위키: 리눅스/커널

소프트웨어는 운영체제와 응용 프로그램으로 나눠진다.

그리고 운영체제는 커널(Kernel) 과 시스템 프로그램으로 구분된다.

커널 은 운영체제의 핵심부분으로써 주로 디바이스 관리, 프로세스 관리, 메모리 관리, 시스템 콜 제공 같은 기능을 관리하는 등 컴퓨터 자원을 관리한다.

하지만 커널은 항상 컴퓨터 자원들만 바라보고 있어 사용자와 직접적인 상호작용은 하지 않는다.

그렇기 때문에 사용자와 상호작용을 하기 위해 필요한 것이 시스템 콜 (System call API) 이다.

운영체제에는 유저모드, 커널모드 두 가지 모드가 존재하는데, 유저 모드에서 시스템 콜이 호출이 되면, 시스템 콜 인터페이스를 통해 커널 모드로 전환이 된다. 이를 모드 스위치(Mode Switch) 라 하고, 운영체제는 커널모드에서 시스템 콜을 실행 시킨 후 다시 유저 모드로 돌아가게 된다.

각 분야 별 시스템 콜 예시는 다음과 같다.

• 프로세스 제어: fork(), exit(), wait(),
• 파일 관리: open(), read(), write(), close()
• 장치 관리: ioctl(), read(), write()
• 정보 유지: getpid(), alarm(), sleep()
• 보안(Protection): chmod(),umask(), chown()

여담으로 unistd.h 헤더파일에서 정의된 write 함수도, 이 커널의 시스템 콜 인터페이스와 직접적으로 연결된 함수이다.

unistd.h 함수

커널의 가장 큰 목표는 컴퓨터의 물리적( 하드웨어 ) 자원 과 추상화 자원을 관리 하는 것이다.

물리적 자원 관리: 커널은 CPU, 메모리, 저장 장치, 네트워크 인터페이스 카드 등 하드웨어 자원을 직접 제어하고 관리한다. 이를 통해 각 하드웨어가 효율적으로 사용되도록 스케줄링하고 조율하는 역할을 한다

추상화 자원 관리: 커널은 다양한 시스템 자원을 추상화하여 사용자와 애플리케이션이 쉽게 사용할 수 있도록 제공한다. 예를 들어, 파일 시스템은 하드 디스크를 파일과 디렉터리 형태로 관리할 수 있게 추상화한 것이다. 또한, 프로세스와 스레드 관리, 가상 메모리 시스템, 네트워크 소켓 등도 커널이 제공하는 추상화 자원에 해당.

추상화된 환경에서는 각 사용자들이 본인이 하나의 하드웨어를 독점하여 활용 하는 것 처럼 느낄 수 있다.

하지만 물리적 자원인 하드웨어에 접근하기 위한 방법은 매우 복잡하고 어려워 사용자가 직접 접근하기는 무리가 있다.

그렇기 때문에, 물리적 자원을 추상화하여 사용자가 보다 쉽게 접근할 수 있도록 "커널"이 필요.

로컬 시스템에서 여러 참고 문서들을 이용하여 특정 명령이나 자원들의 메뉴얼을 출력하는 영역으로 유닉스에서는 총 8개의 영역으로 되어 있으나 리눅스 커널 부분이 추가되어 총 9개의 영역으로 구성되어 있다.

프로그래밍을 하다가 특정 함수를 알고 싶다면 man 을 통해 조회가 가능하다.

ex) man strlen 입력 시 문자열 길이를 반환하는 함수에 대한 설명을 볼 수 있다.

사용법

$ man [options] [section] command

[SPACE]:  한 페이지 밑으로 내려간다
[ENTER]: 한 줄 밑으로 내려간다. 
[b]: 전 페이지로 올라간다. 
[q]: man 명령을 종료한다.

[k 키워드]: 해당 키워드로 발견되는 모든 매뉴얼의 내용을 검색하여 보여준다.
[f 키워드]: 해당 키워드에 대한 완벽히 일치되는 매뉴얼 페이지에 대한 정보를 보여준다.
[w 키워드]: man 명령 실행 시에 호출되는 '메뉴얼 페이지' 파일의 위치를 보여준다.(--path)
[s, -S]: 특정 section을 지정할 때 사용한다. (--sections=섹션번호)

gcc란, GNU 컴파일러 모음(GNU Compiler Collection, 줄여서 GCC)는 GNU 프로젝트의 일환으로 개발되어 널리 쓰이고 있는 컴파일러이다. 리눅스 환경에서 C/C++ 프로그램을 컴파일할 때 많이 사용하는 컴파일러이다.

• 명령어: gcc -E source.c -o source.i
• 역할: 전처리 단계에서는 #include, #define 등의 전처리 지시문이 처리됩니다. 헤더 파일의 내용을 포함시키고 매크로를 확장하며, 조건부 컴파일(#ifdef, #ifndef)을 수행합니다.
• 결과: 전처리된 소스 파일 (source.i)

• 명령어: gcc -S source.i -o source.s
• 역할: 전처리된 소스 코드를 어셈블리 언어로 변환합니다. 이 과정에서는 코드가 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환됩니다.
• 결과: 어셈블리 코드 파일 (source.s)

• 명령어: gcc -c source.s -o source.o
• 역할: 어셈블리 코드를 기계어로 변환하여 개별적인 목적 파일을 생성합니다. 이 목적 파일은 아직 완전한 실행 파일이 아니며, 다른 목적 파일이나 라이브러리와의 연결 작업이 필요합니다.
• 결과: 목적 파일 (source.o)

• 명령어: gcc source.o -o executable
• 역할: 여러 개의 목적 파일(.o)을 연결하고 필요한 라이브러리와 함께 결합하여 최종적인 실행 파일을 만듭니다. 이 과정에서는 외부 라이브러리나 다른 소스 파일의 함수와 변수들이 연결됩니다.
• 결과: 실행 파일 (executable)

• 명령어: gcc source.c -o executable
• 위의 명령어는 소스 파일(source.c)을 컴파일하고 링크하는 모든 과정을 한 번에 수행하여 최종 실행 파일(executable)을 생성합니다. GCC는 이러한 모든 단계를 자동으로 거치며, 단계별로 -E, -S, -c 등의 옵션을 사용하여 각 단계의 결과물을 얻을 수 있습니다.

• -Wall: 일반적인 경고 메시지를 모두 출력합니다.
• g: 디버깅 정보를 포함한 컴파일을 수행합니다.
• O 또는 -O1, -O2, -O3: 코드 최적화 수준을 지정합니다.
• o <파일명>: 출력 파일명을 지정합니다.
• I<디렉토리>: 컴파일러가 헤더 파일을 찾을 추가 디렉터리를 지정합니다.
• L<디렉토리>와 -l<라이브러리명>: 링커가 라이브러리를 찾을 디렉터리와 라이브러리 이름을 지정합니다.

-Wall, -Wextra, -Werror 는 경고 메시지를 출력하거나 에러를 잡기 위해 설정하는 옵션이다.

• -Wall: 일반적인 경고 메시지를 모두 출력하도록 설정
• -Wextra: -Wall 보다 더 많은 추가 경고를 활성화
• -Werror: 모든 경고를 에러로 처리하여 코드의 모든 경고를 수정하도록 강제함.

이 옵션들은 코드의 가독성과 유지보수성을 높이고, 버그를 조기에 발견할 수 있도록 돕기 때문에 많은 개발자들이 적극적으로 사용하는 옵션이다.

gcc -D 옵션은 매크로를 정의할 때 사용하는 옵션이다.

사용 방법 gcc -D매크로이름[=값] 소스파일.c -o 출력파일

리눅스는 오픈소스이다. 따라서 누구든 수정이 가능하여 배포할 수 있으므로 많은 버전의 리눅스가 있다.

눅스는 레드햇(redhat)과 데비안(debian), 두 가지 계열이 있다. 레드햇은 레드햇 회사에서 배포하여 회사에서 관리한다. 따라서 패치가 빠르고, 유틸리티 양이 많고, 관리 툴의 성능이 좋으며, 호환성 또한 좋은 특징이 있다. 데비안은 레드햇보다 먼저 온라인 커뮤니티에 제작하여 배포했다. 무료 개인사용자 서버용으로 인기가 높고, 웹사이트나 커뮤니티에 사용법이 자세히 기술되어 있어 있다는 점이 진입장벽을 낮추어 초보 유저가 접근하기 쉬운 특징이 있다.

대표적인 버전으로 레드햇의 센토스(CentOS), 데비안의 우분투(Ubutu)가 있다.

센토스(CentOS, Community Enterprise Operating System)는 레드햇이 공개한 RHEL(Red Hat Enterprise Linux, 레드햇이 개발한 컴퓨터 운영체제)를 가져와서 레드햇의 브랜드와 로고만 제거하고 배포한 배포본이다. RHEL와 완벽하게 호환되는 무료 기업용 컴퓨팅 플랫폼을 제공할 목적으로 만들어졌지만, RHEL처럼 별도의 기술지원이나 서비스는 받을 수 없다.

무료 사용이 가능하지만 문제 발생시 레드햇이 아닌 커뮤니티 통해 지원되므로 패치가 다소 느릴 수 있다. 서버용 운영체제로 인기가 매우 높아 대부분 서버용 리눅스를 운영할 목적으로 사용한다. 센토스는 RPM 패키지 형식으로, YUM과 DNF를 패키지 관리자로 사용한다. RPM은 패키지 사이에 의존하고 있는 패키지까지 자동으로 설치되지 않는다.

보다 쉽게 설치와 이용법을 찾아볼 수 있어 진입장벽이 낮아 초보자들이 쉽게 사용할 수 있어 데스크탑용 리눅스로 많이 사용된다. 리눅스를 커널로 사용한다.

데비안의 특징은 패키지 설치 및 업그레이드의 단순함에 있다. DEB 패키지 형식으로, dpkg와 APT를 패키지 관리자로 사용한다. DEB 파일 안에 의존성 관련 정보를 저장하고 있어 필요한 외부 프로그램이나 라이브러리를 쉽게 알 수 있고, 패키지 관리 도구와 연계하여 패키지에서 필요로 하는 의존 패키지를 자동으로 데비안에서 운영하는 외부 저장소에서 가져와 설치할 수 있기 때문에 다른 배포판에 비해 관리가 편하다는 점 등이 있다. 일단 설치 후 패키지 매니저인 APT 업데이트 방식을 이용하면 소프트웨어의 설치나 업데이트에서 다른 패키지와의 의존성 확인, 보안관련 업데이트 등을 자동으로 설정 및 설치해준다.

• Linux Man Page
• Bash Reference Manual - 영어, 배쉬에 대한 모든 것
• explainshell - 쉘 명령어를 분석해주는 사이트
• grep 명령어 사용법
• awk 명령어 사용법
• find 명령어 사용법
• sed 명령어 사용법