 맞춤형 Linux 소스 트리를 사용하여 구축됩니다. Debian은 소스 트리를 사용하여 많은 IoT 아키텍처의 기본이 되는 오픈 소스 코드인 Ubuntu를 유지 관리합니다. 

커널은 사용자가 컴퓨터의 하드웨어 및 소프트웨어와 상호 작용할 수 있도록 하는 시스템인 OS의 심장 역할을 하는 컴퓨터 프로그램입니다. Linux OS의 경우 Linux 커널은 OS의 핵심 구성 요소를 형성하여 기능을 수행할 수 있는 코드입니다.

Linux OS는 Linux 커널 외에도 시스템 라이브러리, 사용자 공간 유틸리티 및 애플리케이션과 같은 다양한 구성 요소로 구성됩니다. 그러나 이러한 모든 구성 요소는 Linux 커널을 사용하여 OS와 통신하므로 입출력(I/O)과 같은 명령을 수신하고 사용자 요청을 이행할 수 있습니다. Linux 커널은 유연성으로 잘 알려져 있으며 사용자 요구 사항에 따라 또는 특정 프로그램의 요구 사항에 맞게 수정할 수 있습니다.

각 Linux 커널 릴리스에는 테스트, 공개 및 점진적으로, 단계적으로 폐지되는 수명 주기가 있습니다. Linux 커널 라이프사이클은 다음의 다섯 단계로 구분됩니다(Prepatch, Mainline, Stable Review, Long Term Support(LTS), End of Life(EOL)).

• Prepatch: Linux 개발자는 커널 소스 트리에서 새로운 기능을 실험합니다.
• Mainline: 변경 사항은 엄격한 테스트와 조정을 통해 안정화됩니다.
• Stable Review: 커널은 출시되기 전에 Mainline 단계에서 발견된 더욱 중요한 문제를 해결하기 위해 추가 테스트를 거칩니다. 
• Long Term Support(LTS): 일부 커널만 LTS 커널로 식별되며 다른 커널보다 더 오랜 기간(일반적으로 2년) 동안 유지됩니다. 
• End of Life: LTS에 대해 선택되지 않은 커널은 최신 커널이 출시되면 지원이 중단됩니다.  

오늘날 Linux는 세계에서 가장 널리 사용되는 오픈 소스 운영 체제 중 하나입니다. 이는 주로 Linux 커널의 유연성과 효율성 때문입니다. 이는 컴퓨터 시스템의 작동 두뇌인 CPU를 구동하는 기능과 다른 장치와 연결해 리소스와 정보를 공유할 수 있는 네트워킹 기능을 포함하여, Linux OS를 강력한 플랫폼으로 만드는 다양한 관리·제어 기능을 제공합니다. Linux 커널의 가장 광범위한 엔터프라이즈 이점은 다음과 같습니다. 

• 추상화: 컴퓨터 과학 용어에서 '추상화'는 단순히 장치와 프로그램 간의 보다 원활한 상호 작용을 위해 중요하지 않은 정보를 생략하는 것을 의미합니다. Linux 커널은 기본 하드웨어를 추상화하여 중요하지 않은 세부 정보를 OS에서 숨기고 시스템과 소프트웨어가 보다 효율적으로 작동할 수 있도록 합니다. 
• 사용자 정의: Linux 커널은 다양한 사용자나 다양한 종류의 OS의 특정 요구 사항을 충족하도록 사용자 정의할 수 있습니다. 사용자 지정 프로세스에는 일반적으로 커널 소스 코드를 변경하고 특정 목적을 위해 조정된 커널인 사용자 지정 커널 이미지를 컴파일해야 합니다. 그런 다음 특정 커널 기능 및 커널 모듈(특정 함수를 추가하거나 빼기 위해 커널에 로드되거나 언로드되는 코드 조각)을 특정 컴퓨팅 요구 사항에 맞게 선택할 수 있습니다. 고성능 컴퓨팅(HPC), 엔터프라이즈 애플리케이션 및 그래픽 처리 장치(GPU)와 같은 작업 및 장치에 널리 사용되는 커널 모듈이 있습니다.  
• 컨테이너화: 모든 컴퓨팅 환경에서 소프트웨어 코드를 실행하는 데 필요한 OS 라이브러리와 종속성만으로 소프트웨어 코드를 패키징하는 컨테이너화는 많은 최신 클라우드 네이티브 애플리케이션에 매우 중요합니다. Linux 커널은 컨테이너화와 컨테이너를 가능하게 하는 Docker 및 Kubernetes와 같은 인접 기술에 필수적입니다. Docker와 Kubernetes는 시장에서 가장 인기 있는 두 가지 컨테이너화 툴로, 설문 조사에 참여한 회사의 94%가 두 가지 중 하나 또는 둘 다를 사용하고 있습니다¹. Docker는 컨테이너를 생성하고 실행하는 데 사용되며, Kubernetes는 컨테이너화된 애플리케이션의 관리 및 확장을 지원하는 오픈 소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼입니다. 
• 가상화: Linux 커널은 "커널 기반 가상 머신(KVM)" 기능을 사용하여 단일 물리적 머신에서 가상 머신(VM)을 실행할 수 있습니다. VM은 메모리, CPU, 네트워크 인터페이스 및 스토리지와 같은 단일 물리적 시스템의 리소스를 단일 장치의 다른 운영 체제에서 사용할 수 있기 때문에 중요합니다. 이 프로세스는 기본적으로 Linux 시스템을 VM을 관리하고 모니터링하는 데 사용되는 툴인 하이퍼바이저로 전환하여 VM 관리와 관련하여 중요한 기능을 제공합니다. 

Linux 커널은 핵심 기능을 활성화하는 6개의 개별 계층 또는 하위 시스템으로 구성됩니다. 

• 시스템 호출 구현(SCI)
• 프로세스 관리
• 메모리 관리
• 가상 메모리
• 네트워크 스택
• 장치 드라이버

각 기능과 작동 방식을 자세히 살펴보세요.

SCI 계층은 커널이 사용자 공간에서 커널로 시스템 호출을 실행할 수 있도록 하는 기능을 전달합니다. 사용자 공간은 애플리케이션 소프트웨어와 드라이버가 워크로드를 실행하는 반면, 커널 공간은 중요한 OS 기능을 실행하기 위한 공간이기 때문에 이는 Linux 커널의 중요한 기능입니다. SCI 계층은 두 공간 사이의 다리를 형성합니다. 이메일 받은 편지함을 새로 고치거나 모바일 뱅킹 애플리케이션을 열어 달라는 요청과 같이 사용자 공간에서 시스템 호출이 시작되면 시스템 호출이 커널 계층으로 전환하여 요청이 OS로 전송되도록 합니다.

프로세스 관리 계층을 사용하면 Linux 커널이 사용자가 컴퓨터와 상호 작용할 수 있는 프로세스를 실행할 수 있습니다. 예를 들어, Linux가 처음 부팅될 때 Init("초기화"의 약자)는 시작 스크립트를 실행하고 실행 수준을 관리하여 시스템을 사용 가능한 상태로 만듭니다. 각 프로세스는 프로세서의 개별 가상화(예: 스레드 코드, 데이터, 스택 및 CPU 레지스터)를 나타냅니다.  

컴퓨터는 '페이지'라는 것을 사용하여 가상 메모리를 관리합니다. 페이지는 가상 메모리에 의존하는 OS에서 데이터를 분할할 수 있는 가장 작은 단위입니다. Linux 커널의 메모리 관리 계층은 OS, 그리고 더 나아가 사용자가 컴퓨터의 가용 메모리를 관리할 수 있도록 합니다. 가상 메모리는 모든 프로그램과 애플리케이션의 기능에 매우 중요합니다.

Linux 커널의 가상 파일 시스템(VFS)은 파일 시스템에 대한 공통 인터페이스를 제공합니다. VFS는 SCI와 커널에서 지원하는 파일 시스템 간의 스위칭 계층으로 작동하여 많은 중요한 기능(예: 열기, 닫기, 읽기 및 쓰기)을 가능하게 합니다. 

파일 시스템 추상화, 즉 파일, 디렉터리 및 파일 시스템이 사용자에게 표시되는 방식은 VFS 계층의 또 다른 핵심 구성 요소로, 사용자가 이해하기 쉬운 대표적인 방식으로 컴퓨팅 시스템의 복잡성을 제시하는 데 도움이 됩니다.

'노드'라고도 하는 네트워크의 모든 컴퓨터는 데이터를 공유하기 위한 엄격한 규칙인 네트워킹 프로토콜을 따라야 합니다. 이러한 프로토콜은 호환되지 않는 장치(예: Android 휴대폰 및 Mac 컴퓨터)가 동일한 네트워크를 사용할 수 있도록 하는 데 중요합니다. 

이러한 종류의 통신을 용이하게 하기 위해 네트워킹 프로토콜은 서로 다른 두 네트워크 간의 통신을 용이하게 하는 하드웨어 장치(예: 라우터)인 게이트웨이에 의존합니다. Linux 커널의 네트워크 스택은 속도 변환기, 프로토콜 변환기 등과 같은 많은 일반적인 게이트웨이 장치를 사용하여 호환되지 않는 장치 간의 인터네트워크 통신을 가능하게 합니다.

장치 드라이버는 외부 키보드 또는 드라이브, 마우스 또는 프린터와 같은 특정 장치가 작동할 수 있도록 하는 소프트웨어 인터페이스를 OS에 제공합니다. Linux 커널 소스 코드는 대부분 특정 장치와 관련된 장치 드라이버에 포함된 코드로 구성됩니다. 

Linux 커널 및 장치 드라이버의 모든 소스 코드가 포함된 디렉터리인 Linux 소스 트리는 지원되는 다양한 장치와 Bluetooth 또는 직렬 포트와 같은 연결로 나뉩니다. 디바이스 드라이버는 개별 디바이스 또는 디바이스 클래스에 제공된 명령을 인식하고 이러한 명령이 포함된 I/O 요청을 빌드하여 디바이스가 사용자가 의도한 방식으로 수행하도록 합니다. 

매우 다양한 산업 분야의 기업들은 Linux 커널과 Linux 커널이 제공하는 다양한 능력을 사용하여 인력을 혁신하고 고객이 의존하는 프로그램, 애플리케이션 및 서비스를 제공합니다. 다음은 Linux 커널의 가장 일반적인 엔터프라이즈 사용 사례입니다.

Linux 커널을 사용하면 디바이스 호환성에 관계없이 컴퓨터와 컴퓨팅 디바이스를 Wi-Fi, 이더넷 또는 기타 연결 유형을 통해 안전하게 연결할 수 있습니다. 이 기능을 통해 인트라넷 사용, 서비스형 소프트웨어(SaaS) 제품의 빠르고 효율적인 제공 등 중요한 지식과 리소스를 공유할 수 있습니다.

Linux 커널에는 컴퓨터, 프로그램, 애플리케이션 및 실행 중인 네트워크에 해를 끼칠 수 있는 사이버 위협으로부터 사용자와 운영 체제를 보호하는 데 도움이 되는 강력한 보안 기능이 있습니다. 이러한 위협에는 랜섬웨어, 루트킷, 웜 등과 같은 다양한 유형의 맬웨어가 포함됩니다. Linux 커널의 취약점을 표적으로 삼는 위협은 버그 수정과 같은 빈번한 패치를 통해 해결되며, 시스템과 그 위에서 실행되는 프로그램을 보호합니다. 

기업의 89%가 디지털 혁신 이니셔티브를 추진하고 있는 가운데², 디지털 혁신에 전념하는 컴퓨팅 리소스를 최적화하는 것은 대부분의 비즈니스 전략에 필수적인 부분이 되었습니다. 

Linux 커널은 기업이 커널 튜닝이라는 프로세스를 통해 시스템과 네트워크가 최고 수준의 성능을 발휘하고 있다고 확신할 수 있도록 서버, 데이터베이스, 최첨단 애플리케이션 소프트웨어와 같은 가장 중요한 컴퓨팅 리소스의 요구 사항을 균형 있게 조정할 수 있도록 지원합니다. 

커널 튜닝은 네트워킹, 메모리, 프로세스 스케줄링 및 파일 시스템과 같은 특정 Linux 커널 하위 시스템의 성능을 향상시키기 위해 Linux 커널 설정을 미묘하게 조정하는 것입니다. 예를 들어 파일 시스템의 경우 비디오 게임, 금융 거래 앱 및 소셜 미디어 사이트를 포함한 많은 데이터 집약적 애플리케이션이 최고 수준에서 실행되도록 파일 시스템 매개변수를 조정해야 합니다. Linux OS의 VFS인 proc 파일 시스템은 커널의 내부 데이터 구조 간에 인터페이스하여 시스템에 대한 데이터를 가져오므로 커널 매개 변수를 조정하여 애플리케이션 성능을 최적화할 수 있습니다.

오늘날 가장 성공적인 기업은 성공을 위해 직원들에게 노트북 컴퓨터와 모바일 디바이스와 같은 최첨단 기술을 제공해야 합니다. Linux 커널을 사용하면 서로 다른 위치에서 서로 다른 종류의 기기를 사용하는 수천 명의 직원이 원활하게 협업할 수 있도록 지원하는 프로그램과 네트워크를 사용할 수 있습니다. 커널을 사용하면 하드웨어 장치가 커널에 로드할 수 있는 특정 장치 모듈을 사용하여 상호 작용할 수 있으므로 OS에서 관리할 수 있습니다.

널리 사용되는 Linux 디바이스 관리 프로세스 중 하나는 '인터럽트'로 알려져 있습니다. 인터럽트는 다음을 허용하여 컴퓨팅 리소스를 보존하는 데 도움이 됩니다. Linux 커널은 특정 작업에 필요하지 않을 때 장치와 애플리케이션 간의 통신을 중지합니다. 또 다른 툴은 udev입니다. 이는 OS에서 장치를 추가하고 빼는 작업을 관리하고 각 장치가 디렉터리에 나타나는 방식을 제어하는 Linux 장치 관리 툴입니다.

인터넷을 통해 컴퓨팅 리소스를 주문형으로 제공하는 클라우드 컴퓨팅은 많은 현대 기업에 필수적인 툴이 되었으며, 혁신을 촉진하고 빠르고 확장 가능한 방식으로 고객에게 솔루션을 제공하는 데 도움이 됩니다. 

Linux 커널은 중요한 방식으로 클라우드 컴퓨팅을 가능하게 하며 Amazon(AWS), Microsoft Azure, Oracle 및 Google Cloud를 포함한 세계 최대 규모의 모든 클라우드 제공업체의 필수 구성 요소가 되었습니다.

커널의 확장성을 통해 컴퓨팅 리소스를 크게 늘리지 않고도 슈퍼컴퓨터 및 데이터 센터와 같은 대규모 컴퓨터 시스템을 지원할 수 있으며, 이는 클라우드 아키텍처에 필수적인 능력입니다. Linux 커널은 가동 중지 시간이 상대적으로 적고 매우 안정적이기 때문에 클라우드 워크로드에도 이상적입니다. 마지막으로, Linux 커널은 다양한 종류의 하드웨어에서 작동할 수 있는 능력이 있으며, 이는 최신 클라우드의 핵심인 가상화 환경의 핵심 기능입니다.